Tədqiqatçılar artıq əlavə istehsal (AM, həmçinin 3D çap kimi də tanınır) istifadə edərək WC-Co sementləşdirilmiş karbidinin istehsalının fərqli bir yolunu sınaqdan keçiriblər. Onların yanaşması materialı bu qədər faydalı edən möhkəmliyi və sərtliyi qoruyarkən tullantıları azalda və istehsal xərclərini azalda bilər.

Tədqiqat Beynəlxalq Odadavamlı Metallar və Sərt Materiallar Jurnalında dərc olunub .

Volfram Karbidi Niyə Bu Qədər Dəyərlidir

WC-Co sementləşdirilmiş karbidləri, kəsici alətlər, qazmalar, emal avadanlığı və tikinti alətləri də daxil olmaqla, həddindən artıq sərtlik və aşınmaya davamlılıq tələb edən tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. Material, sərtlik təmin edən volfram karbidini karbid hissəciklərini bir yerdə saxlayan metal bağlayıcı kimi çıxış edən kobaltla birləşdirir.

İstehsalçılar hazırda bu materialları əsasən toz metallurgiyası yolu ilə istehsal edirlər. Bu prosesdə incə WC və Co tozları yüksək təzyiq altında sıxılır və sinterləmə maşınlarında qızdırılır. Sinterləmə, hər bir komponenti tamamilə əritmədən hissəcikləri yüksək temperaturda bir-birinə bağlayır.

Bu üsul olduqca davamlı hissələr istehsal edir, lakin çatışmazlıqları da var. Volfram və kobalt bahalı xammaldır və ənənəvi istehsal nisbətən məhdud məhsuldarlıq verərkən çox miqdarda material istifadə edə bilər. Bu, tullantıların azaldılmasını xüsusilə vacib edir.

Tədqiqatçılar aşqar istehsalının daha səmərəli alternativ təmin edə biləcəyini araşdırdılar. Materialı kəsməklə və ya qəlib doldurmaqla hissəni formalaşdıran ənənəvi metodlardan fərqli olaraq, aşqar istehsalı materialı yalnız lazım olduğu yerə yerləşdirməklə bir obyekt qurur.

Lazer və Qızdırılmış Məftil Karbid Qurur

Komanda lazer şüasını əvvəlcədən qızdırılmış doldurucu məftil ilə birləşdirən isti məftilli lazer şüalanmasından (lazer isti məftilli qaynaq da adlanır) istifadə etdi. Telin iş səthinə çatmamışdan əvvəl qızdırılması materialın daha sürətli və səmərəli şəkildə əlavə olunmasına imkan verir. Bu, lazerdən tələb olunan enerji miqdarını azaldarkən çökmə sürətini (doldurucu metalın nə qədər əlavə olunduğunu) artıra bilər.

Tədqiqatçılar iki istehsal sxemini sınaqdan keçirdilər.

Birincisində, lazer sementlənmiş karbid çubuğunun üstünə yönəldilib və çubuq materialın hazırlandığı istiqamətdən irəlidə yerləşdirilib. İkincisində, lazer prosesi idarə edib və sementlənmiş karbid çubuğunun dibi ilə əsas material (dəmir) arasındakı sahəni şüalandırıb.

Hər iki üsul metalları tamamilə əritmək əvəzinə, onları sementləşdirilmiş karbid əmələ gətirmək və çökdürmək üçün kifayət qədər yumşaltdı. Bu fərq vacibdir, çünki volfram karbidinin tamamilə əriməsi onun daxili quruluşunu dəyişdirə və onu dəyərli edən xüsusiyyətləri azalda bilər.

Hirosima Universitetinin Qabaqcıl Elm və Mühəndislik üzrə Ali Məktəbinin dosenti, müvafiq müəllif Keita Marumoto bildirib ki, “Sementləşdirilmiş karbidlər alət kənarlarını kəsmək və oxşar tətbiqlər üçün istifadə olunan son dərəcə sərt materiallardır, lakin onlar volfram və kobalt kimi çox bahalı xammaldan hazırlanır və bu da material istifadəsinin azaldılmasını çox arzuolunan edir. Əlavə istehsaldan istifadə etməklə sementləşdirilmiş karbid yalnız lazım olan yerdə çökdürülə bilər və bununla da material istehlakını azaldır”.

Qüsursuz, Sənaye dərəcəli karbidlər əldə edildi

Təcrübələr göstərdi ki, bu yanaşma ənənəvi olaraq istehsal olunan WC-Co sementləşdirilmiş karbidi ilə əlaqəli sərtliyi və mexaniki bütövlüyü qoruyub saxlaya bilər. Tədqiqatçılar qüsurlara və ya parçalanmaya səbəb olmadan 1400 HV-dən (nüfuz etməyə qarşı müqaviməti təmsil edən vahid) yuxarı sərtliyə malik əsas material istehsal etdilər.

HV ölçməsi, materialın sərt ucluq tərəfindən çökməyə nə dərəcədə davamlı olduğunu qiymətləndirən Vickers sərtliyinə aiddir. 1400 HV-dən yuxarı bir dəyər, yaranan karbidi sənayedə geniş istifadə olunan ən sərt materiallar arasında, sapfir və almaz kimi super sərt maddələrdən aşağıda yerləşdirir.

Nəticələr göstərir ki, əlavə istehsalın sementləşdirilmiş karbid qəlibləri əsas qüsurlar olmadan istehsal edə biləcəyini göstərir, baxmayaraq ki, nəticələr istehsal üsulundan asılı olaraq fərqlənirdi.

Çubuqla idarə olunan üsul, istehsal olunmuş konstruksiyanın yuxarı hissəsinə yaxın bəzi tualetlərin parçalanmasına səbəb oldu və bu da son materialda qüsurlar yaratdı. Lazerlə idarə olunan üsul bu problemlərin bəzilərindən qaçındı, lakin əvvəlcə tələb olunan sərtliyi qorumaqda çətinlik çəkdi.

Tədqiqatçılar bu məsələni nikel ərintisinə əsaslanan orta təbəqə əlavə etməklə həll etdilər. Onlar həmçinin temperaturu diqqətlə idarə etdilər və izlədilər ki, kobaltın ərimə nöqtəsindən yuxarı, lakin dənə böyüməsi temperaturundan aşağı qalsın. Dənə böyüməsi materialın içərisindəki mikroskopik kristallar böyüdükdə baş verir ki, bu da onun sərtliyini və mexaniki göstəricilərini dəyişə bilər.

Bu düzəlişlərlə komanda sərtliyindən ödün vermədən AM vasitəsilə sementləşdirilmiş karbid istehsalını uğurla həyata keçirdi.

Son dərəcə sərt materialların formalaşdırılması üçün yeni bir strategiya

Nəticələr sonrakı inkişaf üçün təməl yaradır, lakin bir sıra çətinliklər qalmaqdadır. Tədqiqatçılar çatlamanı azaltmaq, davamlılığı artırmaq və daha mürəkkəb formaların necə istehsal olunacağını müəyyən etmək istəyirlər.

Marumoto bildirib ki, “Metal materialları tam əritmək əvəzinə yumşaldaraq formalaşdırmaq yanaşması yenidir və bu yanaşma təkcə bu tədqiqatın əsas mövzusu olan sementləşdirilmiş karbidlərə deyil, həm də digər materiallara tətbiq olunma potensialına malikdir”.

Gələcək işlər praktik kəsici alətlərin istehsalına, prosesin əlavə materiallarla sınaqdan keçirilməsinə və hazır komponentlərin daha da davamlı olmasının yollarının tapılmasına yönələcək.

Əgər texnika genişmiqyaslı istehsal üçün təkmilləşdirilə bilərsə, bu, istehsalçılara bahalı karbidi yalnız lazım olan yerlərdə yerləşdirməyə imkan verə bilər. Bu, qabaqcıl alətləri daha az israfçı və daha qənaətcil hala gətirə bilər, eyni zamanda sənaye istifadəsi üçün tələb olunan həddindən artıq sərtliyi qoruyub saxlaya bilər.

Xirosima Universitetinin Qabaqcıl Elm və Mühəndislik Məktəbindən Keita Marumoto və Motomiçi Yamamoto və Mitsubishi Materials Hardmetal Korporasiyasından Takashi Abe, Keiqo Naqamori, Hiroşi İçikava və Akio Nişiyama bu tədqiqata öz töhfələrini verdilər.