ما المواد المستخدمة عادة في أدوات القطع لتشغيل Inconel 718؟

يُعد تشغيل سبائك الإنكونيل 718 (Inconel 718)، وهي سبيكة فائقة من النيكل والكروم قابلة للتقسية بالترسيب، من أكثر العمليات تحديًا في مجال التصنيع بسبب احتفاظها بقوتها العالية عند درجات الحرارة المرتفعة، وقابليتها الكبيرة للتصلب بالتشغيل، وبنيتها المجهرية الكاشطة. لذلك، فإن اختيار مادة أداة القطع ليس مسألة تفضيل، بل قرار هندسي حاسم يحدد مدى جدوى العملية وتكلفتها ونجاحها. الطبيعة العدوانية لإنكونيل 718 تُتلف الأدوات القياسية بسرعة، مما يتطلب استخدام مواد وأغلفة متقدمة وعالية الأداء للأدوات.

1. ركائز الكربيد: العمود الفقري الأساسي

بالنسبة لمعظم عمليات التفريز باستخدام CNC والخراطة باستخدام CNC على إنكونيل 718، تُعتبر أدوات الكربيد الخيار الافتراضي والأكثر مرونة. ومع ذلك، ليست كل أنواع الكربيد متساوية في الأداء.

• كربيد ذو حبيبات دقيقة جدًا: أنواع الكربيد القياسية تفتقر إلى المتانة ومقاومة الحرارة اللازمة. لذلك، تُستخدم أنواع الكربيد ذات الحبيبات الفائقة الدقة (بحجم أقل من 0.5 ميكرون). يوفر هذا التركيب الدقيق توازنًا مثاليًا بين الصلابة العالية (لمقاومة التآكل الكاشط) وقوة الانحناء العرضية الممتازة (لتجنب التقطيع أو الكسر الناتج عن قوى القطع العالية أو القطوع المتقطعة).

• تحضير حافة القطع بعناية: الحافة الحادة جدًا عرضة للتشققات الحرارية والنقر. لذلك، تتميز أدوات إنكونيل 718 بزاوية محددة للحافة أو تسطير (Chamfer). هذا يعزز قوة الحافة ويقلل تركيز الإجهاد ويساعد على التحكم في الحرارة العالية المتولدة في منطقة القطع.

2. الطلاءات المتقدمة: الحاجز الحراري

الأدوات غير المطلية تفشل بسرعة عند تشغيل إنكونيل 718. فالطلاء ليس خيارًا تجميليًا، بل ضرورة هندسية أساسية لمقاومة الحرارة والانتشار.

• طلاءات الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD): يُعد طلاء TiAlN (نيتريد الألمنيوم والتيتانيوم) ونسخه المعدّلة مثل AlTiN المعيار الذهبي. يشكّل الألمنيوم طبقة واقية من أكسيد الألمنيوم عند درجات الحرارة العالية، مما يعكس الحرارة بعيدًا عن الأداة باتجاه الرايش. تقدم الطلاءات الحديثة مثل nACo (النانومترية المركبة) صلابة واستقرارًا حراريًا أعلى. هذه الطلاءات الرقيقة الصلبة تُطبق بطريقة PVD لتحتفظ بحافة القطع الحادة الدقيقة، وهي ميزة حيوية للتحكم في قوى القطع.

• طلاءات الترسيب الكيميائي للبخار (CVD): رغم أن طلاءات CVD مثل TiCN أو Al₂O₃ شديدة الصلابة ومقاومة للتآكل، إلا أنها أقل ملاءمة في عمليات التفريز المتقطعة بسبب سماكتها وهشاشتها، ما قد يؤدي إلى تشققات دقيقة. يمكن استخدامها في عمليات الخراطة المستقرة والمستمرة فقط.

3. أدوات السيرميت والكربيد المقوّى بالسيرميت

في عمليات التشطيب التي تتطلب جودة سطح عالية ودقة أبعاد صارمة، يمكن أن تكون أدوات السيرميت (خليط سيراميكي معدني) فعالة. فهي توفر حافة قطع حادة، ومقاومة ممتازة للتآكل، واحتكاكًا منخفضًا، مما يقلل من تكون حافة ملتصقة بالرايش. ومع ذلك، فإن صلابتها الهشة تجعلها غير مناسبة للعمليات الخشنة أو المتقطعة.

4. الحلول غير الكربيدية للتطبيقات الشديدة

في الإنتاج العالي أو العمليات الخاصة، تُستخدم مواد أدوات أكثر تطورًا.

• السيراميك القائم على نيتريد السيليكون (SiAlON): هذه الأدوات مثالية للتشغيل شبه النهائي والعالي السرعة لسبائك النيكل. يمكنها العمل بسرعات سطحية أعلى بـ 5 إلى 10 مرات من الكربيد، بشرط أن تكون الماكينة والتثبيت شديدي الصلابة. تتحمل درجات الحرارة العالية جدًا دون فقدان الصلابة، لكنها هشة ولا تتحمل الصدمات أو الانقطاعات.

• مكعب نيتريد البورون (CBN): يُعد ثاني أصلب مادة مستخدمة في أدوات القطع. يُستخدم CBN منخفض المحتوى (مع رابطة خزفية) في القطع المستمر للمواد الصلبة. بالنسبة لإنكونيل 718 في الحالة الملدّنة، تُستخدم درجات CBN عالية المحتوى ذات رابط معدني في عمليات التشطيب، حيث توفر مقاومة تآكل ممتازة وقدرة عالية على الحفاظ على الأبعاد الدقيقة. يُحد استخدامه غالبًا بسبب التكلفة العالية وحساسيته للاهتزاز.

• الماس الصناعي متعدد البلورات (PCD): لا يُنصح باستخدامه في تشغيل المعادن الحديدية، بما في ذلك إنكونيل، بسبب التفاعل الكيميائي العنيف (التحول إلى الجرافيت) عند درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى تلف الأداة بسرعة.

الاعتبارات الهندسية لتطبيق الأدوات

اختيار مادة الأداة جزء فقط من المعادلة. لتحقيق نجاح في تشغيل مواد صعبة مثل إنكونيل 718، يجب اتباع استراتيجية تشغيل شاملة:

• الصلابة الهيكلية أساسية: أي اهتزاز أو تذبذب يؤدي إلى تدمير الأداة فورًا بغض النظر عن نوعها. لذلك يجب أن تكون الماكينة، والتثبيت، وحامل الأداة في أقصى درجات الثبات.

• استراتيجية التبريد: يُوصى باستخدام تبريد عالي الضغط عبر الأداة. فهو يقلل من الصدمات الحرارية، ويزيل الرايش، ويساعد في تكسيره لمنع إعادة القطع وحماية الحافة.

• معلمات التشغيل المثلى: يجب اختيار عمق قطع شعاعي محافظ ومعدل تغذية ثابت وكافٍ لضمان القطع أسفل الطبقة المتصلبة من المرور السابق.