Đây là hai loại vật liệu có tính chất làm việc giống nhau: dùng vật cứng hơn để cắt vật mềm hơn (thành mạt hoặc phoi).
3.4.2.1. Vật liệu bột mài
Đối với bột mài, các hạt cứng có kíchthước không đều nhau, nhưng luôn có các góc cạnh sắc nhọn. Khi làm việc chúng trượt trên bề mặt cần gia công (mài, rà, đánh bóng,…) làm bong ra từ bề mặt gia công những mạt có kích thước khác nhau tùy độ hạt, tốc độ trượt và lực ép lên bềmặt cần gia công. Trong thực tế thường dùng các vật liệu sau, theo chiều tăng dần độ cứng làm bột mài cát trắng (SiO2), êmêri (hỗn hợp tự nhiên của Al2O3, SiC, Fe2O3), Al2O3, SiC, BN lập phương, cuối cùng là kim cương (tự nhiên hoặc nhân tạo), là loại vật liệu có độcứng cao nhất (khoảng 10000 HV).
Vật liệu mài có thểsửdụngở dạng tựdo (dạng bột) như trong máy phun cát, bột gia công thủy tinh, bột mài rà, bột đánh bóng, … hoặc ở dạng gắn trên giấy, vải (giấy giáp từbột cát trắng, vải tẩm êmêri, SiC, … dùng để gia công gỗ, hoặc kim loại), hoặc ởdạng khối (đá mài các loại).
3.4.2.2. Dụng cụcắt bằng hợp kim cứng
Đối với dụng cụ cắt (một hay nhiều lưỡi cắt, như tiện, phay, bào, khoan doa, chuốt, …), khi làm việc chúng cắt (bóc) từng lớp bề mặt chi tiết cần gia công, tạo ra phoi. Tốc độ cắt càng cao, nhiệt do ma sát sinh ra càng nhiều, do vậy ngoài độ cứng cao, dụng cụ đòi hỏi có tính cứng nóng và bền nóng cao, với thép dụng cụcacbon và hợp kim thấp chỉ chịu được không quá 2500C, với thép gió cũng chỉ dưới 6000C, nếu dùng hợp kim cứng có thể làm việc được tới 800-10000C, nâng cao năng suất cắt và tuổi thọcho dụng cụlên nhiều lần.
Thành phần chủ yếu của hợp kim cứng thông dụng là các hạt WC dính kết với nhau bởi Co (loại một cacbit), hoặc WC + TiC + Co (loại hai cacbit), hoặc WC + TiC + TaC Co (loại ba cacbit). Lượng Co dao động trong phạm vi 2-30% tùy theo độ dai va đập cần thiết (Co càng nhiều độ dai càng cao nhưng độcứng càng thấp).
Nhóm 1 cacbit, ký hiệu BKx.
Nhóm này gồm có cacbit vonfram (WC) và coban (Co). Con số đứng đằng sau chữ K biểu thị thành phần phần trăm của Co.
Ví dụ, BK6gồm 6% Co còn lại là 9 4%WC
Thường dùng BK2, BK3, BK6 và BK8. Để gia công thô, tinh cho gang, kim loại màu và phi kim loại. Riêng BK8 có thể thay thế cho hợp kim cứng nhóm TK để gia công thép.
Nhóm 2 Cacbit, ký hiệuTK
Nhóm này gồm có cacbit vonfram (WC) và cacbit titan (TiC). Con số đứng đằng sau chữ T biểu thị thành phần phần trăm của cacbit titan (TiC). Con số đứng đằng sau chữ K là thành phần Co. Còn lại là thành phần cacbit vonfram (WC).
Ví dụ,T15K6 gồm 15%TiC; 6% Co; 79% WC
Thường dùng T15K10; T14K8; T15K6; T30K4 và T60K6. Để gia công cắt gọt thô, tinh thép các bon và thép hợp kim.
Nhóm 3 Cacbit, ký hiệu TTK
Nhóm này gồm có cacbit vonfram (WC), cacbit titan (TiC), cacbit tantan (TaC). Con số đứng đằng sau 2 chữ TT biểu thị thành phần phần trăm của tổng 2 cacbit Ti và Ta. Con số đằng sau chữ K biểu thị thành phần phần trăm của Co. Còn lại là thành phần cacbit vonfram. Thường dùng TT7K12; TT10K8; TT20K9.
Hợp kim cứng nhóm TTK do có TaC có độ bền chống rung, chống mẻ cao hơn, chủ yếu được dùng để gia công thô các phôi đúc, cán, rèn.
Để chế tạo hợp kim cứng phải qua các bước hoàn nguyên bột WO3 trong dòng khí H2ở 700-9000C. Bột W thô thu được đem nghiền nhỏ,qua sàng để có độ hạt nhưý (0,10-0.15µm đến 3-5 µm). Trộn bột cacbit với bột Co trong nhiều giờ để làm đều thành phần. Ép hỗn hợp bột dưới áp lực 100-400MPa rồi nung sơ bộ ở9000C trong 1h để tạo hình sơ bộ. Gia công cơ (phay, tiện) theo kích thước mong muốn, chú ý để độ dư cần thiết, vì sau thiêu kết có sự co ngót nhất định (khoảng 5-10%). Thiêu kết lần cuốiở1400-15000C trong 1-3h,ở nhiệt độnày Co chảy lỏng ra và tạo điều kiện đểcác hạt cabit sát lại gần nhau, giảm độ xốp (và đó là lý do làm chi tiết bị co chút ít), tăng sựliên kết giữa chúng.
Sau khi làm nguội, chúng trở nên rắn chắc, không thể gia công cơ khí được nữa, cách duy nhất là mài sửa trên đá mài đặc biệt hoặc bằng tia lửa điện.
Do hợp kim cứng giòn và khả năng thoát nhiệt kém (so với thép), nên dụng cụ thường được cấu tạo gồm hai phần, phần lưỡi cắt bằng hợp kim cứng và phần thân bằng thép thường, liên kết với nhau bằng hàn đồng hoặc kẹp kiểu ép hay bắt vít.
Ngoài chất dính kết bằng Co, còn có thểdùng các kim loại khác như Ni, Mo, hay hợp kim Ni-Cr,… để làm nền liên kết các hạt cứng lại với nhau, gọi chung là cermet
(ceramic–metal), tức hợp kim cứng nền kim loại.
3.4.2.3. Vật liệu siêu cứng
Có thể chế tạo dụng cụ từ vật liệu siêu cứng bằng các cách, bột kim cương trộn với 1-2% bột B, Be, hoặc Si (chất dính kết), được ép nóng dưới áp suất cao tới 12 GPa, ởnhiệt độkhoảng 30000C. Sản phẩm có thể đạt độcứng tới 8000 HV.
Bột kim cương, hoặc bột BN rải lên bề mặt hợp kim cứng, rồi ép nóng dưới áp suất 5-8MPa,ở nhiệt độ khoảng 1 8000C, một phần nhỏ Co và thậm chí cả W, Ti của hợp kim cứng tiết ra thành chất dính kết đối với lớp siêu cứng. Lớp phủcó thể đạt độ cứng 5000- 8000 HV.
Bột kim cương, hoặc bột BN trộn với khoảng 20-30% bột kim loại (chất dính kết), ép nóng dưới áp suất 3-6 Gpa, ở nhiệt độ 1200-16000C. Sản phẩm có thể đạt độ cứng 4000-5000 HV, thích hợp làm dụng cụcắt đá.
Cần thấy rằng vật liệu trên cơ sở kim cương tuy có độ cứng cao nhưng lại hạn chếvềnhiệt độ và có sựkhuếch tán của C vào Fe, thép (khi cắt với tốc độcao). Trong khi đó vật liệu trên cơ sởBN vừa có độcứng cao, vừa có tính bền ởnhiệt độ cao hơn, nên rất thích hợp để gia công với tốc độ cao (khoan, tiện, phay,…) thép đã tôi, gang các loại. Ví dụ, gia công gang xám với độ cứng 180-210 HB, có thể đạt tốc độ cắt 1800-2000 m/ph.
3.4.2.4. Thép gió bột
Sự phát triển có tính công nghiệp các bán thành phẩm thép gió bằng con đường luyện kim bột mới có khoảng trên mười năm nay. Xuất phát từnguyên liệu bột (Fe, W, Cr, Mo, Co, V, C hay hợp kim trung gian) qua ép nóng với áp lực 100 MPa ở 11000C trong khí bảo vệAr, tạo thành các bán thành phẩm dạng thỏi lớn (200-1000 kg).
So với phương pháp nấu chảy cổ điển, phương pháp bột nhận được hạt mịn hơn và có thể tạo được những loại thép gió khó nấu luyện và khó rèn, như loại chứa C rất cao, V, Co cao.
Ví dụ, số hiệu 230W6M7Cr4V6Co10, (có thành phần tương ứng 2,3%C-6%W- 7%Mo-6%V-10%Co, còn gọi là Fe), chế độ rèn và nhiệt luyện cũng tương tự như với thép gió nấu chảy, nhưng rèn và tôi ở nhiệt độ thấp hơn. Do thành phần cacbon và nguyên tốhợp kim cao hơn lại có tổchức đồng đều hơn nên khả năng cắt gọt tốt hơn, chế độ làm việc nặng hơn, tuổi thọ cao hơn. Nhược điểm là độ dai và khả năng dẫn nhiệt kém hơn do ít nhiều vẫn còn rỗxốp.
Gần đây, có thể sản xuất bột kim loại có độ sạch cao hơn, cho phép chếtạo trực tiếp ra các dụng cụ nhỏ (mũi khoan, lưỡi phay, mũi dao tiện,…) bằng cách ép nguội rồi thiêu kết trong chân không. Sản phẩm có độ sít chặt cao có thể nhiệt luyện và sử dụng ngay được. Phương pháp này khá kinh tế vì hầu như không mất nguyên liệu (do không phải cắt gọt để tạo hình), tuy vậy chỉ thực sựcó lợi khi sản lượng khá cao (tối
thiểu 5000-10000 sản phẩm, với trọng lượng khoảng 50g mỗi chiếc).
Cuối cùng, bằng con đường luyện kim bột, có thểdễ dàng cho thêm bột graphit, bột cacbit mịn (TiC, WC,…) vào bột chế tạo thép gió, để tạo ra loại vật liệu cắt gọt mới, trung gian giữa thép gió và hợp kim cứng.