Карбит вольфрам: «Что такое карбид вольфрама?» Спрашивали? Отвечаем!

Содержание

«Что такое карбид вольфрама?» Спрашивали? Отвечаем!

Что общего у дорог, по которым мы ездим, бутылки кетчупа, банки колы и сделанного на заказ обручального кольца? 

Помимо вышеперечисленного почти все, чем мы пользуемся, а в некоторых случаях даже одежда, попадает под разряд вещей, создание которых так или иначе связано с инструментами из карбида вольфрама. Начиная от пресс-форм и резцов, используемых для изготовления таких вещей, как туалетные принадлежности, бутылки и банки с колой, до износостойких предметов, применяемых при производстве продуктов – кетчупа, соуса для спагетти и т.д. Сюда также входят дорожно-строительные буры для вскрытия асфальта и цемента на дорогах, сверла и концевые фрезы для резания металла при изготовлении автомобильных деталей, например, блоков цилиндров, поршней, тормозов, колес и т.д. Все эти вещи связывает карбид вольфрама.

Что такое карбид вольфрама?

«Карбид вольфрама» часто используется как общий термин для обозначения композитного материала, содержащего твердые частицы карбида вольфрама в сочетании с более мягким металлическим связующим материалом, служащим для удержания частиц на месте. Это очень твердый и плотный материал, применяемый в основном для придания формы другим материалам в процессе ковки, механической обработки и т.д.

Слева (карбид вольфрама и кобальт), справа (бетон)

Карбид вольфрама широко известен под названием «цементированный карбид» за схожесть по внешнему виду с бетоном (см. рисунок).

На рисунке можно видеть, что камни (смесь) напоминают карбид вольфрама, в то время как цемент, удерживающий эту смесь, напоминает кобальт, никель или железо, используемые для связывания карбида вольфрама.

Знаете ли Вы, что… прочность карбида вольфрама при сжатии, когда под воздействием силы атомы прижимаются друг к другу, является самой высокой по сравнению с любым известным нам материалом?

Карбид вольфрама коренным образом изменил возможность механической обработки металлов, таких как сталь, титан и никелевые сплавы, для создания сложных деталей, которые помогли проложить путь для технической революции последних 100 с лишним лет.

Каковы свойства карбида вольфрама?

В сочетании с высокой теплопроводностью, чрезвычайно высокой прочностью (особенно при сжатии), и невероятно высокой жесткостью карбид вольфрама является лучшим материалом для всех типов инструментов для обработки металлов давлением и резанием.

Свойства карбида вольфрама также придают необходимые характеристики изнашиваемым деталям, таким как крупногабаритные матрицы и штампы, которые используются при создании синтетических алмазов. Этот процесс требует чрезвычайно высокого давления и не менее высоких температур, что делает карбид вольфрама единственным подходящим материалом.

Знаете ли Вы, что… компания Kennametal была основана в 1938 году в связи с изобретением технологии по улучшению свойств карбида вольфрама, позволившей значительно увеличить производительность обработки стали?

Выдающиеся свойства карбида вольфрама включают твердость, приближенную к твердости алмаза – самого твердого материала, известного человеку. Помните, мы приводили в пример обручальное кольцо, сделанное на заказ? Обручальные кольца и другие виды вольфрамовых ювелирных изделий на самом деле состоят именно из карбида вольфрама. Обладая высокой стойкостью к деформации, кольцо из карбида вольфрама отличается не только непревзойденной прочностью, но и защитой от царапин.

Как же формируется карбид вольфрама?

Вам интересно, из чего же на самом деле состоит этот редкий, чрезвычайно плотный металлокерамический материал с очень высокой температурой плавления? Хорошие новости: мы разберем этот вопрос в следующий раз.

Мы рассмотрим шаг за шагом весь процесс изготовления карбида вольфрама:

  1. Синтез из источника
  2. Науглероживание
  3. Дробление и смешивание
  4. Сушка и гранулирование
  5. Придание формы
  6. Удаление воска и агломерата
  7. Последующая обработка

Не пропустите следующие статьи.

Источник материала: перевод статьи
“What is Tungsten Carbide?” You Asked, We Answered,
Kennametal

Нет связанных записей.

Карбид вольфрама: свойства и обработка сплава

Карбиды представляют один из классов углеродных неорганических соединений. Они весьма распространены, а наибольшее применение имеют карбиды тугоплавких металлов, в том числе карбид вольфрама (формула WC либо W2C). Данный материал представлен углеродно-вольфрамовым соединением с массовой долей первого элемента 6,1%.

Карбид вольфрама

Свойства

Рассматриваемое вещество представлено серым порошком в двух кристаллографических вариантах: с кубической (полукарбид) и гексагональной (монокарбид) решетками. Обе модификации встречаются в температурном диапазоне 2525 — 2755°С. Вторая фаза ввиду отсутствия области гомогенности при отклонении от стехиометрического состава образует графит или переходит в W2C, а при температуре более 2755°С разлагается до углерода и первой фазы. Последняя отличается обширной областью гомогенности, сокращающейся при снижении температуры.

Монокарбид вольфрама менее тверд в сравнении с полукарбидом, но способен формировать кристаллы. Второй вариант значительно более температуро- и износоустойчив. К тому же он способен к внедрению в твердые растворы.

Карбид вольфрама отличается хрупкостью, но под влиянием нагрузки проявляет пластичность полосами скольжения.

Кристаллы рассматриваемого вещества характеризуются анизотропией твердости от 13 до 22 ГПа на разных кристаллографических плоскостях.

По сравнению со сталями карбид вольфрама прочнее, но более хрупок и менее подвержен обработке.

Монокарбид имеет температуру плавления 2870°C, кипения — 6000°C. Его молярная теплоемкость равна 35,74 Дж/(моль-*К), теплопроводность — 29,33 кДж/моль. Плотность карбида вольфрама данного типа составляет 15,77 г/см3.

Несмотря на то, что температура плавления большая, термостойкость рассматриваемого материала низка. Это обусловлено отсутствием термического расширения ввиду жесткой структуры. При этом карбид вольфрама характеризуется высокой теплопроводностью. С повышением температуры данный параметр у монокарбида возрастает вдвое быстрее, чем у полукарбида.

Кольцо из карбида вольфрама

Рассматриваемые материалы имеют хорошую электропроводность, особенно полукарбид (в 4 раза выше, чем монокарбид). Удельное электросопротивление возрастает с повышением температуры, но при этом снижается упругость. Это обуславливает обрабатываемость электрофизическими методами. Так, при введении источника тепла в области обработки возрастает температура, способствуя размеренному разрушению структуры материала.

Твердость определяется температурой формирования карбидов в вольфрамовом порошке и (в меньшей степени) их пористостью. С ростом температуры увеличивается подвижность атомов составляющих соединения элементов, вследствие чего устраняются дефекты в зернах. Анизотропия параметров карбидов вольфрама меньше, чем для металлов. К тому же данные материалы отличаются наилучшей для тугоплавких металлов упругостью, которая увеличивается с ростом пористости. Однако пластичность низкая (до 0,015%).

Микроструктура карбида вольфрама

Карбид вольфрама характеризуется стойкостью к многим кислотам, а также их смесям при обычной температуре, но растворим в некоторых кислотах при кипении. Не подвержен растворению в 20% и 10% гидроксиде натрия. Ввиду высокой летучести оксида вольфрама начинает окисляться при 500 — 700°C и завершает окисление при более 800°C.

Наконец, ввиду химической инертности данное соединение нетоксично.

Получение

Существует несколько методов получения рассматриваемого соединения.

Первый — углеродное насыщение вольфрама. В результате на поверхности вольфрамовых частиц образуется монокарбид. Из него диффундирует углерод, формируя слой полукарбидного состава.

Для данных работ применяют вольфрамовый порошок и сажу. Данные материалы смешивают в определенном соотношении, наполняют ими, утрамбовывая, емкости и ставят в печь. Во избежание окисления операцию производят в водородной среде, так как в результате взаимодействия данного элемента с углеродом при 1300°С формируется ацетилен. Рассматриваемая технология предполагает формирование карбида вольфрама преимущественно за счет углерода. Температурный режим определяется гранулометрическим составом порошка.   Так, для мелкозернистого используется температурный интервал 1300 — 1350°С, для крупнозернистого — 1600°С. Длительность выдержки равна 1 — 2 ч. В завершении получается карбид вольфрама, представленный немного спекшимися блоками.

Вольфрам

Второй вариант — углеродное восстановление вольфрамового оксида с карбидизацией. Данный метод предполагает совмещение карбидизации и восстановления. Процесс идет в среде CO и водорода.

Кроме того, карбид вольфрама получают из газовой фазы путем осаждения. Такое производство предполагает разложение при 1000°С карбонила вольфрама.

Восстановление вольфрамовых соединений с карбидизацией. Данную операцию осуществляют путем нагрева в водородной среде смеси паравольфрамата аммония либо вольфрамового ангидрида и вольфрамовой кислоты при 850 — 1000°С.

Наконец, выращивают кристаллы данного соединения из расплава. При этом используют смесь из Co и 40% монокарбида. Ее расплавляют при 1600°С в тигле из оксида алюминия. После гомогенизации температуру постепенно (1 — 3°С/мин) снижают до 1500°С и выдерживают 12 ч. Далее материал охлаждают и в кипящей соляной кислоте растворяют матрицу.

Кроме того, большие монокристаллы (до 1 см) выращивают по методу Чохральского.

Применение

Благодаря приведенным выше свойствам, существует несколько сфер применения карбида вольфрама.

  1. Его применяют для выпуска деталей большой коррозионной и износоустойчивости и твердости: фрез, абразивных материалов, резцов, сверл, долот и т. д.
  2. Рассматриваемое соединение применяют для наплавки и газотермического напыления с целью повышения износостойкости путем создания твердой поверхности.
  3. Карбид вольфрама служит материалом для часовых браслетов, пулевых и снарядных сердечников, ювелирных изделий и т. д.

Применение карбида вольфрама

Оптимальным температурным режимом для предметов из него считают диапазон 200 — 300°С. Упругость данного материала обеспечивает его применение при знакопеременных нагрузках.

Сплавы

Ввиду плохой обрабатываемости карбид вольфрама применяют не в чистом виде, а создают сплавы с ним. Наиболее распространены твердые варианты с кобальтом. Также встречаются более сложные сплавы, включающие карбид тантала и титана. При этом вольфрам в любом случае преобладает, составляя 70 — 98%.

Ввиду высокой температуры плавления при создании сплавов рассматриваемого материала не используют такие технологии, как легирование, плавление и смешение, так как они нерентабельны. Вместо этого применяется порошковая металлургия. Принцип данного метода состоит в использовании порошков основного металла и примеси. При этом они значительно отличаются температурой плавления. Их смешивают барабанно-шаровой мельницей и прессуют в близкую к целевой форму. Ей придают монолитность путем спекания при температуре, меньшей точки плавления основного металла. Далее приведена последовательность выполнения.

Порошок карбида вольфрама измельчают до гранул целевого размера, предварительно увлажнив. Данный параметр определяется назначением материала, так как обуславливает конечные параметры изделий. Далее порошок смешивают со связующим веществом, представленным, например, кобальтом либо прочими металлами, и восковой мягкой смазкой, служащей для скрепления гранул после брикетирования.

После этого порошок сушат в распылительной или вакуумной сушилке, удаляя большую часть влаги. С целью улучшения текучести полученных гранул производят пеллетизацию, придавая им шарообразную форму.

Существует несколько технологий придания порошку формы. Наиболее распространены среди них литье под давлением и прессование. Новейшим методом является 3D-печать. В завершении формирования частицы скреплены связующим восковым веществом.

Далее форму подвергают нагреву. В результате удаляется восковый загуститель, а гранулы тугоплавкого металла скрепляются частицами расплавленного связующего металла после охлаждения. В рассматриваемом случае тугоплавким металлом является карбид вольфрама. Параметры конечного материала определяются долей связующего вещества: чем его больше, тем выше износостойкость и прочность, чем меньше — тем больше твердость и хрупкость.

По завершении спекания предмет подвергают конечной обработке в виде шлифовки и т. д. К тому же на изделия из карбида вольфрама нередко наносят дополнительное защитное покрытие.

Вольфрамокобальтовые сплавы характеризуются минимальным напряжением на срез, значительной зависимостью параметров от доли кобальта, плохой обрабатываемостью. Первая особенность обуславливает неуместность таких материалов для применения в условиях сдвиговых деформаций. Из-за плохой подверженности обработке перед использованием заготовки из них пластифицируют либо спекают. Наличие кобальта повышает эксплуатационные температуры карбидов вольфрама до 700 — 800°С. По данному параметру они превосходят все марки сталей, кроме жаропрочных. Следует отметить, что, в отличие от чистого карбида вольфрама, его соединения в некоторых соотношениях с кобальтом токсичны.

ICSC 1320 — КАРБИД ВОЛЬФРАМА

ICSC 1320 — КАРБИД ВОЛЬФРАМА
КАРБИД ВОЛЬФРАМАICSC: 1320 (Май 2018)
МОНОКАРБИД ВОЛЬФРАМА
CAS #: 12070-12-1
EINECS #: 235-123-0

  ОСОБЫЕ ОПАСНОСТИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ ТУШЕНИЕ ПОЖАРА
ПОЖАР И ВЗРЫВ Не горючее.
   
    В случае возникновения пожара в рабочей зоне, использовать надлежащие средства пожаротушения.    

 НЕ ДОПУСКАТЬ ОБРАЗОВАНИЕ ПЫЛИ!   
  СИМПТОМЫ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
Вдыхание Кашель.  Избегать вдыхания пыли и тумана. Применять местную вытяжку или средства защиты органов дыхания.  Свежий воздух, покой. 
Кожа      
Глаза Покраснение.  Использовать защитные очки в комбинации со средствами защиты органов дыхания..  Прежде всего промыть большим количеством воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это возможно сделать без затруднений), затем обратится за медицинской помощью.  
Проглатывание   Не принимать пищу, напитки и не курить во время работы.    

ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕК КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
Индивидуальная защита: Респиратор с сажевым фильтром, подходящий для концентрации вещества в воздухе. БлокируемыеСмести просыпанное вещество в закрытые контейнеры. При необходимости, сначала намочить, чтобы избежать появления пыли. Хранить и утилизировать в соответствии с местными правилами. 

Согласно критериям СГС ООН

Нет классификации опасностей по критериям СГС 

Транспортировка
Классификация ООН
 

ХРАНЕНИЕ
Отдельно от сильных окислителей.  
УПАКОВКА
 

Исходная информация на английском языке подготовлена группой международных экспертов, работающих от имени МОТ и ВОЗ при финансовой поддержке Европейского Союза.

© МОТ и ВОЗ 2018

КАРБИД ВОЛЬФРАМА ICSC: 1320
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Агрегатное Состояние; Внешний Вид
ОТ СЕРОГО ДО ЧЕРНОГО ЦВЕТА ПОРОШОК. 

Физические опасности
 

Химические опасности
Интенсивно Реагирует с сильными окислителями.

Приводит к появлению опасности пожара и взрыва. 

Формула: WC
Молекулярная масса: 195.9
Температура кипения: 6000°C
Температура плавления: 2780°C
Плотность: 15.6 g/cm³
Растворимость в воде: не растворяется 


ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ И ЭФФЕКТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Пути воздействия
Вещество может проникать в организм при вдыхании. 

Эффекты от кратковременного воздействия
Может вызывать механическое раздражение. 

Риск вдыхания
Испарение при 20° C незначительно; однако опасная концентрация частиц в воздухе может быть бысто достигнута при распылении. 

Эффекты от длительного или повторяющегося воздействия
Повторяющееся или продолжительное вдыхание частиц пыли может оказать воздействие на легкие. Может привести к фиброзу. 


Предельно-допустимые концентрации
TLV: (вдыхаемая фракция): 3 mg/m3, как TWA 

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Воздействие вещества на окружающую среду было адекватно исследовано, но никаких существенных воздействий обнаружено не было. 

ПРИМЕЧАНИЯ
Медицинские эффекты воздействия вещества не исследованы должным образом.
This material is often used in conjunction with other substances such as cobalt compounds.
Pneumoconiosis has occurred in exposed persons.
The responsible agent is not yet clear. 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
  Классификация ЕС
 

(ru)Ни МОТ, ни ВОЗ, ни Европейский Союз не несут ответственности за качество и точность перевода или за возможное использование данной информации.

© Версия на русском языке, 2018

Нанесение покрытия из карбида вольфрама

Карбид вольфрама широко известный сплав, обладающий высокой твердостью и повышенными износостойкими свойствами. Твердость карбида вольфрама (WC) более 60 HRC. Модуль упругости – 69 ГПа. Покрытия из WC обладают высокими прочностными показателями, но являются хрупкими, а также сложно обрабатываемыми.

Мы предлагаем нанесение покрытия карбида вольфрама с использованием следующих технологий:

  • Плазменное напыление,
  • Газопламенное напыление,
  • Детонационное напыление,
  • Высокоскоростное напыление,
  • Электроискровое легирование,
  • Плазменная наплавка.

Каждая технология имеет свои особенности

Покрытие из карбида вольфрама методом электроискрового легирования наносится толщиной 10-100 мкм. При этом используется электрод изготовленный из карбида вольфрама с добавлением кобальта. Покрытие получаемое при детонационном и высокоскоростном напылении обладает минимальной пористостью. Как правило методами напыления чистый карбид вольфрама не наносится. Используют комбинированные материалы — более мягкий и пластичный материал, с добавлением твердых частиц WC. Такие покрытия считаются более износостойкими. Толщина покрытия из карбида вольфрама при технологиях напыления 100-300 мкм.

Применение покрытий из карбидов вольфрама по характеру износа

  • гидроабразивный износ (покрытие наносится на рабочие колеса насосов)
  • коррозионный износ (изделия контактирующие с водой и подверженные коррозии)
  • абразивный износ (изделия подверженные воздействию абразивных материалов, или частиц абразива)
  • изделия работающие в химически агрессивной среде (плунжера насосов высокого давления, детали уплотнений, втулки)
  • эрозионный износ (детали запорной арматуры) и др.

Применение покрытий из карбида вольфрама

  • Валы и ролики,
  • штоки гидроударных механизмов,
  • плунжера работающие с высокими нагрузками,
  • втулки,
  • буровой инструмент,
  • режущий инструмент,
  • штамповый инструмент,
  • детали оборудования используемого в нефте- и газодобыче

Фото

«Плазмацентр» предлагает
  • услуги по восстановлению деталей, нанесению покрытий, напылению в вакууме, микроплазменному напылению, электроискровому легированию, плазменной обработке, аттестации покрытий, напылению нитрида титана, ремонту валов, покрытию от коррозии, нанесению защитного покрытия, упрочнению деталей;
  • поставка оборудования для процессов финишного плазменного упрочнения, сварки, пайки, наплавки, напыления (например, газотермического, газопламенного, микроплазменного, высокоскоростного и детонационного напыления), электроискрового легирования, приборов контроля, порошковых дозаторов, плазмотронов и другого оборудования;
  • поставка расходных материалов, таких как сварочная проволока, электроды, прутки для сварки, порошки для напыления, порошки для наплавки, порошки для аддитивных технологий, проволока для наплавки и другие материалы для процессов сварки, наплавки, напыления, аддитивных технологий и упрочнения;
  • проведение НИОКР в области инженерии поверхности, трибологии покрытий, плазменных методов обработки, выбора оптимальных покрытий и методов их нанесения;
  • обучение, консалтинг в области наплавки, напыления, упрочнения, модификации, закалки.
 

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: [email protected]

 

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.

Карбид вольфрама — что это?

Карбид вольфрама (химическая формула: WC) — это неорганическое химическое вещество, состоящее из равных долей вольфрама и углерода. В своей первоначальной форме карбид вольфрама — это серый порошок, которому под воздействием давления придают нужную форму.

Карбид вольфрама значительно плотнее и в два раза тверже стали или титана, в десять раз — золота.

Ювелирные украшения

Обручальные кольца из карбида вольфрама стал чрезвычайно популярным материалом для благодаря своей износоустойчивости и практически вечной полировке, не поддающейся царапинам.

Браслеты из карбида вольфрама также славятся своей прочностью и устойчивостью к деформации. Например, браслеты для элитных швейцарских часов делают именно из карбида вольфрама.

Растущая популярность украшений из карбида вольфрама привела к тому, что ювелирные кольца и браслеты, изготовленные из карбида вольфрама, стали называть просто вольфрамовыми.

Повседневность


Также карбид вольфрама вы найдете в наконечниках шариковых ручек. А помимо обручальных колец у него есть еще одно романтическое применение — слайд для игры на гитаре.

Спорт

Карбид вольфрама служит отличным материалом для наконечников трекинговых палок. Спортсмены знают, что такие наконечники совершенно незаменимы при необходимости отталкиваясь, ударять палками о твердую поверхность скальных пород.

Шины и подковы

Карбид вольфрама применяется при изготовлении шипов для велосипедных и автомобильных шин. Он обеспечивает сцепление при езде по льду.

Точно также гвоздики из карбида вольфрама в подковах облегчают лошадям передвижение по обледенелым поверхностям.

Промышленность

Так как по твердости и плотности карбиду вольфрама почти нет равных, из него делают резцы, сверла, инструменты для бурения, словом все, что может противостоять абразивному износу.

Военное дело

Впервые в военной промышленности карбид вольфрама был использован при изготовлении снарядов для немецких противотанковых отрядов люфтваффе во Второй мировой войне. Они обладали отличными пробивными показателями благодаря необыкновенной твердости и плотности карбида вольфрама, о которых мы уже упоминали выше.

Хирургические инструменты

Медицинские ножницы, пинцеты, зажимы, щипцы из карбида вольфрама значительно дороже, чем их аналоги из нержавеющей стали, но значительно эффективнее в использовании.

Сплав карбида вольфрама | Техника и человек

Карбиды – класс неорганических соединений химических элементов с углеродом.  И, хотя самым распространённым из карбидов является цементит – основная структурная составляющая любой стали, наибольшее  практическое применение получили всё же карбиды тугоплавких металлов – тантала, титана, и особенно вольфрама.

Состав карбидов вольфрама

Карбиды металлов считаются одними из наиболее тугоплавких веществ, причём с увеличением порядкового веса этот показатель возрастает. В частности, именно сочетание карбида вольфрама с кобальтом в различных процентных соотношениях образует целый класс инструментальных материалов особо высокой прочности и износостойкости – твёрдых сплавов.

Дело в том, что углерод образует с вольфрамом два разных химических соединения – монокарбид вольфрама WC и полукарбид вольфрама W2C. Первый из них менее устойчив и твёрд, однако, обладая способностью образовывать кристаллы в расплаве вольфрама, уже с 1923 г. применяется как составляющая часть разнообразных минералокерамических композиций. В противоположность монокарбиду вольфрама его двоюродный «брат» полукарбид вольфрама имеет значительно большую температурную стойкость, а также может легко внедряться в твёрдые растворы  WC с другими металлами – железом, кобальтом и др. Кроме того, полукарбид вольфрама имеет чрезвычайно высокую износостойкость. Таким образом, в технике находят применение оба вида карбидов.

Физико-механические характеристики карбидов вольфрама определяются степенью их дисперсности, химической чистотой, а также способом получения, который, в свою очередь, зависит от области будущего применения.

В частности, основные свойства 98% -ного карбида вольфрама  следующие:

  1. Предел прочности на изгиб, МПа, не ниже – 1000.
  2. Предел прочности на сжатие, МПа, не ниже – 9500.
  3. Модуль упругости, ГПа – 69.
  4. Ударная вязкость, кГмсм2 – 1,2…1.3.
  5. Твёрдость по Роквеллу, HRA, не ниже — 90.
  6. Плотность, г/см2 – 15,0…15,5.
  7. Эрозионная стойкость, 10-6 моль – 0,3…0,8.

Таким образом, в сравнении с наиболее прочными сталями карбид вольфрама обладает значительно более высокими прочностными показателями, но, с другой стороны, он и более хрупок, а также отличается пониженной обрабатываемостью.

Поэтому в чистом виде рассматриваемые соединения не используются, а являются основной составляющей частью твёрдых сплавов. Наиболее часто используются твёрдые сплавы, в состав которых, кроме карбида вольфрама, входит кобальт. Получили применение и более сложные сочетания, с карбидами титана и тантала.   Тем не менее, составляющая карбида вольфрама во всех этих случаях остаётся преобладающей: от 98 до 70%.

Область применения

Твёрдые сплавы как основной вид использования карбидов вольфрама.

Специфическая область применения карбида вольфрама в составе твёрдых сплавов – наплавка слоя повышенной износостойкости на детали, испытывающие при своей эксплуатации повышенные нагрузки от сил трения. Это имеет особое значение для  бурового, режущего и штампового инструмента. Стойкость такого инструмента заметно увеличивается вследствие того, что карбид вольфрама, как твёрдая составляющая в менее прочной металлической матрице, способствует формированию микроструктуры с благоприятным сочетанием прочности и пластичности.

Объясняется это следующим. Карбидная фаза сглаживает перепады в механических характеристиках изготовленной детали. Применительно к инструментальным материалам это означает, что при обработке сравнительно мягких материалов снижается уровень возникающих в инструменте напряжений, в то время как при обработке более хрупких изделий обеспечивается надёжное предохранение поверхностной кромки инструмента от абразивного воздействия откалывающихся микрочастиц. Данная особенность сохраняется, независимо от температуры на контакте, поскольку карбид вольфрама образован двумя высокотемпературными составляющими – тугоплавким вольфрамом и самым тугоплавким из неметаллов – углеродом.

Твердые сплавы вольфрамокобальтовой группы характеризуются следующими особенностями:

  • Практически нулевыми значениями допустимого напряжения на срез, поэтому их нельзя применять в условиях значительных сдвиговых деформаций;
  • Резкой зависимостью исходных показателей от процентного содержания кобальта;
  • Низкой обрабатываемостью, в связи с чем на практике используются предварительно спечённые или пластифицированные исходные заготовки. Окончательная размерная доводка таких изделий проводится при помощи высокоэнергетических технологий: электродуговой, электроискровой, ультразвуковой  или анодно-механической обработкой.

Свойства карбидов вольфрама

При высоких значениях температуры плавления, термостойкость карбидов вольфрама – достаточно низкая. Объясняется такое противоречие просто:  кристаллическая структура и WC, и  W2С – весьма жёсткая, поэтому термическое расширение практически отсутствует. С другой стороны карбид вольфрама обладает значительной теплопроводностью, причём для WC этот параметр с повышением температуры возрастает вдвое интенсивнее, чем у W2С.

Оптимальным диапазоном температур эксплуатации деталей, изготовленных из карбидов вольфрама, считается 200…3000С. С увеличением процентного содержания кобальта в твёрдых сплавах (до 20…25%) допустимые температуры эксплуатации возрастают до 700…8000С, превышая температуростойкость всех известных марок сталей (за исключением жаропрочных).

Карбиды вольфрама – соединения с хорошей электропроводностью, причём для WC этот показатель выше, чем у W2C, практически в 4 раза. Удельное электросопротивление карбидов вольфрама растёт при повышении температуры. Пропорционально этому, кстати, падают показатели упругости. Именно поэтому карбиды вольфрама хорошо обрабатываются электрофизическими методами: локальное введение  высококонцентрированного источника тепла (дуга, искра, электрический импульс)  повышает температуру в зоне обработки и способствует размерному разрушению структуры рассматриваемых соединений.

С точки зрения практического применения для карбидов вольфрама большее значение имеют их механические показатели – твёрдость и хрупкость. Получаемая в итоге микротвёрдость зависит в основном от температуры, при которой в вольфрамовом порошке формируются карбиды  (менее — от степени их пористости). При повышении температуры дефекты в зёрнах залечиваются, поскольку возрастает подвижность атомов вольфрама и углерода. Поэтому конечная микротвёрдость соединений возрастает.  При этом анизотропия свойств выражается значительно меньше, чем аналогичный показатель для металлов. Это упрощает предварительное ориентирование заготовки перед её обработкой.

Упругость карбидов вольфрама – максимальная для своего класса соединений тугоплавких металлов с углеродом, причём она возрастает с увеличением пористости. Это обстоятельство важно для изделий  (в химсоставе которых присутствуют карбиды вольфрама), работающих в условиях знакопеременных нагрузок.

Пластичность карбидов вольфрама крайне низка, и не превышает 0,015%.

Нанесение защитного слоя на деталь

Вследствие описанных выше факторов,  при покрытии карбидами вольфрама поверхности деталей возрастают не только их износостойкость, но также стойкость против эрозии и окалины. Фактор хрупкости снимается за счёт чрезвычайно малой толщины наносимого карбидсодержащего слоя, который в большинстве случаев не превышает десятков микрон. Такой способ применения карбидов вольфрама более целесообразен: наличие пластичной подложки основного металла снижает чувствительность поверхности от вредного воздействия циклически возникающих рабочих нагрузок, в то время, как высокая поверхностная твёрдость способствует стойкости против износа. Сокращается и расход металлов/сплавов.

Практический диапазон толщины покрытий, содержащих карбиды вольфрама – 100…250 мкм.

Применяются следующие методы нанесения поверхностных покрытий из карбида вольфрама:

  1. Газопламенное напыление.
  2. Плазменное напыление.
  3. Детонационное нанесение.

При газопламенном напылении мелкодисперсный порошок карбида расплавляется теплом кислородно-ацетиленового пламени, температура в факеле которого достигает 20000С. Скорость движения частиц в газовом потоке достигает 150…200 м/с, вследствие чего они приобретают большую кинетическую энергию. Она позволяет частицам легко внедряться в микропустоты на поверхности основного металла, а застывая там, образовывать прочное покрытие.

Технология  газопламенного напыления обладает существенным недостатком. Наличие кислорода в пламени способствует частичному выгоранию углерода. Поэтому более качественными процессами напыления, являются технологии с применением плазмы. Высокотемпературная (более 50000С) плазма исключает попадания в зону обработки даже атомарного кислорода, поэтому химсостав конечного карбидсодержащего слоя полностью соответствует исходному. Кроме того, производительность плазменного напыления выше, чем газопламенного, т.к. в последнем случае рабочую камеру периодически приходится очищать от остатков выделившегося углерода методом аргонной откачки.

При детонационном напылении деталь помещают в подвижную среду, где находятся взвешенные частицы карбидов вольфрама. Объём герметизируется, после чего среда поджигается. Возникающие в результате высокие температуры резко увеличивают скорость перемещения взвешенных частиц, которые равномерным слоем откладываются на поверхности детали.

Каталог -> Карбиды вольфрама -> КАРБИД ВОЛЬФРАМА ПОРОШКООБРАЗНЫЙ МАРКИ WC250

5. КАРБИД ВОЛЬФРАМА ПОРОШКООБРАЗНЫЙ МАРКИ WC-250

ТУ 48-19-540-92

В зависимости от среднего диаметра частиц порошок карбида вольфрама изготавливают трех марок: WC250/1.0; WC250/0.7; WC250/0.4

5. 1 Химический составу

Таблица 56

Наименование компонентов и примесей

Массовая доля, %

Молибден, не более

0,180

Кремний, не более

0,006

Железо, не более

0,030

Натрий и калий в сумме, не более

0,006

Кальций, не более

0,007

Углерод общий

6,04-6,13

Углерод свободный, не более

0,100

Углерод связанный, не менее

6,00

Сера, не более

0,020

5. 2 Дисперсность порошка карбида вольфрама, характеризуемая средним размером частиц по Фишеру, в зависимости от марок должна быть:

WC250/1.0 – 1,0±0,1мкм

WC250/0.7 — 0,7±0,1мкм

WC250/0.4 — 0,4±0,1мкм

5.3 Порошок карбида вольфрама должен проходить через сито №01 по ГОСТ 6613-86

Кольца из карбида вольфрама: полное руководство

Наши редакторы самостоятельно исследуют, тестируют и рекомендуют лучшие продукты; ты можете узнать больше о наших процесс обзора здесь. Мы можем получать комиссию за покупки, сделанные по выбранным нами ссылкам.

Когда вы думаете об обручальных кольцах, скорее всего, на ум приходит золото или платина. Тем не менее, материал становится все более популярным на рынке, и ни один из этих не является гораздо более доступным, чем оба. Если вы ищете что-то смелое и уникальное, карбид вольфрама может быть идеальным вариантом.

Что такое карбид вольфрама?

Карбид вольфрама — это результат соединения или легирования углерода с вольфрамом, твердым и плотным металлом с высокой температурой плавления. Карбид вольфрама — это темно-серый цвет в необработанном, естественном состоянии, но его можно полировать, подвергать пескоструйной обработке или резать, чтобы придать ему широкий спектр эстетических характеристик отделки.

«Кольца из карбида вольфрама самого высокого качества содержат не менее 80 процентов вольфрама», — говорит старший торговец Blue Nile Роксанна Ректор . «Эта комбинация делает кольца прочными, гипоаллергенными, устойчивыми к потускнению и сохраняющими свой блеск на всю жизнь».

Знакомьтесь, эксперт

Роксанна Ректор — старший продавец в Blue Nile, базируется в Сиэтле.

Готовы узнать больше о кольцах из карбида вольфрама? Читайте дальше, чтобы узнать о плюсах и минусах этих колец и о том, как за ними ухаживать.

Плюсы и минусы колец из карбида вольфрама

Кольца из карбида вольфрама имеют много преимуществ. Доступные по цене обручальные кольца значительно дешевле золота или платины, они гипоаллергенны и устойчивы к царапинам и потускнению. Карбид вольфрама — это твердый и прочный материал, который останется отполированным практически навсегда.

Конечно, есть недостатки, которые совпадают с покупкой кольца из карбида вольфрама. Во-первых, есть вероятность, что ваш поставщик может предложить кольцо с уровнем чистоты ниже 80 процентов. Во-вторых, «из-за своей естественной твердости кольцо подвержено растрескиванию при падении на твердую поверхность, например, на цемент или мрамор», — отмечает ректор.

А поскольку вольфрам не податлив, как золото, его размер нельзя изменить. Также стоит отметить, что кольца из карбида вольфрама обычно тяжелые, хотя Ректор говорит, что они сопоставимы по весу с платиной, что может быть плюсом или минусом в зависимости от ваших предпочтений.

На что обращать внимание на кольцо из карбида вольфрама

Как отмечалось ранее, если вы покупаете кольцо из карбида вольфрама, важно найти кольцо, в котором не менее 80 процентов вольфрама.

  • Как определить качество кольца? «При такой чистоте оно в 10 раз тверже 18-каратного золота и имеет солидный и роскошный вес, похожий на платину», — говорит Ректор.Иногда продавцы используют дорогой наполнитель вместо вольфрама, что снижает ценность и целостность кольца.
  • Как взвешивается карбид вольфрама? Еще один важный фактор, который следует учитывать, — это размер. Поскольку кольца из карбида вольфрама невероятно твердые, их невозможно подобрать по размеру. «Подумайте о том, чтобы купить ваш обычный размер, а также на полразмера больше и оставьте тот, который лучше всего подходит», — отмечает она. «Если вы покупаете кольцо на 6 мм или шире, вам может потребоваться немного больший размер, чем тот, который вам подскажет калибратор колец, из-за того, какую часть вашего пальца будет покрывать кольцо.”

Как ухаживать за кольцом из карбида вольфрама

Поскольку кольца из карбида вольфрама очень прочны, они практически не требуют обслуживания. «Самый важный способ ухода за вольфрамовыми кольцами — не уронить их на твердые поверхности, такие как мрамор или цемент, так как они могут треснуть и их будет сложно отремонтировать», — говорит Ректор.

История колец из карбида вольфрама

Вольфрам восходит к 1700-м годам. «Впервые он был извлечен из руды, обнаружив элемент с самой высокой температурой плавления среди всех металлов», — поясняет Ректор.Перенесемся в 1800-е годы, и карбид вольфрама синтезируется впервые и «используется в промышленных целях из-за его чрезвычайной прочности, например, в режущих инструментах 1900-х годов и современных точных хирургических инструментах».

Впереди 20 изящных и современных обручальных колец из карбида вольфрама.

Карбид вольфрама — обзор

1.4.9 WC – ZrO

2 –Co нанокомпозиты

Металлокерамические системы (керметы) на основе карбида вольфрама (WC) десятилетиями использовались в различных инженерных приложениях (например, металлокерамика). грамм. режущие инструменты, наконечники перфораторов, инструменты и матрицы, а также общие изнашиваемые детали). Фактически, цементированные карбиды, которые обычно представляют собой агрегаты частиц карбида вольфрама, связанных с металлическим кобальтом посредством жидкофазного спекания, с коммерческой точки зрения считаются одним из старейших и наиболее успешных продуктов порошковой металлургии. Такие традиционные двухфазные (WC – Co) композитные материалы обладают исключительной комбинацией механических свойств, таких как модуль упругости 550 ГПа, твердость 16 ГПа и вязкость разрушения 12 МПа.m 1/2 , из компонентов их компонентов, то есть твердого тугоплавкого WC и мягкого пластичного металлического Co (Бергер и др. 1997, Бок и др. 1992, Ча и др. 2003a, 2003b, Цзя и др. 1998, Ким и др. 1997, 2007a, 2007b, Коласка 1992, Ленел 1980, Масумото и др. 1986, Сарин 1981, Ши и др. 2005, Сивапрахасам и др. 2007, Суттируангвонга и Мори 2003, Судзуки 1986). Для дальнейшего улучшения характеристик таких керметов в жаростойких конструкционных и трибологических приложениях, последние несколько десятилетий стали свидетелями растущего всплеска разработки керметов WC-Co с наноразмерной микроструктурой.Кроме того, с появлением передовых технологий спекания с использованием электрического поля, таких как искровое плазменное спекание (SPS), в различных исследовательских лабораториях продолжалась разработка плотных керметов на основе WC, обладающих субмикронными наноразмерными зернами WC (Cha et al. ). 2003a, 2003b, Kim et al. 2007a, 2007b, Shi et al. 2005, Sivaprahasam et al .2007). Чтобы преодолеть такие проблемы, как коррозия / окисление и мягкость металлической фазы при высокой температуре и низкие свойства износа, связанные с керметами на основе WC, исследователи включили 6 мас.% Наноразмерного ZrO 2 в субмикронный WC и спекли при 1300 °. C в течение 5 минут через SPS (Biswas et al .2007 г., Ча и Хонг 2003 г., Ким и др. . 2004, 2006, Imasato et al. 1995). Роль ZrO 2 в улучшении кинетики уплотнения также подвергалась критическому анализу. В другом исследовании было обнаружено, что такие нанокомпозиты на основе WC обладают превосходной износостойкостью (Venkateswaran et al. 2005). Однако серьезным недостатком оставалась низкая вязкость при вдавливании (6 МПа · м 1/2 ) WC-6 мас.% ZrO 2 , спеченного в плазме искрового разряда при 1300 ° C в течение 5 мин.Чтобы получить хорошее сочетание вязкости разрушения, прочности и твердости, были внесены небольшие изменения в окно состава: 3 мол.% Стабилизированного оксидом иттрия порошков ZrO 2 (3Y-TZP) использовались в качестве спекающей добавки и возможности использования Изучен эффект ужесточения трансформации ZrO 2 (Basu 2005, Garvie и др. . 1975, Hannink и др. 2000, Mukhopadhyay и др. 2007). Присутствие наночастиц ZrO 2 изменяет режим разрушения от межзеренного разрушения (для кермета WC – Co) до почти 100% трансгранулярного разрушения для нанокомпозитов на основе WC, содержащих ZrO 2 .Причины такого изменения режима разрушения керамических нанокомпозитов в присутствии внутризеренных наноразмерных частиц второй фазы обсуждались в другом месте (Hansson et al. 1993, Limpichaipanit and Todd 2009).

Поскольку энергия разрушения при расколе (трансгранулярном) разрушении выше, чем при межзерновом разрыве в керамике, такое изменение режима разрушения, как сообщается, приводит к повышению вязкости разрушения, особенно для керамических нанокомпозитов, в которых матрица зерна имеют равноосный характер (Chen and Chen 1994, Limpichaipanit and Todd 2009, Mukhopadhyay and Basu 2007).Помимо трансформационного упрочнения и изменения режима разрушения в присутствии ZrO 2 , прогиб и перекрытие трещин частицами второй фазы (ZrO 2 ) также способствуют высокой вязкости разрушения WC-6 мас.% ZrO. 2 (3 моль.% Y 2 O 3 ) и WC-4 мас.% ZrO 2 (3 мол.% Y 2 O 3 ) -2 мас.% Co нанокомпозитов.

Механические свойства некоторых керамических нанокомпозитов различаются из-за их микроструктурных характеристик.Такие различия в механических свойствах различных нанокомпозитных систем не только зависят от микроструктурного масштаба наноразмерного армирования и механического отклика отдельных фаз, но также зависят от метода измерения.

Вольфрам против карбида вольфрама — различия в механических и физических свойствах.

Вольфрам, 74 элемент периодической таблицы Менделеева, прошел долгий путь с момента его использования в качестве материала для нитей в лампочках. Этот серебристо-белый блестящий металл все более широко используется в промышленности благодаря процессу легирования, то есть возможности добавлять вместе металлические элементы для создания новых, улучшенных материалов, известных как сплавы.Вольфрам может выступать как в качестве основы сплава, так и в качестве легирующего элемента, и в этой статье будет сравниваться элементарный вольфрам с его наиболее распространенным сплавом, карбидом вольфрама. Обе формы можно найти во многих приложениях, и эта статья поможет отличить каждый тип вольфрама от другого путем сравнения физических, механических и рабочих свойств каждого. Таким образом, данная статья призвана помочь дизайнерам сделать более осознанный выбор материалов, а также показать уникальные характеристики этих современных металлов.

Вольфрам и его сплавы ценятся за их прочность и устойчивость к температуре.

Изображение предоставлено: концепция с Shutterstock.com

вольфрам

Первоначально получивший название «вольфрам» в 1779 году, вольфрам (вольфрам или «тяжелый камень» на шведском языке) представляет собой плотный металл, впервые выделенный в конце 1700-х годов. С тех пор он приобретает все большее значение в области материаловедения, так как демонстрирует некоторые интересные и ценные свойства. К ним относятся превосходная устойчивость к высоким температурам, самый низкий коэффициент расширения любого металла, самая высокая температура плавления любого металла (3370 ° C / 6100 ° F), самое низкое давление пара любого металла, высокие модули сжатия и эластичности, хорошая электропроводность. , и высокая плотность (19.25 г / см 3 ), и это лишь некоторые из них. При сплавлении с другими металлами вольфрам может обеспечить некоторые из этих свойств полученному сплаву, особенно его высокую прочность и упругость. Таким образом, существует множество сплавов вольфрама (которые подробно описаны в нашей статье о типах вольфрамовых сплавов), а также многие другие металлы, такие как сталь и алюминий, которые выигрывают от добавления вольфрама.

Известно, что с вольфрамом трудно работать в нечистом состоянии, поскольку его низкая пластичность предрасполагает к разрушению.Он хрупкий при комнатной температуре, поэтому его необходимо резать / формировать при температуре, превышающей его температуру перехода, и его нельзя подвергать холодной обработке. Вольфрам можно шлифовать, соединять, фрезеровать, клепать, прядать, штамповать и точить, но с ним нужно обращаться очень осторожно, поскольку он склонен к поломке и, как правило, является дорогостоящим материалом для работы. С чистым вольфрамом намного проще работать, его можно разрезать ножовкой, и он гораздо менее хрупкий, но это чистое состояние дороже и предназначено для нишевых приложений. Он обладает хорошей коррозионной стойкостью, подвергается воздействию только минеральных кислот и окисляется в присутствии кислорода при высоких температурах.Интересный факт о вольфраме заключается в том, что вольфрам в порошкообразном состоянии может самовоспламеняться в присутствии воздуха (так что будьте осторожны, машинисты).

Вольфрам полезен для уплотнений стекло-металл, так как его коэффициент теплового расширения сопоставим с боросиликатным стеклом, и находит множество применений в нити ламп, телевизионных трубках, точках электрического контакта, рентгеновских мишенях, нагревательных элементах и ​​т. Д. -температурные приложения. Чаще всего он применяется в сухой смазке (дисульфид вольфрама) и сплавах, таких как быстрорежущие инструментальные стали, твердый металл и, конечно, карбид вольфрама — но об этом в следующем разделе.

Карбид вольфрама

Карбид вольфрама — это сплав вольфрама и углерода, полученный нагреванием вольфрамового порошка с углеродом и водородом при 1400–1600 ° C (2550–2900 ° F). Полученный сплав в 2–3 раза жестче стали и по прочности на сжатие превосходит все известные плавленые, литые и кованые металлы. Он обладает высокой устойчивостью к деформации и сохраняет стабильность как при экстремально низких, так и при высоких температурах. В монокарбидной форме (химическая формула WC) карбид вольфрама соперничает с алмазом по самому твердому из известных материалов.Его ударопрочность, ударная вязкость и устойчивость к истиранию / истиранию / эрозии исключительны, они служат до 100 раз дольше, чем сталь, в экстремальных условиях. Его свойства помещают карбид вольфрама в металлоподобные вещества, поскольку технически он представляет собой керамический цемент из вольфрама, углерода и некоторого связующего (часто кобальта), что также является причиной того, что он не может подвергаться какой-либо термообработке. Он имеет плотность 15,7 г / см 3 и, как правило, не является лучшим проводником электричества; однако она проводит тепло намного быстрее, чем инструментальная сталь.

Обработка карбида вольфрама невероятно сложна, поскольку большинство станков и инструментов сами изготавливаются из карбида вольфрама. Карбид вольфрама обычно обрабатывается только фрезерованием или токарной обработкой и делается это в мягком или «зеленом» состоянии, и это можно сделать только с помощью коронок с алмазным покрытием. Его также можно отлить и быстро закалить, чтобы сформировать чрезвычайно твердую кристаллическую структуру. Карбид вольфрама неоценим для изготовления твердого сплава, который представляет собой форму карбида вольфрама, а также для производства прокатных изделий, высокоскоростных инструментов, военного оружия, брони и других тяжелых применений.

Сравнение вольфрама и карбида вольфрама

Большинство людей будут путать вольфрам и карбид вольфрама, поскольку карбид вольфрама является наиболее широко известной формой вольфрама. Однако есть несколько нишевых вариантов использования его чистой формы, и в этом разделе мы будем сравнивать вольфрам и карбид вольфрама, чтобы проиллюстрировать, чем они отличаются. Ниже, в Таблице 1, показаны несколько механических свойств каждого материала, и их сравнение должно дать читателям лучшее представление о том, когда применять один материал вместо другого.Обратите внимание, что для этого сравнения используется карбид моновольфрама (WC), но существует больше сплавов.

Таблица 1: Сравнение свойств материалов между вольфрамом и карбидом вольфрама

Свойства материала

вольфрам

Карбид вольфрама

шт.

Метрическая система

Английский

Метрическая система

Английский

Модуль упругости

400 ГПа

58000 тысяч фунтов / кв. Дюйм

669-696 ГПа

97000-100000 тысяч фунтов / кв. Дюйм

Модуль сдвига

156 ГПа

22600 тысяч фунтов / кв. Дюйм

260-298 ГПа

37700-43220 тысяч фунтов / кв. Дюйм

Предел текучести при растяжении

350 МПа

50800 фунтов на кв. Дюйм

140 МПа

20300 фунтов на кв. Дюйм

Теплопроводность

163.3 Вт / м-К

1133 БТЕ-дюйм / час-фут²- ° F

28-88 Вт / м-К

194-610 БТЕ-дюйм / час-фут²- ° F

Твердость (по Роквеллу)

66

90

Вольфрам уже имеет большой модуль упругости, на один больше, чем у большинства сталей; Карбид вольфрама имеет даже большой модуль упругости, демонстрируя его впечатляющую жесткость.Как правило, жесткость материалов коррелирует с большим модулем упругости, и значения, приведенные в таблице 1, доказывают, почему карбид вольфрама уступает только алмазу по упругой упругости. Его модуль упругости составляет почти 700 ГПа, что соответствует пятам алмаза (модуль упругости 1000 ГПа), что свидетельствует как о его сопротивлении деформации, так и о его тенденции к разрушению при работе.

Модуль сдвига — это отношение напряжения сдвига к деформации сдвига в испытательном образце, которое часто называют модулем жесткости.Он неумолимо связан с модулем упругости, так как они выводятся из одних и тех же уравнений и оба являются мерой жесткости (один является реакцией на упругие или линейные напряжения по сравнению с напряжениями сдвига или поперечного сечения). Значения в таблице 1 являются еще одним свидетельством того, что вольфрам обеспечивает впечатляющее сопротивление. Для справки: большинство сталей имеют модуль сдвига около 80 ГПа, что вдвое меньше, чем у вольфрама, и на треть меньше модуля сдвига карбида вольфрама.

Естественно, большинство дизайнеров выбирают материалы, исходя из их прочности.Как вольфрам, так и карбид вольфрама, как известно, являются прочными и чрезвычайно прочными металлами — так почему же их предел прочности на разрыв так низок? Ответ заключается в том, что эти материалы являются хрупкими по своей природе и демонстрируют интересный феномен материаловедения. Из-за своей молекулярной жесткости хрупкие материалы намного сильнее при сжатии, чем при растяжении (подумайте о кирпичных стенах: они могут выдержать тысячи фунтов при сжатии, но видели ли вы раньше кирпичные фермы?). Этот принцип становится ясным при исследовании прочности на сжатие этих материалов, особенно карбида вольфрама с меньшим содержанием металла: он имеет прочность на сжатие 2683 МПа при комнатной температуре и сохраняет свою прочность при резких перепадах температуры.Эту же характеристику нельзя сказать о стали, у которой ее прочность на сжатие, во-первых, намного ниже, а во-вторых, она колеблется в зависимости от температуры. Зная этот факт, совершенно очевидно, что вольфрам никогда не следует использовать при растяжении, но он является главным претендентом на сжатие.

Теплопроводность является важной мерой при использовании материала в высокотемпературных средах: это может быть в электрических приложениях, где большой ток создает перепад температур, или в высокоскоростных приложениях, где трение вызывает тепло.Это значение показывает, сколько тепла может проводиться или проходить через материал, и имеет важное значение для стабильности материала в условиях, связанных с изменениями температуры. Хотя некоторые стали имеют теплопроводность, близкую к значениям, указанным в таблице 1, они часто не используются при экстремальных температурах, поскольку резкие изменения температуры изменят свойства стали и могут вызвать проблемы в конструкции. Вольфрам, благодаря присущей ему температурной стабильности, поэтому является отличным выбором для термических применений, таких как нити, трубки и нагревательные катушки, поскольку он сохранит свои свойства даже при таком сильном термическом напряжении.Таким образом, хотя само значение находится на одном уровне с другими металлами, он может обеспечить эту теплопроводность в более широком диапазоне температур, что делает его более полезным.

Твердость — полезное сравнительное значение, поскольку более твердые материалы могут разрезать более мягкие материалы, и именно поэтому карбид вольфрама популярен в битах с твердосплавными наконечниками. Когда материал описывается как «твердый», это означает, что он устойчив к изменениям на его поверхности, таким как царапины, ямочки, точечная коррозия и т.д. толкается в материал со стандартизованным диапазоном сил, и его поведение записывается.Существует множество различных шкал твердости, так как некоторые машины для вдавливания используются только для более прочных материалов. Шкала Роквелла A (показанная в Таблице 1) использует сфероконический алмаз на ее инденторе и зарезервирована для исключительно твердых материалов, таких как карбид вольфрама. Ожидается, что оба этих материала обладают высокой твердостью, но она все же заметна и показывает, почему карбид вольфрама может резать даже закаленные стали.

В то время как чистый вольфрам не обладает прочностью своих сплавов, карбид вольфрама не обладает уникальными физическими свойствами в чистом виде, что делает эти материалы одинаково полезными.Прежде чем выбирать между вольфрамом и карбидом вольфрама, необходимо понять, какие спецификации необходимы для вашего проекта, поскольку они оба предназначены для различных применений. Как всегда, беседа с вашим поставщиком предоставит вам лучшие знания, которые следует использовать, или если есть менее дорогостоящий вариант, который стоит рассмотреть.

Сводка

В этой статье представлено краткое сравнение свойств, прочности и применения вольфрама по сравнению с карбидом вольфрама.Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/TungstenCarbideDataSheet.pdf
  2. https://www.rsc.org/periodic-table/element/74/tungsten
  3. https://www.eaglealloys.com/working-with-tungsten/
  4. https://www.corrosionsource.com/PeriodicTable/Tungsten
  5. http: // www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=e68b647b86104478a32012cbbd5ad3ea&n=1
  6. https://www.wolfram.at
  7. https://www.engineeringtoolbox.com
  8. http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=41e0851d2f3c417ba69ea0188fa570e3

Прочие изделия из вольфрама

Больше от Metals & Metal Products

Карбид вольфрама — Wissensplattform nanopartikel.info

Свойства и приложения

Карбид вольфрама (WC) — это неорганическое неприродное соединение, состоящее из вольфрама (W) и углерода (C).Карбид моновольфрама (WC), который стабилен при комнатной температуре, имеет большое техническое значение. WC имеет гексагональную структуру, состоящую из сетки из вольфрама и углерода. Его самые поразительные свойства — это высокая плотность и высокая температура плавления 2600 ° C, высокая твердость, а также металлоподобность, высокие значения электрической и теплопроводности.

Фрезерная головка © fotomek — stock.adobe.com

Сетка из WC обеспечивает определенную пластичность и высокую пластичность при разрыве при сохранении высокой твердости карбида вольфрама.На воздухе унитаз подвергается коррозии только при температуре выше 600 ° C. Кроме того, помимо высокой твердости при температуре окружающей среды и при температурах выше 1000 ° C, способность связывать такие металлы, как кобальт, никель и железо, обуславливает его экономическое значение.

WC в основном используется для производства твердых металлов . Твердые металлы — это сплавы, состоящие из карбида вольфрама и металлов, принадлежащих к группе железа, особенно кобальта в качестве связующего пластичного металла.

Поскольку WC разлагается во время плавления, производство компактных изделий возможно только путем спекания (сравнимо с обжигом глины).Твердые металлы используются для производства инструментов для токарной обработки, фрезерования и сверления, а также для резки и штамповки. Кроме того, они используются для изготовления износостойких деталей и усилений. Изменяя содержание кобальта и размер зерна карбида, можно адаптировать важные свойства, такие как твердость и пластичность, в соответствии с желаемыми характеристиками для его применения.

Карбид вольфрама не самовоспламеняющийся. В смеси с воздухом (пыль) под воздействием источника воспламенения карбид вольфрама может воспламеняться (взрыв пыли).

Возникновение и производство

Карбиды вольфрама не встречаются в природе. Технически WC производится путем превращения порошкообразного металлического вольфрама или оксида вольфрама в технический углерод или графит при температурах от 1400 ° C до 2000 ° C в печи с графитовой футеровкой (карботермическая реакция). WC всегда выпускается в порошкообразном виде. Размер частиц зависит от размера исходного материала и условий процесса. В традиционном производственном процессе он может варьироваться от 100 нм до 100 мкм.

Вольфрам может быть найден в виде вольфрамата в вольфрамите и шеелита в земной коре. Содержание вольфрама в этих рудах невелико и в большинстве случаев составляет менее 1 массового процента. В средние века в Саксонских Рудных горах вольфраматы, содержащиеся в оловянных рудах, мешали производству олова, «поедая» олово «как волк», как писал Георгиус Агрикола из Фрайберга. Безусловно, крупнейшие месторождения вольфрама находятся в Китае. В Европе большое значение имеют шахты в Российской Федерации и Австрии.В Рудных горах есть месторождения вольфрамовой руды. Мировой объем производства превышает 70 000 т / год.


Литература 2>

  1. Киффер, Р. и Бенешовский, Ф (1963). Hartstoffe, Springer-Verlag, Wien.
  2. Schedler, W. (1988). Hartmetall für den Praktiker, VDI-Verlag GmbH, Дюссельдорф.
  3. Рихтер, В. и Мюллер, К. (2007). In Schatt, Wieters, Kieback: Pulvermetallurgie, Technologien und Werkstoffe, Springer Verlag, 2.erweiterte Auflage. ISBN 978-3-540-23652-8.
  4. Дизайн для PM — E-Learning Kurs (EN). Hartmetals из EPMA, Moseley, S & Richter, V. (дата последнего обращения: апрель 2011 г.).
  5. Geoliquids Inc. (EN) (01.02.2012). Паспорт безопасности материалов «Порошок карбида вольфрама.

Карбид вольфрама и карбид вольфрама Компоненты от Federal Carbide

Твердый сплав — это композиционный материал, состоящий из отдельных зерен карбида вольфрама, заключенных в вязкую металлическую связку матрица из кобальта или никеля.Физико-металлургические свойства карбида определенной «марки» определяется его составом. (его составляющие и их относительные количества), гранулометрический состав зерна карбида вольфрама после спекания, тип связующего металла и содержание, качество используемого сырья и качество изготовления из которого сделан материал. Те, которые чаще всего измеряются для оценки качества и определить области применения описаны ниже.ASTM и / или ISO Также указывается стандарт, применяемый к каждому из этих измерений.

Плотность или удельный вес — это вес на единицу объема. цементированного карбида в граммах на кубический сантиметр (г / см3). По сути, это средневзвешенное значение плотности всех компонентов, содержащихся в продукте, и поэтому необходимо проверить его состав. Для марок, содержащих только карбид вольфрама и связующий металл, плотность композита уменьшается по мере увеличения содержания более легкого связующего металла.[ASTM B-311; ISO 3369]

Твердость — это стойкость твердого сплава к проплавлению. алмазным индентором при определенной нагрузке. Измеряется по Роквеллу. Шкала A (Ra) в США и шкала Виккерса (HV10 или HV30) в Европе и в другом месте. Твердость в первую очередь зависит от состава и зерна. размер с более высоким содержанием связующего металла и более крупным зерном карбида вольфрама размеры, обеспечивающие более низкие значения твердости. И наоборот, низкое содержание связующего и мелкий размер зерна обеспечивает высокие значения твердости.Твердость прямо относящиеся к абразивной износостойкости. [ASTM B-294; ISO 3738]

Прочность на разрыв в поперечном направлении (TRS) — это мера прочность на разрыв цементированного карбида при испытании на трехточечный изгиб. на стандартных прямоугольных брусках. Он указывается в фунтах или тысячах. фунтов на квадратный дюйм (psi или kpsi) или в ньютонах на квадратный миллиметр (Н / мм2). TRS, пожалуй, лучший показатель относительной полезности индивидуальных производственные партии, поскольку он исследует разумный объем материала и обнаружит низкий уровень критических внутренних дефектов.Продукты, имеющие относительно высокие значения TRS обычно применяются при ударе, ударе или отказе по поломке факторы. [ASTM B-406; ISO 3327]

Остаточная пористость определяется визуально. полированная поверхность спеченного образца при увеличении 100X или 200X. Рейтинги по пористости типа «А» (поры менее 10 мкм в диаметре), пористость типа «В» (поры более 10 мкм в диаметре) и пористость типа «С» (включения углерода) определяется путем сравнения размера и частоты каждого типа пор в образец с таковыми на стандартных фотографиях.Каждая стандартная фотография связан с числовым рейтингом, который используется для представления пористости уровни в образце. В целом прочность кромки и ударная вязкость снижаются. по мере увеличения уровня остаточной пористости. При высокой пористости это также может отрицательно сказаться на износостойкости продукта. [ASTM В-276; ISO 4505]

Магнитное насыщение — это степень, в которой связующее в цементированном карбиде насыщено углеродом.Это очень полезно для материалов, имеющих кобальтовую связку. При известном содержании кобальта магнитный Значения насыщения показывают, сколько углерода содержится в цементированном карбиде. — от недопустимо низких значений, свидетельствующих о наличии нежелательная фаза с дефицитом углерода (известная как фаза эта) недопустимо высокие значения, указывающие на наличие свободного углерода (углеродная «пористость») в продукте. Магнитное насыщение иногда используется как индикатор относительной силы среди партий определенного сорта.[ASTM B-886]

Коэрцитивная сила — это сила магнитного поля, необходимого для размагничивания. полностью намагниченный образец цементированного карбида. Коэрцитивная сила обычно измеряется в эрстедах (эрстедах). Измерение коэрцитивной силы зависит от многих факторы, включая состав, гранулометрический состав спеченного зерна, остаточный уровни пористости и другие. Иногда используется как альтернативное указание. твердости, но лучше всего интерпретируется в сочетании с другими свойствами как показатель общей однородности оценок.[ASTM B-887; ISO 3326]

Что такое карбид вольфрама и почему он так популярен в аксессуарах для инструментов?

Карбид вольфрама широко используется в электроинструментальной промышленности. Их часто сокращают до карбида, но на самом деле их больше, чем просто вольфрам. Довольно часто нам задают вопрос: «Что такое карбид вольфрама?» Чтобы дать вам наилучший ответ, мы проводим интервью с производителями. Мы хотели углубиться в этот материал, чтобы увидеть, как он делает аксессуары более эффективными.


Что такое карбид вольфрама?

Общий термин «карбид» означает просто соединение, в котором используется углерод и менее электроотрицательный элемент. Карбид вольфрама содержит равные части углерода и вольфрама и начинает свою жизнь в виде порошка.

Порошок проходит процесс спекания для использования во многих различных продуктах, включая такие аксессуары, как сверла и зубья пилы.

Это прочный состав, способный выдержать тяжелые условия эксплуатации, например, просверливание заполнителя.Из-за этой прочности я выбрал его для своего обручального кольца вместо золота, поскольку я работаю с электроинструментом каждый день.

Большинство принадлежностей не из чистого твердого сплава. На дисках для циркулярных пил и сабельных пил это только отдельные зубья. У большинства сверл это только режущие кромки. Остальной аксессуар обычно делается из стали. Для бетонных бит на валу все еще есть канавки для удаления материала, и в целом это похоже на использование стандартной стальной биты. Вам не нужно менять способ работы только для того, чтобы использовать твердосплавную коронку.

Когда дело доходит до станков с ЧПУ и обширной резки металла, твердосплавные материалы играют гораздо большую роль. Эти биты часто имеют твердый сплав на большей части режущей поверхности.

Бытует мнение, что аксессуары из карбида вольфрама работают лучше, чем не карбидные. Но соответствует ли это восприятие реальности?

В большинстве случаев да. Лезвия с твердосплавными зубьями превосходят стальные или биметаллические и служат дольше почти во всех сферах применения. Эта комбинация делает его стандартом для лучших полотен для торцовочных пил и бит для перфораторов.Он также получает большее сцепление с полотнами для сабельной пилы и лезвиями для качающихся инструментов.

Что касается чистой скорости, некоторые задачи выигрывают от стандартизованных лезвий. В частности, стальные возвратно-поступательные лезвия могут быстрее резать определенные материалы. Поскольку они могут оптимизировать геометрию зубьев для материала и избежать более широких размеров пропила, стальные лезвия часто бьют более широкие и медленные лезвия с твердосплавными зубьями. Вы также не можете превзойти дешевое стальное полотно для сабельной пилы по цене. Если вы не собираетесь резать что-либо, кроме дерева или ПВХ, стальное лезвие отлично подойдет.

Дешевый или качественный карбид

Качество твердого сплава напрямую зависит от качества сырья и процессов формования и прикрепления материала к стали.

Дешевый твердый сплав более хрупкий и легче поддается стружке. В случае плохого процесса крепления он может полностью оторваться. Используйте дешевую твердосплавную коронку, и велика вероятность, что вы не купите другую.

Просто не вините весь материал — часто вам просто нужно покупать у более уважаемого производителя.Мы нашли отличные продукты от всех основных игроков, включая Bosch, Milwaukee Tool, Freud / Diablo, Lenox Tools и другие.

Биты из карбида вольфрама Стоимость против срока службы (долговечность)

Труд — самая большая статья расходов на любой рабочей площадке, и проклятие вашего существования — простои — платить людям, когда они не работают. Ваши инструменты должны быть готовы к работе, и вам потребуются запасные аксессуары на месте, чтобы минимизировать время простоя. Производительность останавливается, и ваш клиент недоволен отсутствием прогресса.

Одним из основных преимуществ принадлежностей из карбида вольфрама является то, что они позволяют всем работать дольше. Поскольку карбид обеспечивает превосходную скорость для многих принадлежностей, работа также продвигается быстрее. Более быстрая работа менее утомительна, а меньшая усталость означает более качественную работу.

Если этого недостаточно, просмотрите некоторые заявления на твердосплавные лезвия. В 10, 50, даже 75 раз больше, чем у стандартных? Они могут стоить дороже, но если посмотреть на стоимость пропила или отверстия, они сэкономят вам деньги в процессе работы.

Итоги

В конце концов, аксессуары из карбида вольфрама того стоят, когда их не убивает тепло, режущие кромки не ломаются, а прочные материалы не изнашиваются. Когда вы покупаете твердосплавные биты, в которых используются качественные материалы и производственные процессы, они превзойдут по характеристикам и долговечнее любые стандартные биты, которые вы, возможно, использовали раньше.

Карбид вольфрама | Великолепные молекулы

Карбид вольфрама был первоначально опубликован в Chemistry World как часть серии Chemistry in its elements: соединения .

Ричард Фейнман однажды сказал, что в недрах лаборатории Лос-Аламоса спит «спящий дракон». И было несколько ученых, которые решили пощекотать ему хвост, что привело к фатальным последствиям.

В 1946 году Гарри Даглян-младший, физик из Массачусетского технологического института, изучал отражение нейтронов. Он окружил активную зону из плутония-239 металлическими отражающими блоками, чтобы увидеть, сколько потребуется и в каком положении, чтобы активная зона стала критической.Укладывая кирпичи вокруг сферического металлического ядра, Гарри заметил, что он вот-вот станет сверхкритическим, и попытался удалить кирпич. Он упал в плутоний, что немедленно вызвало цепную реакцию. Под воздействием смертельной дозы гамма-излучения Гарри стал первой жертвой мирного времени в результате ядерного инцидента. Сверхтвердый металлический композит, который упал на дракона, был одним из самых твердых материалов на Земле: карбид вольфрама.

История этого соединения восходит к 1700-м годам, когда вольфрам был впервые извлечен из руды вольфрамита Хуаном Хосе де Эльхуяром и его братом Фаусто.Два брата просто восстановили вольфрамовую кислоту, используя древесный уголь для образования металла. При этом они обнаружили элемент с самой высокой температурой плавления среди всех известных металлов — 3422 ° C.

Но это должен был быть случайный синтез карбида вольфрама лауреатом Нобелевской премии Анри Муассаном в 1896 году, который произвел революцию в промышленности и повлиял на общество в целом. Пытаясь произвести искусственный алмаз, Анри нагрел сахар и оксид вольфрама в печи. Сахар действовал как восстанавливающий агент для оксида с образованием расплавленного карбида вольфрама.Хотя он демонстрировал некоторые желательные свойства, он был слишком хрупким для использования в любом коммерческом смысле.

Однако берлинский завод Osram Lamp Works, осознавая потенциал карбида, вскоре воспользовался возможностью разработать металлический цемент с частицами карбида вольфрама, встроенными в кобальтовую матрицу. Карбид был невероятно прочным и в четыре раза плотнее титана.

Industry быстро применила металлический состав в своих производственных процессах, используя его в качестве волочильного штампа для изменения размера вольфрамовой нити накаливания, используемой в лампах накаливания.Он также использовался в большом количестве режущих инструментов, так как мог прорезать нержавеющую сталь, как нож через масло. Единственным другим доступным материалом, который в равной степени подходил для этой задачи, был гораздо более дорогой алмаз.

Но его свойства были привлекательны не только для промышленности. Металлический композит также вызвал недоумение у военных. Плоды их любопытства окажут огромное влияние на Вторую мировую войну. Считая его прочность преимуществом, Германия разработала бронебойные снаряды из карбида вольфрама и загрузила их в самый опасный самолет Люфтваффе: Stuka JU-87G, также известный как «убийца танков».В процессе производства этих снарядов Германии удалось увеличить мировые поставки вольфрама, повысив при этом его цену. В результате пострадал тыл; промышленное оборудование не могло использовать карбид вольфрама в режущих инструментах, и прошло несколько лет, прежде чем союзники смогли найти достаточно материала, чтобы соперничать с немцами.

Если следовать извилистому пути карбида вольфрама во время войны, его использование в современном обществе по сравнению с этим довольно деликатно.Цементированный композит в настоящее время является популярным материалом для изготовления обручальных колец, обеспечивая высокую стойкость к царапинам и долговечность. От сверхпрочных велосипедных шин до точных хирургических инструментов — трудно найти надежный продукт, в котором не использовались бы карбид в той или иной форме.

Даже шариковая ручка, которой вы пользуетесь ежедневно, содержит шарикоподшипник из карбида вольфрама. Знание, что ваша ручка содержит материал, который однажды разбудил спящего дракона, просто доказывает старую мантру о том, что ручка действительно сильнее меча.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *