Sự xuất hiện của lò điện vào thế kỷ trước đã dẫn tới nghành sản xuất vật liêu cứng mới ở nhiệt độ rất cao Nhà hoá học người Mỹ Achéon đã sản xuất ra cácbit silic năm 1891, trong một lò
Trang 1I Hợp kim cứng
Nhiều chất cứng hơn thép dụng cụ được tôI luyện đã biết từ xa xưa , kim cương , corum, thạch anh và nhiều chất khác có trong tự nhiên được sử dụng để mài dũa kim loại , chúng được sử dụng trong mẫu vật liệu mài lỏng hoặc trong đá mài , nhưng chúng không thích hợp làm dụng cụ cắt bởi vì chúng không đủ độ bền Sự xuất hiện của lò điện vào thế kỷ trước đã dẫn tới nghành sản xuất vật liêu cứng mới ở nhiệt độ rất cao
Nhà hoá học người Mỹ Achéon đã sản xuất ra cácbit silic năm 1891, trong một lò điện giữa các điện cực cacbon , và được sử dụng như một vật liệu mài khi được dính kết với nhau bằng vật liệu gốm , là vật liệu đá mài rất quan trọng , nhưng nó không đủ độ bền cho vật liệu dụng cụ cắt
Nhiều nhà khoa học kỹ sư , các nhà phát minh trong thời kỳ đầu đã sử dụng lò điện với mục đích sản xuất kim cương tổng hợp nhưng không thành công HerriMoissan ở Sorbonne đã chế tạo ra nhiều các bít mới : borides, silicdes- tất cả đều là những vật liệu rất cứng với nhiệt độ nóng chảy rất cao Trong đó cacbit WC được tìm thấy là chất có độ cứng đặc biệt và có nhiều
đặc trưng kim loại Nó không thu hút được sự chú ý lúc bấy giờ nhưng cũng
có một vài thử nghiệm trong một mẫu thích hợp để sử dụng như một dụng
cụ cắt hoặc dụng cụ khắc vết
Thực tế có hai cácbit, Wc phân huỷ ở 2600o C và W2C nóng chảy ở nhiệt
độ 2750o C Cả hai đều rất cứng và có một hợp kim eutectic ở sự hợp thành trung gian và một điểm nóng chảy thấp hơn 2525o C, chất này khó nóng chảy
và mất đI , và là chất nền để hình thành và sử dụng đá mài kim cương Nhưng quá trình đúc là thô trong cấu trúc với nhiều sự bất thường, chúng dễ gẫy và tỏ ra không thích hợp cho dụng cụ cắt và khuôn ép
Vào năm 1900 công việc của Coolidge dẫn tới sự sản xuất sợi tóc bóng đèn
từ Wonfram Bắt với bột Wonfram với cỡ hạt khoảng vài micromet Sử dụng con đường sản xuất từ bột wonfram dần dần đã giảI quyết vấn đế làm thế nào tạo ra và sử dụng độ cứng và tính chống mài mòn của wonfram Vào năm 1920 Schoter làm việc trong phòng thí nghiệm Osran ở Đức đã nung bột wonfram với cacbon để sản xuất ra cácbit WC trong mẫu bộ với cỡ hạt khoảng vài micromet Đây là sự pha trộn kỹ lưỡng với một lượng nhỏ phần trăm niken , coban trong một mẫu bột nhỏ mịn Bột được pha trộn và được nén tronh hộp , được thiêu kết bởi đốt nóng trong khí hidrô ở 1300o C Sản phẩm hoàn thành bởi quá trình thiêu kết và bao gồm những hạt cacbit WC gắn kết cùng nhau bởi một kim loại mềm hơn Coban được tìm thấy là một kim loai có hiệu quả nhất cho việc liên kết Hỗn hợp những cácbit gắn kết này là sự kết hợp duy nhất của những thuộc tính , dẫn đến sự phát triển của dụng cắt kim loại chủ yếu thứ hai được sử dụng trong ngày nay
Trang 2II Cấu trúc và thuộc tính < structure and properties>
Cácbit WC là một trong số một nhóm những hỗn hợp :cacbit,nitride, boride và silicdes của sự chuyển tiếp phần tử cơ bản của nhóm IV, V và VI trong bảng hệ thống tuần hoàn Vì vậy cacbit là vật liệu dụng cụ rất quan trọng và vai trò vượt trội đã được thể hiện bởi mono cacbit
Bảng 7.1 cho biết điểm nóng chảy và độ cứng ở nhiệt độ phòng của một số cácbit Tất cả các giá trị này là rất cao khi so sánh với thép gió Các bít WC
và kim loại cứng màu bạc có cấu trúc lục giác , trong khi các loại khác có cấu trúc lập phương Những hỗn hợp rắn và bền này không trảI qua sự thay
đổi cấu trúc trên điểm nóng chảy của chúng , thuộc tính của chung là bền và không thay đổi bởi nhiệt luyện , không giống như thép có thể mềm bởi quá trình nung nóng và cứng lại bơỉ quá trình làm nguội nhanh
hiển vi điện tử cho thấy rằng
chúng bị biến dạng dẻo bởi
cùng một cơ chế như kim
loại bởi sự trượt tương đối
Chúng đôI khi bao gồm cả
của 4 cacbit quan trọng được
đo ở khoảng nhiệt độ từ 15o
Độ cứng của cacbit bị mất
đI rất nhanh bởi sự tăng nhiệt
độ nhưng chúng vẫn còn lại
độ cưnngs cao hơn thép trong hầu hết các điều kiện Chúng có độ cứng cao
Trang 3và sự ổn định của tính chất khi chinh phục một phạm rộng của sự nghiên cứu
về nhiệt , thuận lợi cho việc sủ dụng cacbit làm dụng cụ cắt
Trong những hợp kim cứng , cacbit hạt chiếm khoảng 55-92% thể tích cấu trúc và những hợp kim nay sử dụng trong cắt kim loại thông thường chứa
đựng ít nhất 80%cacbit trong thể tích Hình 7.2 cho biết cấu trúc của một hợp kim , những hạt xám là WC và vùng trắng là kim loại coban Trong thép gió những hạt cácbit cứng với kích thước vimô chỉ chiếm khoảng 10-15% thể tích của thép nhiệt luyện , và đóng một vai trò phụ trong chế độ làm việc của những hợp kim này trong dụng cụ cắt ,hưng trong HKC chúng là những phần tử quyết định Quá trình sản xuất bột kim loai chế tao hợp kim cứng có thể điều khiển đúng đắn cả sự hợp thành của hợp kim và kích thước hạt cacbit
III Hợp kim WC-Co < tungsten carbide- cobalt alloys>
Trong nhóm này , tính kỹ thuật là quan trọng nhất và được xem xét đầu tiên Có những giá trị thương mại với lượng coban trong khoảng 4-30% trọng lượng Lượng coban trong khoảng 4-12% được sử dụng thông thường trong cắt kim loại và với những hạt cacbit thay đổi trong kích cỡ từ 0,5μm -
10μm Tính năng cắt của những dụng cụ cắt HKC là rất phụ thuộc trên sự hợp thành và cỡ hạt cũng như chất lượng chung của sản phẩm
Cấu trúc của hợp kim WC-Co gồm hai pha : cacbit WC và kim loại coban Lượng coban phảI được kiểm soát trong giới hạn hẹp , sự có mặt của cacbon
tự do < lượng cacbon quá cao>
hoặc ‘pha giới hạn’, dẫn đến
kết quả trong sự giảm độ bền
nén cao nhất với hợp kim có
lượng coban thấp và giảm liên
tục khi tăng lượng coban Đối
với bất kỳ thành phần cấu tạo ,
Trang 4độ cứng cao hơn là sự nhỏ mịn hơn của cỡ hạt , và trên toàn bộ phạm vi của thành phần cấu tạo sử dụng cho dụng cụ cắt , HKC đều cứng hơn những thép cứng nhất Đối với thép gió độ bền ứng suất itd khi được đo và độ bền phá huỷ ở những chố uốn được kiểm tra hoặc độ bền cắt thì thường được sử dụng như một phép đo khả năng chống lại sự gãy vỡ trong khi làm việc Hình 7.3 cho thấy rằng độ bền cắt thay đổi ngược lại với độ cứng và cao nhất đối với hợp kim coban với cỡ
Hình 7.4 cho thấy những đường cong ứng suất nén của hai hợp kim cứng
so sánh với thép gió HKC có môđun Young vao hơn và ứng suất đàn hồi cao hơn thép gió Trên đường ứng suất đài hồi , đường cong hình thành dân dần ra khỏi dường tuyến tính thẳng , và biến dạng dẻo xuất hiện cùng với kéo căng liên kết , nâng cao ứng suất đàn hồi Lượng biến dạng dẻo xuất hiện với cùng với sự kéo căng độ cứng , nâng cao ứng suất đàn hồi Lượng biến dạng dẻo trước khi gãy vỡ tăng lên với lượng coban Khả năng sinh ra biến dạng dẻo trước khi phá hỏng
Trang 5kết hợp của những thuộc tính : độ cứng và độ bền cơ học Cùng với khả năng biến dạng dẻo trước khi phá hỏng dưới ứng suất nén , đã làm cho HKC trên nền WC thích nghi tốt cho việc sử dụng vật liệu dụng cụ trong kỹ thuật công nghiệp
Không có một sự công
nhận nói chung cho sự
kiểm tra độ bền của HKC
Quá trình kiểm tra sự
phá hỏng và độ bền của HKC được thực hiện từ phòng thí nghiệm và có những giá trị K hợp lý Bảng 7.2 chỉ ra rằng giá trị của K đối với hợp kim Wc-Co tăng lên với lưọng coban tăng , thay đổi từ 10MNm cho một hợp kim 6% Co tới 18MNm cho hợp kim có 15% Co Xem xét các kết quả thử nhiệm khác nhau cho thấy một sự sai khác tương đối nhỏ , trong khi thực tế lai có
sự sai khác tương đối lớn giữa hiệu suất làm việc của hợp kim 15%Co với hợp kim 6% Co trong những ứng dụng với điều kiện khắc nghiệt Sự sai khác này có thể xảy ra vì Quá trính kiểm tra đo năng lượng phụ thuộc vào sự truyền lan vết nứt dưới ứng suất kéo , trong khi nhiều ứng dụng thực tế , sự thực hiện phụ thuộc vào năng lượng để bắt đầu một vết rạn nứt dưới ứng suất nén cụ bộ Một thử nghiệm điều khiển vừa ý phảI có nhiều sự suy xét đúng
đắn trên những ứng dụng thực tế Nhiều nghiên cứu phảI định hướng về phía nhận thức được độ bền của HKC được quan sát trong thực tế và về phía phát triển phép đo thích hợp cho sự kiểm tra Vật liệu dụng cụ cắt tốt nhất thường xuyên được sử dụng cho những ứng dụng thực tế là phảI có độ cứng cao nhất mà vẫn có độ dẻo dai thích hợp để chống lại sự gãy vỡ Trong những giảp pháp thực tế vấn đề này đã đạt được bởi sự chọn lọc qua quá trình sản xuất công nghiệp Đối với thép gió , một mức công dụng chung BM2 đã trở thành nền thiết lập chung cho máy công cụ nói chung , vì vậy đối với hợp kim WC-Co , một mức 6% Co và một cỡ hạt gần 2 micromet Hình 7.6 đã trở thành sự thừa nhận như một cấp độ cho phần lớn các úng dụng đối với một phạm vi những hợp kim là thích hợp , và những loại này dược chế tạo với số lượng lớn hơn những loại khác Nếu loại này tỏ ra dễ xảy ra gãy vỡ trong nhưnng ứng dụng thực tế thì sử dụng một lương cao trong thành phần
được chứng minh là có hiệu quả Trong khi nếu cần tăng khả năng chống
Trang 6mài mòn là cần thiết thì sử dụng một cỡ hạt nhỏ mịn hơn và giảm lượng coban như đã nói ở trên
Sự thử nghiệm bởi thực tiễn công
nghiệp là một cách thức lâu dài và
tốn kém để thiết lập sự khác nhau
trong độ bền Thật khó cho người sử
dụng có thể đánh giá đúng chất
lương của các loại HKC mà nhà sản
xuất đưa ra bởi vì thuyết chuẩn
Anh không có tác dụng với HKC
Người sử dụng phải tin cậy sự phân
loại theeo tiêu chuẩn ISO Trong
đó hiệu suất của dụng cụ cắt gọt liên
quan đến độ cứng và tính dẻo dai
của vật liệu dụng cụ WC-Co Sự
khác nhau được sắp xếp trong một
số hiệu từ K01 đến K40 Đó là trách nhiệm mà mỗi nhà sản xuất sẽ quyết
địng trong phạm trù nào đó mà mỗi cấp độ ấy sẽ được đặt ra Cả độ cứng và
độ bền nén của HKC đều giảm khi nhiệt độ tăng lên < hình 7.7>
So sánh độ bền nén tại những nhiệt độ cao với thép gió cho thấy rằng hợp kim WC-Co (6%Co) chống lại ứng suất 750MPa ở 1000oC , trong khi đó nhiệt độ tương ứng với thép gió là 750oC Với HKC nhiệt độ tại ứng suất này
có thể mất đi sự chống lại nếu lượng coban tăng hoặc cỡ hạt cacbit tăng
Sự mở rộng hệ số dẫn nhiệt là chậm về nửa phần thép Tính dẫn nhiệt là tuwong đối cao : một hợp kim 6%Co-94%WC có tính dẫn nhiệt 80 W/moC
so sánh với 31 W/moC đối với thép gió Sự chống ôxihoá tại nhiệt độ cao là rất hạn chế Sự oxi hoá trong không khí trở nên nhanh hơn ở 600oc và ở
900oC thì rất nhanh Thực tế là điều này hiếm khi là vấn đề nghiêm trọng với dụng cụ cắt vì bề mặt ở nhiẹt độ cao thông thường được bảo vệ từ sự oxi hoa
Trang 7IV Đặc tính của dụng cụ HKC WC-Co< performance of tungsten carbide- cobalt tools>
Dụng cụ HKC được giới thiệu trong các cử hàng cơ khí từ đầu năm 1930
và mở ra cuộc các mạng trong hiệu quả lớn của máy công cụ với tốc độ cắt cao Trong thời kỳ nhưnng năm đầu , sự thích nhgi cần thiết đã làm cho thông số hình học của dụng cụ cắt , thiết kế máy công cụ , phương pháp gia công và trình độ công nhân được
nâng cao , cho phép cắt được nhiều
kim loại và hợp kim ở nhiều tốc độ
cắt khác nhau với tuổi thọ dụng cụ
hợp lí Hình dạng của lưỡi cắt dần
dần thay đổi với sự không ngừng sử
dụng cho đến khi dụng cụ không
connf cắt có hiêu quả Những cơ
chế và các quá trình làm thay đổi
hình dạng của lưỡi cắt HKC WC-Co
khi cắt gang , thép và hợp kim có
điểm nóng chảy cao vẫn còn tiếp
tục nghiên cứu cho đến ngay nay,
trước hết ở tốc độ cắt kim loại
Đối với dụng cụ thép gió , khả năng
của vật liệu được tìm hiểu qua sự mòn
mặt trước và mặt sau của dụng cụ khi
Trang 8lượng coban thấp thường được sử dụng cắt tộc độ cao hơn , lượng chạy dao tăng lên do khả năng chống lại
biến dạng dẻo
Sự biến dạng dẻo có thể phát
hiện ra ở giai đoạn rất sớm ở
phòng thí nghiệm dụng cụ cắt sử
dụng phương pháp dao thoa
quang học Hình 7.9 cho thấy sự
biến dạng dẻo cực đại được nhìn
thấy ở mũi dao và đây là đặc
điểm chung của dụng cụ cắt khi
cắt thép và kim loại Một dụng
cụ cắt với bán kính mũi dao sắc
hay bán kính mũi dao nhỏ thì
thường bắt đầu biến dạng ở mũi
dao và phá hỏng Với lí do này
thì ở những tốc độ cắt thấp hơn
khi sử dụng bán kinh mũi dao lớn
hơn
Khả năng của dụng cụ cắt
howppj kim WC-Co chống lại
biến dạng ở nghiệt độ cao là tính
chất quan trọng nhất cho phép
tốc độ cắt gọt kim loại cao hơn
thép gió
2 Diffusion Wear <Mòn do khuyếch tán>
Khi cắt thép ở tốc độ cao và lượng chạy dao lớn , một vết lõm hình thành trên mặt trước của dụng cụ HKC WC-Co , với một mặt phăng chưa mòn ở lưỡi cắt<hình 7.10>
Phép đo nhiệt độ trong dụng
cụ HKC cho thấy , cùng mẫu
chung đó những đường viền nhiệt
độ giống với dụnh cụ thép gió
.Điều này có thể dự đoán được từ
nguồn nhiệt ở cùng đặc tính , một
vùng chảy loãng mỏng trong kim
loại tiếp xúc với mặt trước của
dungj cụ Vết lõm ở trên cùng vị
trí như trên dụng cụ thép gió Độ
Trang 9sâu của vết lõm có liên quan đến vùng nhiệt độ cao và mặt phẳng không mòn
ở nơI có nhiệt độ thấp gần lưỡi cắt Tuy nhiên khu vực vết lõm trong dụng cụ HKC-WC-Co không cho thấy bằng chứng của sự biến dạng dẻo do sự trượt trong vật liệu dụng cụ , điều này cũng được quan sát ở dụng cụ thép gió NHững hạt cacbit mòm một cách dần dần với một lượng rất nhỏ hoặc không
đủ bắng chứng mà bất kỳ những hạt đủ lớn nào đựoc nhìn thấy dưới kính hiển vi bị gãy ra khỏi bề mặt dụng cụ cặt
Có bằng chứng chứng minh quá trình
món trong vết lõm của dụng cụ hợp kim
WC-Co là một trong những nguyên tử kim
loại và cacbon khuyếch tán vào vật liệu gia
công , dính vào bề mặt và bị cuốn đI theo
phoi.Một ví dụ điển hình cho quá trình này
được quan sát khi nghiên cứu khu vực xuyên
qua lõi thanh WC-Co được gắn vào những
tấm thép.Những điều đó cho thấy rằng một
lớp trong WC-Co được hoà tan trong thép
tan chảy ở bề mặt tiếp xúc Hình 7.13 cho
thấy một khu vực thép ở trên và HKC màu
trắng ở dưới đáy Điểm tan chảy của một
eutectic giữa WC và coban hoặc với sắt ở
khoảng 1300 C và nhiệt độ này đã đạt đến
tại những lớp mỏng tại mặt tiếp xúc
Trong trường hợp này , tộc độ cắt lớn hơn
1000m/s và rất nhiều năng lượng đã chuyển
thành nhiệt trong một thời gian ngắn Trong
một cuốn sách xuất bản năm 1952 tác giả đã
đưa ra giả thuyết rằng vết lõm của dụng cụ
WC-Co khi cắt thép cũng là kết quả của sự
nóng chảy tại bề mặt tiếp xúc ở nhiệt độ
1300C
Bằng chứng của nhiệt độ suy ra từ những
sự quan sát độ mòn của thép gió vvà
HKC< hình 7.11> đã đề ra nhiệt độ tới hạn
của bề mặt tiếp xúc đối với những điều
kiện nơI những điều kiện nơI vết lõm của
dụng cụ HKC xuất hiện, ở phạm vi
850C-1500C hoặcc 1200C Trong khi nhiệt độ
này là quá thấp cho sự nóng chảy , nhưng
chúng đủ để cho phép sự khuyếch tán đáng
Trang 10kể xảy ra trong trạng tháI đặc, và những đặc trưng của những bề mặt được quan sá là phù hợp với quá trình mòn dựa vào sự khuyếch tán pha đặc
Nhũng dụng cụ HKC mòn có thể được xử lí trong HCl hoặc dung dịch axit khác để loại bỏ sự dính bám của thép hoặc kim loại vi vậy diện tích mòn của
bề mặt dụng cụ có thể nghiên cứu chi tiêt hơn Trong khi những axit hoà tan coban liên kết tới một phạm vi nào đó, chúng không tác động đến những cácbit , va mòn trên dụng cụ HKC có thể được khảo sát bởi một phương pháp khác với phương pháp dùng cho thép gió Hình 7.14, 7.15 cho thấy vết mòn của dụng cụ HKC WC-Co sau khi cắt thép.Các hạt cacbit mòn một cách dần dần nhưng đôI khi có một vết khắc xuất hiện như trong hạt lớn trong hình 7.15 , trong những bước khắc trên bề mặt thì song song với một phương tinh thể chính Sự mòn đỉnh thường nhìn thấy
trên bề mặt bắt nguồn từ những hạt cacbit
WC lớn và chạy theo phương chảy của
phoi như hình 7.14 Sự mòn dần bề mặt là
đặc trưng của những vùng nơI vật liệu gia
công chảy dẻo nhannh tơI bề mặt Trong
khi vết khắc xuất hiện được nhìn thấy ở
nơi có nhiệt độ đủ lớn thì sự chảy loãng là
chậm hơn hoặc một lớp ứ đọng ở bề mặt
tiếp xúc
Những hố mòn cho thấy những đặc tính
xuất hiện chỉ ở tốc độ cắt kim loại tương
đối cao , cùng với những đặc tính khác của
mòn trên dụng cụ HKC có thể tổng kết
một cách dễ dàng ở biểu đồ gia công cơ
khí trong hình 7.16 Những toạ độ trên
biểu đồ là tốc độ cắt được biểu diễn trên
biểu đồ logarit và những đường chéo tô
đậm là những đường tốc độ cắt gọt kim
loai bằng nhau Trên mỗi biểu đồ thể hiện
sự thay đổi của những đặc tính chính cho sự kết hợp giữa dụng cụ cắt và vật liệu gia công , sử dụng một tiêu chuẩn hình học của dụng cụ cắt Hai đường thắng trong hình 7.16, cho thấy những điều kiện mà những hố mòn được phát hiện ra đầu tiên , và dưới những điều kiện khốc liệt gây ra phá hỏng dụng cụ cắt trong một thời gian ngắn , Hình 7.16 biểu diễn cho một HKC WC-6%Co khi cắt thép trung bình Sự xuất hiện của hố mòn bởi khuyếch tán
là một hàm của vận tốc cắt và lượng chạy dao và một mối quan hệ xấp xỉ tuyến tính được tìm thấy trên một phạm vi rộng của những điều kiên cắt Thí dụ tốc độ cắt tới hạn gây ra bởi hố mòn nhanh là 90m/phút, ở một tốc độ chạy dao là 0.25mm/vòng, khi đó tốc độ cắt tới hạn giảm 35 m/phút và một
Trang 11lượng chạy dao là 0.75mm/vòng.Những biểu đồ và những hình vẽ biểu diễn tốc độ cắt cực đại minh hoạ cho sự quan trọng của hố mòn khuyếch tán trong giới hạn tốc độ tách bóc kim loại khi sử dụng HKC để cắt thép Tốc
độ cực đại khi cắt kim loại không cao hơn nhiều so với Thép gió và đó chính
là li do hợp kim WC-Co thường không sử dụng để cắt thép cacbon và thép hợp kim thấp
Chúng được khuyến cáo chủ yếu dùng để cắt gang và những kim loại không chứa sắt Mặc dù vậy chúng có thể được sử dụng với lợi thế tuổi thọ dài khi cắt thép ở tốc độ thấp
Từ khi cơ chế này là quan trọng với dụng cụ cắt HKC thì nó được xemxét một cách chi tiết hơn
Nó được giới thiệu ở đây như sự mòn khuyếch tán bởi vì sự quan sát những đặc điểm mòn bề mặt dụng cụ và bề mặt tiếp xúc thì thấy phù hợp với giả thuyết mòn khuyếch tán Nó là giả thuyết bởi vì nó có rất ít những bằng chứng trực tiếp rằng sự mất đI của vật liệu từ bề mặt dụng cụ cắt tới hình dạng của hố mòn tạo ra bởi sự di chuyển của những nguyên tử riêng lẻ vào trong vật liệu gia công chảy dẻo trên bề mặt Có một vài điện tủe – bằng chứng phân tích sự tập trung nguyên tử WC và Coban được tăng lên trong vùng chảy loãng bên trong một hoặc hai micrômet của mặt tiếp xúc, nhưng những bằng chứng này quá ít để hỗ trợ cho lý thuyết mòn khuyếch tán Những bằng chứng thuyết phục về vấn đề này không chắc sẽ được tìm thấy bởi vì sự tập trung của những phần tử kim loại từ dụng cụ trong vùng chảy loãng là 2 micromet trên mặt phẳng tiếp xúc là rất thấp bởi vì chúng nhanh chóng bị cuốn đi nơi khác
Với những dụng cụ thếp gió , sự quan sát cấu trúc thay đổi trong những lớp
có bề dày khoảng vai micromet ở mặt phẳng tiếp xúc là bằng chứng xác định cho sự mòn kéo theo sự khuyếch tán trên quy mô nguyên tử VơI dụng cụ hợp kim cứng thì không có bằng chứng trực tiếp của cấu trúc thay đổi Dùng kính hiển vi điện tử chụp bề mặt tiếp xúc giữa HKC WC-Co và thép dính trên mặt phẳng tiếp xúc đã cho thấy những hạt WC trong coban với ferit ở sự phóng đại sao cho phát hiện ra được lớp dày hơn 5 micromet
Có giả thuyết rằng đó là tốc độ hoà tan, tốc độ dời đI của những nguyên tử trên bề mặt dụng cụ nhanh hơn chúng khuyếch tán vào vật liệu gia công , từ
đó xác định được tộc độ mòn và được gọi tên là cơ chế mòn hoà tan Giới hạn này dựa trên sự đơn giản hoá một quá trình Nó cho rằng tốc độ mòn thì
độc lập chỉ trên sự hợp thành của dụng cụ và vật liệu gia công và nó có thể tính toán xem xét sự liên kết hoá học của cacbit trong vật liệu dụng cụ Bằng chứng trên đã chứng tỏ rắng năng lượng liên kết là một nhân tố chính , những nguyên tử dời đI trên bề mặt dụng cụ phảI di chuyển một khoảng cách 1 micromet hoặc lớn hơn trước khi chúng bị cuốn đI bởi vì tính thất thường trên bề mặt dụng cụ cắt và vật liệu gia công trên mặt phẳng tiếp xúc Sự di
Trang 12chuyển như vậy được kiểm soát bởi sự khuyếch tán ngang qua hàng nghìn nghuyên tử Mòn khuyếch tán có vẻ là điều kiện thích hợp hơn
Trong khi giả thuyết mòn khuyếch tán được khẳng định với sự tin cậy cao Nó được xem là quan trọng không chỉ qua sự đơn giản hoá một quá trình phức tạp Tốc độ khuyếch tán xác định từ những cặp khuyếch tán tĩnh học không thể sử dụng để dự đoán tốc độ mòn của dụng cụ cắt bởi vì nhũng
điều kiện ở bề mặt làm việc của dụng cụ cắt rất khác những điều kiện tĩnh học trong thí nghiệm Sự chảy dẻo của vật liệu gia công đã mang đI nhũng nguyên tử của dụng cụ cắt trong sự hoà tan và rất hạn chế hình thành một
đường dốc tập trung
Điều quan trọng hơn là vật kiệu gia công rong vùng chảy loãng có một sụ tập trung cao của những bất ổn và trảI qua sự khôI phục động Tốc độ của khuyếch tán và hoà tan phảI tăng thêm nhiều trong những cấu trúc mà Loladze đã chỉ ra , nhưng không có dữ liệu thí nghiệm nào tồn tại ở những
điều kiện đó Cũng có bằng chứng của một sự tập trung nhiều bất ổn trong những hạt cacbit tại mặt phẳng tiếp xúc hơn ở trong thân dụng cụ Nhũng
điều đó có thể làm tăng sự mất mát của những nguyên tử kim loai và cacbon
từ mặt chịu ứng suất cắt cao Quá trình gia công cơ khí đã loại bỏ những mảnh nhỏ riêng biệt của vật liệu dụng cụ, với những hạt quá nhỏ cỡ 5 nanomet ,cũng có thể xuất hiện quá trình mòn phức tạp , được gọi là “mòn khuyếch tán’
Luôn có sự hoà tan cho sự khuyếch tán ở khắp mọi nơi Điều này được cho thấy ở : 0.7%WC có thể hoà tan trong sắt ở 1250C.Tốc độ khuyếch tand phụ thuộc vào cáI mà đôI khi được gọi là ‘ tính tương thích’ của vật liệu Sự hkác nhau lớn trong mòn khuyếch tán là tốc độ xuất hiện với dụng cụ cặt khác nhau và vật liệu gia công khác nhau
Tốc độ mòn phụ thuộc nhiều hơn vào đặc tính hoá học hơn là độ bền cơ khí hay dộ cứng vững của dụng cụ , điều kiện đặt ra là dụng cụ cắt phảI đủ bền
thuộc vào tốc độ của những
nguyên tử từ dụng cụ cắt hoà tan
Trang 13và khuyếch tán trong vật liệu gia công và đặt ra câu hỏi : những nguyên tử nào trong vật liệu là quan trọng nhất? Trong trường hợp thép gió những nguyên tử từ những khối khuyếch tán trong quá trình gia công cho đến khi cac hạt cacbit bị cô lập Thực tế còn lại là sự xói mòn chân và mang các hạt cacbit đó đi.Với dụng cụ HKC, phần lớn sự khuyếch tán xảy ra nhanh là bởi nguyên tử coban trong HCK và nguyên tử sắt trong vật liệu gia công Tuy nhiên những hạt cacbit không bị mòn chân và mất đI bởi 2 li do:
1 Bởi vì, các hạt cacbit không bị cô lập, do sự tạo thành khối HKC hỗ trợ lẫn nhau trong một khung cứng rắn
2 Bởi vì , trong khi những nguyên tử coban khuyếch tán ra ngoài dụng cụ cắt thì những nguyên tử sắt lại khuyếch
tán vào trong dụng cụ cắt , và sắt thì lai
có tac dụng liên kết như coban trong
HKC
Những nguyên tử cacbon rất nhỏ và
khuyếch tán nhanh xuyen qua sắt ,
nhưng những nguyên tử cacbon trong
dụng cụ cắt thì liên kết với Wonfram
bền hơn và không thể tự di chuyển Vì
vậy tốc độ khuyếch tán của wonfram và
nguyên tử cacbon cùng nhau trong vật
liệu gia công đã điều khiển tốc độ mòn
khuyếch tán Sự phụ thuộc ở đây không
chỉ là nhiệt độ mà cò trên tốc độ chúng
bị cuốn ra khỏi dụng cụ cắt , trên tốc
độ chảy dẻo của vật liệu gia công là
không đổi tới bề mặt dụng cụ cắt –tại
khoảng cách 0,01mm, giống như tốc độ bay hơI của nước là chậm trong khônh khi ứ đọng Vì vậy tốc độ khuyếch tán từ dụng cụ cắt là chậm nơI mà vật liệu dụng cụ không thể di chuyển và cố định trên bề mặt dụng cụ ở mặt sau của dụng cụ cắt tốc độ chảy dẻo của vật liệu gia công trên bề mặt dụng
cụ cắt là rất cao, và mòn khuyếch tán có thể là nguyên nhân chính gây ra tốc
độ mòn mặt sau cao ,mặc dù thế kề bên mặt trước thì lại gần như không mòn Trong hình 3.5 những hạt cácbít trên mặt sau có thể nhin thấy chúng bị mòn dần Dưới những điều kiện không đổi , sụư mòn dần của hạt cacbit có thể xem xét như một dự báo rằng mòn khuyếch tán là một quá trình phức tạp Khi cắt ở tốc độ tương dối cao , nơI mà mòn mặt sau là do khuyếch tán , tốc độ mòn tăng nhanh khi tốc độ cắt tăng Hình 7.17 cho thấy một họ đường cong biểu diễn sự mòn mặt sau chống lại thời gian cắt đối với quá trình cắt thép sự dụng HKC trong một phạm vi vận tốc cắt cao hơn