Hur bromsar man sprickor i hårdmetallskär?
Genom att skapa en seg ytzon i hårdmetallskär kan man bromsa upp sprickbildningen i skärverktyget. Robert Frykholms forskning leder till större kunskaper om hur sega ytzoner bildas i hårdmetall.
För att kunna skära, svarva eller fräsa material som t.ex. stål behövs verktyg med en mycket hård skärande egg. För detta används ofta hårdmetall. En hårdmetall består av hårda korn, karbider eller karbonitrider, som hålls samman av en metallisk bindefas. Karbiderna består av kol och metaller som t.ex. volfram, titan, niob och tantal. Karbonitriderna innehåller även kväve.
För att öka hårdmetallverktygens hårdhet är det vanligt att de beläggs med tunna skikt av hårda ämnen. Dessa skikt är bara någon tusendels millimeter tjocka, men verktygets prestanda ökar ändå kraftigt genom beläggningen. Tyvärr innebär skiktbeläggningen även att man får problem med sprickor i verktyget. Det går inte att hindra uppkomsten av sprickor, men man kan förhindra att de växer in i verktyget. Genom att skapa en seg ytzon i hårdmetallen innan verktyget skiktbeläggs kan man minska problemet med sprickor. Skillnaden mellan den sega zonen och materialet i övrigt är att de allra hårdaste karbonitridkornen saknas i zonen. Sprickorna kommer fortfarande att bildas i de hårda skikten, men om de börjar växa inåt i verktyget bromsas de upp när de når den sega zonen, och risken för att sprickorna skall förorsaka skada minskas således.
Den sega ytzonen skapas genom diffusion, och grundförutsättningen för att zonen skall bildas är att hårdmetallen innehåller kväve och värmebehandlas på ett sådant sätt att kväve diffunderar ut ur materialet. Detta leder i sin tur till att de ämnen som bygger upp de hårdaste karbidkornen diffunderar in i materialet, och på så vis växer den sega ytzonen fram. Zonen är omkring trettio tusendels millimeter tjock. Genom att variera metallinnehåll, kolhalt, bindefashalt etc. så kan man påverka ytzonens tjocklek och egenskaper. I det här projektet har ytzoner i flera olika hårmetallmaterial studerats med flera olika mikroskopimetoder, såsom svepelektronmikroskopi och atomsondsanalys. Parallellt med den experiment har datorsimuleringar utförts. Resultaten av forskningen är en bättre förståelse av hur sega ytzoner bildas i hårdmetall, och hur man kan styra processen.
Avhandlingen ”Development of Composition Gradients in Cemented Carbides” försvaras vid en offentlig disputation på Chalmers den 14 december kl. 10.15 i Kollektorn, MC2, Kemivägen 9, Göteborg.
Mer information:
Robert Frykholm, Experimentell fysik, Chalmers, tel: 031-772 3636, e-post:robert@fy.chalmers.se
