bedrijfsnieuws over Wat is gecementeerd hardmetaal?

Als je in de productie, mijnbouw of gereedschapsmakerij werkt, heb je waarschijnlijk de term "gecementeerd carbide" gehoord - maar wat is het precies? Is het hetzelfde als wolfraamcarbide? En waarom wordt het zo veel gebruikt in zware industriële taken?Gecementeerd carbide (vaak "hardmetaal" genoemd) is een composietmateriaal dat wordt gemaakt door harde keramische deeltjes (zoals wolfraamcarbide) te binden met een zachte metaalbinder (zoals kobalt of nikkel) door middel van hoge hitte en druk. Het combineert de extreme hardheid van keramische deeltjes met de taaiheid van de metaalbinder, waardoor het een van de meest duurzame materialen is voor slijtvaste en snijtoepassingen. In dit artikel leggen we de samenstelling, de manier van maken, de belangrijkste eigenschappen, de meest voorkomende soorten en de praktische toepassingen uit. Alle inhoud is vereenvoudigd voor de duidelijkheid, met praktische voorbeelden waar industriële professionals zich in kunnen vinden.

De prestaties van gecementeerd carbide komen voort uit de twee belangrijkste componenten: "harde fase"-deeltjes en een "binderfase"-metaal. Deze werken samen om hardheid en taaiheid in evenwicht te brengen, wat geen enkel materiaal (zoals puur metaal of keramiek) alleen kan.

Opmerking: Wolfraamcarbide (WC) is de populairste harde fase - meer dan 90% van de industriële gecementeerde carbideproducten gebruikt WC als de belangrijkste harde component. Daarom wordt "gecementeerd carbide" vaak informeel "wolfraamcarbide" genoemd (hoewel wolfraamcarbide technisch gezien slechts een deel van het composiet is).

Gecementeerd carbide wordt niet gegoten of gesmeed zoals metaal - het wordt gemaakt met behulp van poedermetallurgie, een proces dat fijne poeders omzet in een dicht, vast materiaal. De stappen zijn eenvoudig en strak gecontroleerd om de kwaliteit te waarborgen:

1. Poederbereiding:

   • De harde fase (bijv. WC) en de binder (bijv. Co) worden vermalen tot ultrafijne poeders (deeltjesgrootte: 0,5–10 micrometer, ongeveer 1/20 van de breedte van een mensenhaar).
   • Poeders worden gedroogd om vocht te verwijderen (vocht veroorzaakt poriën in het eindproduct) en gezeefd om klonten te verwijderen.

2. Poedermengen:

   • Poeders worden in precieze verhoudingen gemengd (bijv. 94% WC + 6% Co) met behulp van kogelmolens. Er wordt een vloeistof (zoals alcohol) of smeermiddel (zoals was) toegevoegd om een gelijkmatige verdeling van de binder rond de harde deeltjes te garanderen.
   • Mengen duurt 4–24 uur - uniformiteit is hier cruciaal: ongelijke binderverdeling leidt tot zwakke plekken in het eindproduct.

3. Compressie:

   • Het gemengde poeder wordt met behulp van hydraulische persen in een "groen compact" (ruwe vorm van het eindproduct) geperst. De druk varieert van 150–600 MPa (1.500–6.000 keer de atmosferische druk) om het poeder stevig te verpakken.
   • Het groene compact is fragiel (zoals een gedroogd zandkasteel), maar behoudt zijn vorm - het is nu klaar om te sinteren.

4. Sinteren (de "verhardings"-stap):

   • Het groene compact wordt in een oven geplaatst en verwarmd tot 1.300–1.600 °C (2.372–2.912 °F) in een beschermende atmosfeer (argon of stikstof, om oxidatie te voorkomen).
   • Bij hoge temperaturen smelt het bindmetaal en vloeit het rond de harde fase-deeltjes, waardoor ze aan elkaar worden "gelijmd". Het compact krimpt met 5–20% naarmate de openingen tussen de poeders sluiten.
   • De oven koelt langzaam af (2–5 °C per minuut) om scheuren te voorkomen - deze stap verandert het fragiele compact in een dicht, hard gecementeerd carbide-onderdeel.

5. Nabewerking (optioneel):

   • Voor precisieonderdelen (bijv. snijgereedschappen, afdichtringen) wordt het gesinterde onderdeel geslepen met diamantschijven (omdat gecementeerd carbide harder is dan staal) om de grootte en vorm te verfijnen.
   • Sommige onderdelen worden gepolijst of gecoat (bijv. titaannitride, TiN) om de slijtvastheid te verhogen of de wrijving te verminderen.

De populariteit van gecementeerd carbide komt voort uit vier onverslaanbare eigenschappen die het ideaal maken voor zware industriële omstandigheden:

• Hardheid: 8,5–9 op de Mohs-hardheidsschaal (alleen diamant, kubisch boornitride en een paar andere zijn harder).
• Slijtvastheid: Gaat 5–10 keer langer mee dan koolstofstaal in taken met veel slijtage. Een gecementeerde carbide mijnbouwvoering kan bijvoorbeeld 6–24 maanden lang griterts verwerken, terwijl een stalen voering slechts 1–3 maanden meegaat.

• In tegenstelling tot puur keramiek (dat bij impact versplintert), maakt de metaalbinder gecementeerd carbide taai genoeg om schokken te weerstaan. Een gecementeerde carbide boor kan een harde steen raken zonder te breken, terwijl een keramische boor onmiddellijk zou barsten.

• Het behoudt zijn hardheid bij hoge temperaturen (tot 500–800 °C, 932–1.472 °F, afhankelijk van de binder). Dit maakt het perfect voor snijgereedschappen - bij het bewerken van metaal wordt de punt van het gereedschap heet, maar gecementeerd carbide wordt niet zachter of verliest zijn scherpte.

• Bestand tegen roest, corrosie en chemische aantasting (vooral nikkelgebonden gecementeerd carbide). Het werkt in zeewater (bijv. pompdichtingen) of chemische fabrieken (bijv. kleponderdelen) zonder te degraderen.

Niet alle gecementeerd carbide is hetzelfde - de verhouding van harde fase tot binder en het type harde fase worden aangepast voor specifieke taken. Hier zijn de meest voorkomende soorten die in de industrie worden gebruikt:

Gecementeerd carbide is overal in de zware industrie te vinden - als een onderdeel hard, taai of slijtvast moet zijn, is het waarschijnlijk gemaakt van gecementeerd carbide. Hier zijn de meest voorkomende toepassingen:

• De grootste toepassing: boren, draaigereedschappen, freesinserts en zaagbladen voor het bewerken van metaal, hout of beton. Een gecementeerde carbide snij-insert kan duizenden metalen onderdelen bewerken voordat deze vervangen moet worden.

• Slijtdelen zoals crushertanden, transportbandschrapers en mijnbouwboren. Deze onderdelen verwerken schurend erts en rotsen - de slijtvastheid van gecementeerd carbide vermindert de vervangingskosten.

• Afdichtringen voor pompen (voorkomen lekkage en zijn slijtvast), lagerbussen (verminderen wrijving in zware machines) en extrusiematrijzen (vormen metaal of plastic zonder te slijten).

• Kleine, zeer precieze onderdelen zoals sproeiers (voor 3D-printen of brandstofinjectie), horlogetandwielen (hard en krasbestendig) en medische hulpmiddelen (bijv. tandheelkundige boren, die hard en steriel moeten zijn).

1. Mythe: "Gecementeerd carbide is hetzelfde als wolfraamcarbide."
   Feit: Wolfraamcarbide (WC) is slechts de harde fase in de meeste gecementeerde carbides. Gecementeerd carbide is een composiet - het heeft een binder (zoals kobalt) nodig om de WC-deeltjes bij elkaar te houden. Denk eraan als een koekje: WC zijn de chocoladeschilfers en kobalt is het deeg.

2. Mythe: "Gecementeerd carbide is te duur om te gebruiken."
   Feit: Hoewel het in eerste instantie meer kost dan staal, gaat het 5–10 keer langer mee. Een gecementeerde carbide boor van $50 gaat bijvoorbeeld 10x langer mee dan een stalen boor van $10 - na verloop van tijd is het goedkoper omdat je hem minder vaak hoeft te vervangen.

De unieke mix van hardheid, taaiheid en hittebestendigheid van gecementeerd carbide maakt het onvervangbaar in zware industriële taken. Of je nu metaal bewerkt, erts ontgint of pompen bouwt, het is het materiaal dat apparatuur langer en betrouwbaarder laat draaien.

De sleutel tot het optimaal benutten van gecementeerd carbide is het kiezen van het juiste type voor je toepassing: WC-Co voor veelzijdigheid, WC-Ni voor corrosiebestendigheid en WC-TiTaC-Co voor hogesnelheidsbewerking.

Als je niet zeker weet welk type gecementeerd carbide het beste is voor je project (bijv. een nieuw snijgereedschap of slijtdeel), neem dan gerust contact op. We kunnen helpen het materiaal af te stemmen op je behoeften en budget.