Spekaný karbid

Spekaný karbid je materiál na výrobu obrábacích nástrojov resp. rezných hrán obrábacích nástrojov.

karbidové platničky pre sústruhy

Vyrábajú sa lisovaním a spekaním (sintrovaním, slinovaním) veľmi jemných kovových práškov (tzv. prášková metalurgia) - karbidov. Karbid je chemická zlúčenina uhlíka s kovom, ktorá sa vyznačuje vysokou tvrdosťou. Na technické účely sa najčastejšie používajú karbidy volfrámu (chemický vzorec W). Rezná hrana obrábacieho nástroja z karbidu sa vyznačuje vysokou tvrdosťou, odolnosťou voči opotrebeniu, oteruvzdornosťou a dobrou tepelnou odolnosťou. Je však zároveň krehká a má nižšiu mechanickú odolnosť (hlavne na ohyb). Preto sa obvykle používa iba na vyhotovenie reznej hrany nástroja, pričom jeho telo je vyrobené z ocele. Rezná hrana (inak brit, TK plátok) je k telu nástroja pripevnená mechanicky (skrutkou), alebo tvrdým spájkovaním (mosadzou).

História a výroba

Spekané karbidy boli pôvodne vyvinuté v Nemecku v roku 1932, pod označením widia (nem. Wie Diamant (ako diamant), vzhľadom na ich vysokú tvrdosť. Okrem vysokej tvrdosti sú spekané karbidy stále pri vysokých teplotách, majú vysokú pevnosť v tlaku a odolnosť proti oteru.

Nástroj (platnička) sa vyrobí lisovaním jemného prášku a jeho následným vypálením. Základným druhom spekaných karbidov je W-Co, ktorý vzniká spekaním (pri 1400°C) zmesi práškov karbidu wolfrámu W a kobaltu. Častice prášku W majú obvykle rozmery niekoľko mikrometrov. Samotný proces spekania spravidla prebieha vo vákuu pri takej teplote, kedy sa prášok kobaltu roztaví a navzájom spojí častice W. Kobaltová matrica v spekanom karbide zabezpečuje potrebnú pevnosť v ohybe a húževnatosť. Z tohoto hľadiska možno spekané karbidy zaradiť medzi kompozity.

Niektoré typy spekaných karbidov obsahujú spolu s karbidom volfrámu aj karbid titánu TiC, príp. karbid tantalu TaC a karbid chrómu typu Cr₃C₂. Jednotlivé typy spekaných karbidov sa odlišujú množstvom spojiva, množstvom jednotlivých typov karbidov, velkosťou karbidických častíc, a pod.

Spekané karbidy sa delia podľa použitých karbidov na skupiny:

• K - W + Co – obrábanie nekovových materiálov, liatiny, neželezných kovov a pod.
• P - W + Co + TiC – používa sa na obrábanie ocelí, zliatin, feritických ocelí, materiálov s dlhou trieskou
• M - W + Co + TiC + TaC + NbC – má univerzálne použitie, je vhodné aj pre tvárnu liatinu.

Povlakovanie

Väcšina vymeniteľných rezných doštičiek zo spekaných karbidov sa v súčasnosti používa s tvrdými povrchovými vrstvami - povlakmi. Povlakovaním nanášame na spekaný karbid materiál s vyššou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebeniu. Povlaky na spekaných karbidoch bývajú obvykle viacvrstvové a obvykle ich tvoria tvrdé chemické zlúčeniny TiC, TiN a Al₂O₃.

Metódy povlakovania

• Metóda PVD - fyzikálne naparovanie. Pri teplotách okolo 500°C sa na spekaný karbid v atmosfére argónu (Ar) alebo dusíka nanáša vrstva titánu (Ti).
• Metóda CVD - chemické spracovanie - vylučovanie z plynnej fázy na povrch spekaného karbidu, teplota 500°C - 1500°C. Hrúbka vrstvy je od 6 - 10 um, naparuje sa TiCl₄.

Použitie

Spekané karbidy sa najčastejšie používajú na výrobu vymeniteľných rezných doštičiek pre sústružnícke nože, frézy, vrtáky na najnamáhanejšie časti tvárniacich nástrojov a na výrobu rôznych súčiastok vystavených opotrebovaniu, trysky, preťahovacie nástroje. Obrábaním nástrojami zo spekaných karbidov sa získava povrch s nízkou drsnosťou, dá sa použiť aj na obrábanie tvrdokovov a na obrábanie kalených materiálov.