هل يمكنني تخفيف كربيد التنغستن؟

قائمة المحتوى

● تكوين كربيد التنغستن

● استخدامات لكربيد التنغستن

● تصنيع كربيد التنغستن

● المعالجة الحرارية

>> تبريد وتهدئة

>> تحسين المعالجة الحرارية لكربيد التنغستن

>> التقنيات المتقدمة في المعالجة الحرارية

● التطبيقات التي تستفيد من المعالجة الحرارية المحسنة

● خاتمة

● التعليمات

>> 1. ما هو التبريد؟

>> 2. لماذا يكون التهدئة ضروريًا بعد التبريد؟

>> 3. ما هي المراحل الأساسية للمعالجة الحرارية كربيد التنغستن؟

>> 4. كيف تقارن كربيد التنغستن الصلب في تطبيقات أدوات القطع؟

>> 5. ما الذي يجعل كربيد التنغستن مناسبًا للذخيرة؟

● الاستشهادات:

كربيد التنغستن هو مركب من التنغستن والكربون. تشبه صلابة تلك الماس ، وتمتلك خصائص مادية وكيميائية ممتازة تجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات. إنه موصل جيد للكهرباء والحرارة. نقي كربيد التنغستن هش ، ولكن إضافة معادن مثل التيتانيوم والكوبالت يمكن أن تقلل من هشاشة.

Tungsten Carbide هي مادة شائعة في العديد من الصناعات ، بما في ذلك الأدوات والبناء والطب. يستخدم كربيد التنغستن بشكل شائع في مواد البناء مثل بتات الحفر والمناشير لأنه غير قابل للكسر تقريبًا. في الطب ، يعزز كربيد التنغستن أداء الأدوات الجراحية ويجعلها مقاومة للتآكل.

تكوين كربيد التنغستن

يتكون كربيد التنغستن من التنغستن والكربون ، مع الصيغة الكيميائية WC والوزن الجزيئي 195.85. يبلغ حجم كربيد التنغستن 17300 ميجا باسكال ، ومعامله المرن هو 710GPA ، وقوته الانضغاطية 56 ميجابكسل. معامل التمدد الحراري هو 6.9 × 10-6 / K.

استخدامات لكربيد التنغستن

يحتوي Tungsten Carbide على العديد من الاستخدامات ، بما في ذلك:

- أدوات القطع

- أدوات تحول القطع عالية السرعة

- فرن فرن المواد الهيكلية

- مكونات محرك النفاثة

- مواد cermet

- عناصر تسخين المقاومة

- أجزاء مقاومة للارتداء

- صهر البوتقة

- أفلام أشباه الموصلات المقاومة للبلى

- مواد الطيران

- التعدين

- الذخيرة

- الأدوات الجراحية

- المجوهرات

تصنيع كربيد التنغستن

يوجد كربيد التنغستن في شكل مسحوق ويعطى أشكالًا مختلفة من خلال عملية تلبيد. يمكن أن ينجستن أنهيدريد (WO3) والجرافيت توليف مسحوق كربيد التنغستن (WC) في جو تقليل عند درجة حرارة عالية من 1400-1600 درجة مئوية. بعد ذلك ، يمكن صنع منتجات خزفية كثيفة من خلال تلبيس الضغط الساخن أو التلبد المضغوط المتساقط الساخن.

المعالجة الحرارية

يمكن للمعالجة الحرارية تحسين الخصائص المادية والميكانيكية لكربريد التنغستن. عملية معالجة الحرارة لها تأثير كبير على الخواص الميكانيكية لكربريد التنغستن. تتضمن عملية معالجة الحرارة في كربيد التنغستن أربع مراحل رئيسية:

1. إزالة مادة القولبة والتوضيح المسبق في بداية التلبيد ، يتحلل عامل التكوين أو يتبخر ، وبالتالي باستثناء الجسم الملبد. في الوقت نفسه ، تختلف عوامل التكوين الكربنة ، وكمية الكربون سوف تختلف باختلاف نوع ومقدار وعملية التلبيد. يقلل أكسيد سطح المسحوق ، ويمكن للهيدروجين أن يقلل أكاسيد الكوبالت والتنجستن في درجة حرارة التلبد. مع تفاعل ضعيف بين الكربون والأكسجين ، تتم إزالة إجهاد التلامس بين جزيئات المسحوق تدريجياً. يبدأ مسحوق الترابط المعدني في الاستجابة ، ويبدأ إعادة التبلور وانتشار السطح. تزيد قوة الكتلة.

2. مرحلة تلبيس الطور الصلب (800 درجة مئوية-درجة حرارة انصهار) في وجود مرحلة سائلة ، وتفاعلات الطور الصلبة والانتشار تتفاقم مع زيادة تدفق البلاستيك ، ويظهر انكماش واضح في الجسم الملبد.

3. مرحلة تلبيس الطور السائل (درجة حرارة الانصهار - درجة حرارة التلبد) عند حدوث الطور السائل من الجسم الملبد ، يتم الانتهاء من الضغط بسرعة ، ثم يحدث انتقال التبلور. تتشكل التنظيم الأساسي وهيكل كربيد.

4. مرحلة التبريد (درجة حرارة التلبد - درجة حرارة الغرفة) في هذه المرحلة ، تخضع المكونات التنظيمية والطور لكربريد التنغستن إلى تغييرات معينة في ظل ظروف التبريد المختلفة.

تبريد وتهدئة

التبريد والتهدئة هي الأجزاء الرئيسية من عملية معالجة الحرارة. إنها تعمل على تحسين صلابة وقوة الأجزاء من خلال مزيج من التبريد والتراجع في درجات الحرارة العالية. تتطلب هذه العملية التحكم الدقيق في درجات حرارة التدفئة ، ومعدلات التبريد ، ودرجات حرارة تقع ، بالإضافة إلى فهم عميق للبنية المجهرية للمادة وخصائصها.

الإخماد هو الخطوة الأولى والأكثر أهمية في عملية التبريد والتعهد. عن طريق تسخين الفولاذ إلى منطقة أوستنيت ، فإن عناصر الكربون والسبائك داخل الصلب تذوب بالكامل في الأوستينيت لتشكيل محلول صلب موحد. بعد ذلك ، يتم تبريد الفولاذ بسرعة إلى منطقة مارتينسيت ، مما تسبب في أن يخضع الأوستينيت إلى تحول مارتينسيت ، وبالتالي الحصول على بنية عالية الصدفة. يجب أن يكون معدل التبريد سريعًا بما يكفي لتجنب التحولات الأخرى لأوستنيت أثناء عملية التبريد ، مما يقلل من الصلابة. بالنسبة إلى قضبان كربيد التنغستن الصلبة الصلبة ، يمكن أن يزيد العلاج بشكل كبير من صلابةه ويعزز مقاومته للارتداء والتشوه. ومع ذلك ، لا يمكن تجاهل إجهاد التبريد الناتج أثناء عملية التبريد. إذا لم يتم التخلص من هذه الضغوط بشكل فعال ، فسيحدث عيوب مثل الشقوق والتشوه أثناء الاستخدام ، وبالتالي تؤثر على عمر خدمتها وأدائها.

تعتبر ارتفاع درجة الحرارة العالية خطوة لا غنى عنها في عملية التبريد والتهدئة لحل المشكلات الناجمة عن الإجهاد. ارتفاع درجة حرارة الحرارة في درجة حرارة ارتفاع درجة حرارة معينة (عادةً ما تكون أعلى من درجة حرارة تحول الأوستينيت ولكنها أقل من نقطة انصهار المادة) بعد تبريدها والحفاظ عليها لفترة من الوقت لإطلاق الإجهاد المتبقي والقضاء عليه داخل الصلب. في الوقت نفسه ، يمكن أن تعزز ارتفاع درجات الحرارة العالية هطول الأمطار والتوزيع الموحد للكربود ، مما يزيد من صلابة وقوة الصلب.

تحسين المعالجة الحرارية لكربيد التنغستن

يتضمن تحسين عملية معالجة الحرارة في كربيد التنغستن التحكم بعناية في العديد من العوامل لتحقيق خصائص المواد المطلوبة. وتشمل هذه العوامل معدل التدفئة ، ووقت نقع ، ومعدل التبريد ، والجو داخل الفرن.

- معدل التسخين: معدل تسخين كربيد التنغستن أمر بالغ الأهمية لمنع الصدمة الحرارية وضمان توزيع درجة الحرارة الموحدة. تفضل معدلات التدفئة البطيئة ، خاصة خلال المراحل الأولية ، لتجنب تكسير أو تشويه المادة.

- وقت النقع: يشير الوقت النقري إلى المدة التي يتم الاحتفاظ بها في درجة حرارة محددة. يعد وقت النقع الكافي أمرًا ضروريًا لضمان وصول كربيد التنغستن إلى درجة حرارة موحدة طوال بنيتها ، مما يسمح بتحويلات الطور الكاملة وتخفيف الإجهاد.

- معدل التبريد: يؤثر معدل التبريد بعد المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية والصلابة من كربيد التنغستن. يمكن أن ينتج التبريد السريع ، مثل التبريد في الزيت أو الماء ، مادة أكثر هشاشة ولكنها أكثر هشاشة. تؤدي معدلات التبريد الأبطأ ، مثل تبريد الهواء أو تبريد الفرن ، إلى مواد أكثر صرامة ولكنها أقل صلابة.

- التحكم في الجو: يلعب الجو داخل فرن المعالجة الحرارية دورًا حاسمًا في منع الأكسدة وإزالة الكرب من كربيد التنغستن. يتم استخدام الأجواء الخاملة ، مثل الأرجون أو النيتروجين ، بشكل شائع لحماية المادة من التفاعل مع الأكسجين والكربون ، وبالتالي الحفاظ على تكوينه وخصائصه المطلوبة.

التقنيات المتقدمة في المعالجة الحرارية

يتم استخدام تقنيات المعالجة الحرارية المتقدمة بشكل متزايد لزيادة تعزيز خصائص كربيد التنغستن. وتشمل هذه التقنيات معالجة حرارة الفراغ ، والكربور الغاز ، والعلاج المبرد.

- المعالجة الحرارية الفراغي: تتضمن معالجة الحرارة الفراغ تسخين المادة في بيئة فراغ ، مما يزيل الأكسدة ويسمح بالتحكم الدقيق في معدلات التدفئة والتبريد. تؤدي هذه التقنية إلى الانتهاء من السطح الأكثر نظافة وأكثر إشراقًا وخصائص ميكانيكية محسّنة.

- كربن الغاز: كربن الغاز هو عملية يتم فيها إثراء سطح كربيد التنغستن بذرات الكربون. يتم تحقيق ذلك عن طريق تسخين المادة في جو غني بالكربون ، عادةً ما يستخدم غازات مثل الميثان أو البروبان. يزيد كربنة الغاز من صلابة السطح وارتداء مقاومة كربيد التنغستن ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب متانة سطحية عالية.

- العلاج المبرد: العلاج المبرد ينطوي على تبريد كربيد التنغستن إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، عادة ما يكون أقل من -150 درجة مئوية. يمكن لهذه العملية تحسين صلابة المادة ، ومقاومة التآكل ، والاستقرار الأبعاد من خلال تعزيز تحول الأوستينيت المحتجز إلى martensite وتحسين البنية المجهرية.

التطبيقات التي تستفيد من المعالجة الحرارية المحسنة

يعزز المعالجة الحرارية المحسّنة بشكل كبير أداء وعمر كربيد التنغستن في مختلف التطبيقات. فيما يلي بعض الأمثلة البارزة:

- أدوات القطع: في صناعة الآلات ، تستخدم أدوات قطع كربيد التنغستن على نطاق واسع بسبب صلابةها العالية ومقاومة التآكل. تعمل المعالجة الحرارية المحسّنة على تحسين قدرة الأداة على الحفاظ على حافة الحادة ، وتقليل التآكل ، وتحمل سرعات القطع العالية والأعلاف.

- تآكل الأجزاء: المكونات المعرضة لارتداء ثقيل ، مثل وفاة ، قوالب ، ومحامل ، تستفيد من صلابة السطح المحسنة ومقاومة التآكل التي تحققت من خلال المعالجة الحرارية المحسنة. هذا يمتد عمر خدمة هذه الأجزاء ويقلل من تواتر البدائل.

- أدوات التعدين والحفر: في صناعات التعدين والحفر ، يتم استخدام كربيد التنغستن في أجزاء الحفر ، والفوهات ، والمكونات الأخرى التي تعاني من ظروف جلخية شديدة. يضمن المعالجة الحرارية المحسنة أن هذه الأدوات يمكنها تحمل البيئات القاسية والحفاظ على أدائها على مدار الفترات الممتدة.

-مكونات الفضاء الجوي: يتم استخدام كربيد التنغستن في تطبيقات الفضاء من أجل نسبة القوة إلى الوزن عالية وقدرتها على تحمل درجات الحرارة القصوى. يعزز المعالجة الحرارية المحسنة الخصائص الميكانيكية للمادة والاستقرار الحراري ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في مكونات الفضاء الهوائية الحرجة.

- الأدوات الطبية: يستخدم كربيد التنغستن أيضًا في الأدوات الجراحية والأجهزة الطبية بسبب توافقه الحيوي ومقاومة التآكل. يضمن المعالجة الحرارية المحسنة أن تحافظ هذه الأدوات على حدة ومتانة ونظافةها ، مما يساهم في تحسين النتائج الجراحية.

خاتمة

Tungsten Carbide هي مادة صعبة للغاية ودائمة مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات. يتم إنشاؤه عن طريق الجمع بين التنغستن والكربون ويمكن تعزيزه بإضافة معادن أخرى مثل التيتانيوم والكوبالت. تعتبر العلاجات الحرارية ، مثل التبريد والانتهاك ، مهمة لزيادة أداء كربيد التنغستن في التطبيقات الصعبة. يمكن أن يؤدي تحسين عمليات معالجة الحرارة من خلال التحكم الدقيق في معدلات التدفئة ، وأوقات النقع ، ومعدلات التبريد ، والظروف الجوية إلى تعزيز الخواص الميكانيكية بشكل كبير ، ومقاومة التآكل ، والأداء الكلي لكربيد التنغستن. تقنيات متقدمة مثل المعالجة الحرارية الفراغية ، والكربور الغاز ، والعلاج المبرد ، تزيد من تحسين هذه الخصائص ، مما يجعل كربيد التنغستن مادة لا غنى عنها في الصناعات التي تتراوح من الآلات والتعدين إلى الطيران والطب.

التعليمات

1. ما هو التبريد؟

التبريد هو التبريد السريع للمواد لتصلبها. بالنسبة للصلب ، فإنه يتضمن تسخين المادة إلى منطقة الأوستينيت ، ثم تبريدها بسرعة لتحويل الأوستينيت إلى martensite ، وهي بنية صلبة للغاية. هذه العملية أمر بالغ الأهمية لزيادة صلابة وارتداء مقاومة قضبان كربيد التنغستن.

2. لماذا يكون التهدئة ضروريًا بعد التبريد؟

التهدئة ضرورية لتخفيف الضغوط الداخلية التي تتطور أثناء التبريد. ارتفاع درجة حرارة درجة الحرارة يسخن الفولاذ إلى درجة حرارة محددة تحت نقطة الانصهار الخاصة به لإطلاق الإجهاد المتبقي ومنع العيوب مثل الشقوق. هذا يعزز أيضًا هطول الأمطار من الكربيد ، مما يعزز صلابة وقوة المادة.

3. ما هي المراحل الأساسية للمعالجة الحرارية كربيد التنغستن؟

وتشمل المراحل الأساسية إزالة مادة القولبة والانضمام قبل المرحلة الصلبة ، تلبيد الطور السائل ، والتبريد. تتضمن كل مرحلة نطاقات وعمليات محددة لدرجة حرارة لتحسين خصائص المادة.

4. كيف تقارن كربيد التنغستن الصلب في تطبيقات أدوات القطع؟

تعد أدوات قطع كربيد التنغستن أكثر مقاومة للتآكل ويمكنها تحمل درجات حرارة أعلى من أدوات الفولاذ (HSS) القياسية عالية السرعة. تحافظ أدوات كربيد على حافة طليعة لفترة أطول ، وتنتج تشطيبات أفضل ، وتسمح للآلية بشكل أسرع.

5. ما الذي يجعل كربيد التنغستن مناسبًا للذخيرة؟

مزيج Tungsten Carbide من صلابة كبيرة والكثافة العالية يجعلها فعالة في ذخيرة دروع. غالبًا ما يتم استخدامه في شكل متجانس متجانس أو كمركب أسمنت مع الكوبالت.

الاستشهادات:

[1] https://www.linkedin.com/pulse/four-main-dages-tungsten-carbide-treatment-shijin-lei

[2] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html

[3] https://www.chaitools.com/news/industry-news/how-to--to--superhard-solid-tungsten-carbide-boring-bars-have-hardness-and-toughness-dourghing-quenching-and termentment.html

[4] https://www.tungco.com/insights/blog/5-tungsten-carbide-applications/

[5] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en

[6] https://www.sollex.se/en/blog/post/about-cement-tungsten-carbide-applications-bart-1

[7] https://www.ijera.com/papers/vol12no11/1211200204.pdf

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide

[9]