Węglik spiekany ważnym materiałem do produkcji narzędzi skrawających
Sandvik CoromantW 2023 r. mija sto lat od wynalezienia węglika spiekanego. Ta klasa stopów, znanych ze swojej odporności na wysokie temperatury i zastosowanie do szybkościowej obróbki wiórowej, stanowi podstawę konstrukcji wielu nowoczesnych narzędzi skrawających. Menedżer działu Rickard Sundström podsumowuje bogatą historię węglika spiekanego i jej znaczenie dla firmy Sandvik Coromant, a także zastanawia się, co czeka nas w ciągu kolejnych 100 lat.
Pierwsze kroki
Stworzenie pierwszego komercyjnego stopu stali narzędziowej przypisuje się często Robertowi Foresterowi Mushetowi, który w 1868 r. odkrył, że dodanie węglika do stali zwiększa jej twardość nawet po schłodzeniu powietrzem. Odkrycie to legło u podstaw stworzenia stopu, co z kolei doprowadziło do zastosowania stali narzędziowych. Na początku XX wieku formowanie i obróbka metali nadal wymagały znacznych umiejętności; wykwalifikowani rzemieślnicy używali stali narzędziowej jako materiału do produkcji narzędzi skrawających.
Jednak wraz ze wzrostem zapotrzebowania na produkcję masową, zwłaszcza w takich branżach, jak przemysł samochodowy, stało się jasne, że stal narzędziowa nie wystarczy. Jej ograniczona odporność na wysokie temperatury sprawiała, że po znacznym nagrzaniu miękła, zwłaszcza w miejscu styku frezu z przedmiotem obrabianym, co znacznie utrudniało skrawanie z dużą prędkością.
Dlatego powstała stal szybkotnąca, zawierająca więcej kobaltu niż stal narzędziowa. Dodatek kobaltu nadawał stali szybkotnącej większą trwałość na gorąco, umożliwiając stosowanie znacznie większych prędkości skrawania. Szybsze skrawanie zwiększyło produktywność przy jednoczesnym obniżeniu całkowitego kosztu produktu i ostatecznie stało się jednym z czynników, które przyczyniły się do obniżenia ceny i zwiększenia dostępności samochodów.
Wprowadzenie węglika spiekanego
Sukces stali szybkotnącej stał się dla branży bodźcem do dalszego rozwoju, czego skutkiem było wynalezienie węglika spiekanego. W dniu 30 marca 1923 r. Karl Schröter, wówczas szef działu badawczo-rozwojowego w firmie Osram, zarejestrował pierwszy patent “Gesinterte harte Metallegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung” (DE420689). Pierwotnie materiał ten był przeznaczony do wytwarzania form służących do produkcji żarówek, ale później stworzono i przetestowano węglik spiekany do narzędzi skrawających. Po raz pierwszy został on zaprezentowany na wystawie w Lipsku w 1927 r. Drobne cząstki węglika są łączone w materiał kompozytowy przy użyciu spoiwa, tworząc węglik spiekany. Najczęściej spotykane rodzaje węglika to węgliki wolframu (WC), tytanu (TiC) i tantalu (TaC), a metalami często pełniącymi funkcję spoiwa są kobalt i nikiel.
Podobnie jak wprowadzenie stali szybkotnącej zrewolucjonizowało rynek produkcji, wynalezienie węglika spiekanego umożliwiło jeszcze szybszą obróbkę. Możliwe stało się skrawanie stale z prędkością 150 metrów na minutę, czyli niemal czterokrotnie większą niż przy użyciu stali szybkotnącej.
To wówczas firma Sandvik zaczęła prace nad narzędziami z węglika spiekanego. Marka Sandvik Coromant powstała w 1942 r. w jednym celu: by oferować nowoczesne narzędzia skrawające na bazie węglika spiekanego. Pierwsze narzędzia Sandvik Coromant z węglika spiekanego przeznaczone do obróbki wiórowej metali zostały wyprodukowane rok później, a wobec rozwoju industrializacji w latach 50-tych i 60-tych XX wieku popyt na nie stale rósł.
W roku 1969 firma Sandvik Coromant stała się pierwszym producentem na świecie, który wprowadził na rynek płytki węglikowe z ceramicznym pokryciem ochronnym. Ceramiczna „powłoka Gamma” znacznie zwiększyła odporność narzędzi na zużycie i wysokie temperatury, dzięki czemu wydajność skrawania metalu wzrosła o 50%. Firma Coromant stale poszerzała swoją ofertę narzędzi z węglika spiekanego, tworząc nowe gatunki ostrzy i wiertła dla wielu branż. W 2005 r. gatunek GC 4225 z węglika spiekanego stał się najlepiej sprzedającym się gatunkiem na świecie.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Nieodnawialność materiałów
Ale jaka przyszłość czeka węgliki spiekane? W produkcji węglików spiekanych kluczową rolę odgrywają metale takie jak wolfram i kobalt, których zasoby są ograniczone. Na przykład kobalt jest często stosowanym składnikiem akumulatorów litowo-jonowych, w istotny sposób zwiększającym ich żywotność. Jednak gwałtownie rosnący popyt w połączeniu z trudnościami z pozyskiwaniem kobaltu może sprawić, że już w 2028 r. odczujemy jego niedobór.
Chcąc chronić te ograniczone zasoby, producenci i dostawcy muszą odegrać swoją rolę w zapewnieniu zrównoważonego rozwoju. Można to osiągnąć poprzez naprawę i regeneracji starych narzędzi, dzięki którym zyskają one drugie, a nawet trzecie życie. Narzędzia całkowicie nienadające się do użytku można sprzedawać w ramach programów odkupu, po czym złom zostanie recyklingowany na nowy materiał. Sandvik Coromant oferuj obie usługi, a najnowszy asortyment gatunków do toczenia stali zawiera co najmniej 40% materiału po recyklingu. Biorąc pod uwagę kwestie dostaw i zrównoważonego rozwoju już na etapie projektowania narzędzia, można sprawić, że do jego produkcji nie zostanie użyte więcej materiału niż to konieczne.
Spojrzenie w przyszłość
Dostępność surowców będzie w przyszłości ważnym czynnikiem wpływającym na rolę węglików spiekanych. Firma Sandvik Coromant wciąż skupiać się będzie na ciągłych ulepszeniach i maksymalnym wykorzystaniu planów zrównoważonego rozwoju. Zwłaszcza kwestia sortowania podczas procesu recyklingu ma szansę stać kluczowym obszarem rozwoju, gdyż nadal stanowi wyzwanie ze względu na zapotrzebowanie energetyczne.
Pomimo skokowych postępów, starsze materiały do produkcji narzędzi skrawających, takie jak stal szybkotnąca, nadal będą odgrywać ważną rolę na rynku. Pomimo upływu 100 lat węglik spiekany nadal jest ważnym materiałem do produkcji narzędzi skrawających dla wielu branż. Mimo to istnieje potencjał ulepszeń, a zmiany istniejących zastosowań i pojawianie się nowych zawsze będą wyzwaniem, skłaniającym do szukania nowych i lepszych rozwiązań.
Źródło: Sandvik Coromant
