ما هي صلابة كربيد التنغستن؟

قائمة المحتوى

● تحديد صلابة في علم المواد

● مقاييس صلابة كربيد التنغستن

>> 1. صلابة موس

>> 2. فيكرز صلابة

>> 3. صلابة روكويل

● العوامل التي تؤثر على صلابة كربيد التنغستن

>> 1. حجم الحبوب

>> 2. نسبة الموثق الكوبالت

>> 3. عملية التصنيع

● العلم وراء صلابة كربيد التنغستن

>> 1. التركيب البلوري

>> 2. الترابط التساهمي

>> 3. الطابع المعدني

>> 4. تكوين الإلكترون

● التطبيقات الاستفادة من صلابة التنغستن كربيد

>> 1. أدوات القطع

>> 2. مكونات مقاومة للارتداء

>> 3. المجوهرات

>> 4. الفضاء والدفاع

>> 5. الأدوات الطبية

● كربيد التنغستن مقابل مواد صلبة أخرى

>> 1. الماس

>> 2. كربيد السيليكون (كذا)

>> 3. التيتانيوم

>> 4. نيتريد بورون مكعب (CBN)

>> 5. ألومينا (AL2O3)

● تحديات وقيود كربيد التنغستن

>> 1. هشاشة

>> 2. التكلفة

>> 3. صعوبات المعالجة

>> 4. المخاوف البيئية

● التطورات المستقبلية في تقنية كربيد التنغستن

>> 1

>> 2. المواد المركبة

>> 3. الطلاء المتقدم

>> 4. التصنيع المضافة

● خاتمة

● الأسئلة الشائعة

>> 1. ما هي صلابة موس من كربيد التنغستن؟

>> 2. كيف يتم قياس صلابة كربيد التنغستن؟

>> 3. هل يمكن للتنجستن كربيد خدش الماس؟

>> 4. لماذا يؤثر محتوى الكوبالت على الصلابة؟

>> 5. هل يستخدم كربيد التنغستن في المنتجات الاستهلاكية؟

● الاستشهادات:

يعد Tungsten Carbide (WC) أحد أصعب المواد المصممة هندسيًا ، ويشتهر به المتانة الاستثنائية ومقاومة التآكل. وقد أحدث هذا المركب ، الذي شكله ترابط تنغستن وذرات الكربون ، ثورة في الصناعات التي تتراوح من التصنيع إلى المجوهرات. صلابةها هي في المرتبة الثانية بعد الماس ، مما يجعلها لا غنى عنها للتطبيقات ذات الضغط العالي. هذا المقال يستكشف صلابة كربيد التنغستن ، أساليب القياس ، التأثير على العوامل والتطبيقات والمقارنات مع المواد الأخرى.

تحديد صلابة في علم المواد

تشير الصلابة إلى مقاومة المادة للتشوه الدائم أو الخدش أو المسافة البادئة. بالنسبة إلى كربيد التنغستن ، تعتبر هذه الخاصية أمرًا بالغ الأهمية لأنها تحدد أدائها في البيئات الكاشطة. تشمل المقاييس الشائعة لقياس صلابة:

- مقياس Mohs: مقياس ترتيبي نوعي (1-10) مقارنة المقاومة المعدنية للخدش.

- فيكرز صلابة (HV): يقيس مقاومة المسافة البادئة باستخدام هرم الماس.

- صلابة Rockwell (HRA ، HRC): يحدد عمق الاختراق الكمي تحت أحمال محددة.

مقاييس صلابة كربيد التنغستن

1. صلابة موس

يحتل Tungsten Carbide 9–9.5 على مقياس Mohs ، أسفل Diamond (10). هذا يجعل الأمر أكثر صعوبة من معظم الفولاذ (4-8.5) والسيراميك مثل الألومينا (9).

2. فيكرز صلابة

باستخدام Indenter الماس ، يسجل Carbide Tungsten 1500-2،600 HV ، اعتمادًا على حجم الحبوب ومحتوى الكوبالت. الدرجات ذات الحبيبات الدقيقة مع انخفاض الموثق الكوبالت (3-6 ٪) تحقق أعلى صلابة.

3. صلابة روكويل

يقيس كربيد التنغستن عادة 88-94 HRA على مقياس Rockwell ، مماثلة لضرب الأدوات الصلبة ولكن مع مقاومة التآكل الفائقة.

العوامل التي تؤثر على صلابة كربيد التنغستن

1. حجم الحبوب

- الحبوب الدقيقة (0.2-0.8 ميكرون): صلابة أعلى بسبب انخفاض التباعد بين الخلايا.

- الحبوب الخشنة (> 1 ميكرون): تحسين الصلابة ولكن الصلابة المنخفضة ، مثالية للتطبيقات الثقيلة التأثير مثل تدريبات التعدين.

2. نسبة الموثق الكوبالت

- انخفاض الكوبالت (3-6 ٪): يزيد من الصلابة ولكن يزيد من هشاشة.

- ارتفاع الكوبالت (10-20 ٪): يعزز الصلابة على حساب الصلابة.

3. عملية التصنيع

- درجة حرارة التلبد: درجات حرارة أعلى (1400-1600 درجة مئوية) تحسين الكثافة والصلابة.

- علاجات ما بعد التخزين: الطلاء مثل نيتريد التيتانيوم (القصدير) يزيد من تحسين صلابة السطح.

العلم وراء صلابة كربيد التنغستن

يتطلب فهم الصلابة الاستثنائية لكربيد التنغستن الخوض في بنيته الذرية وآليات الترابط. خصائص المادة الفريدة تنبع من مجموعة من العوامل:

1. التركيب البلوري

يشكل كربيد التنغستن هيكلًا بلوريًا معبأًا سداسيًا (HCP). يسمح هذا الترتيب بتعبئة الذرات الفعالة ، مما يساهم في كثافتها عالية وصيادتها.

2. الترابط التساهمي

تخلق الروابط التساهمية القوية بين ذرات التنغستن وذرات الكربون شبكة جامدة تقاوم التشوه. هذه الروابط هي اتجاهية ومترجمة ، مما يوفر قوة استثنائية.

3. الطابع المعدني

في حين أن التساهمية في المقام الأول ، فإن كربيد التنغستن يعرض أيضًا بعض خصائص الترابط المعدني. يعزز هذا المزيج صلابةها مقارنة بالمواد التساهمية البحتة مثل الماس.

4. تكوين الإلكترون

يسمح التكوين الإلكترون لـ Tungsten (5d^4 6s^2) بتهجين قوي مع إلكترونات الكربون ، مما يشكل روابط مستقرة وصارمة تساهم في صلابة المادة.

التطبيقات الاستفادة من صلابة التنغستن كربيد

1. أدوات القطع

- تحافظ المطاحن النهائية ، وبتات الحفر ، والإدراج على حواف حادة حتى في درجات الحرارة العالية ، مما يقلل من تآكل الأدوات.

- مقارنات:

المواد (HV)	صلابة	مقاومة ارتداء
HSS	800-900	قليل
السيراميك	1200-1800	معتدل
مرحاض	1500-200	أقصى

2. مكونات مقاومة للارتداء

- معدات التعدين (نصائح الحفر ، لوحات الكساري) تحمل اتصال الصخور الكاشطة.

- تتحمل الفوهات والصمامات الصناعية سوائل تآكل.

3. المجوهرات

- تحتفظ عصابات الزفاف البولندية إلى أجل غير مسمى بسبب مقاومة الخدش.

4. الفضاء والدفاع

صلابة Tungsten Carbide تجعلها لا تقدر بثمن في تطبيقات الفضاء والدفاع:

- جولات درع الدروع: نوى WC تعزز قدرات الاختراق.

- الطلاءات شفرة التوربينات: تحسين مقاومة التآكل في المحركات النفاثة.

- مكونات المركبة الفضائية: تحمل آثار الميكرومتيوريت وحطام الفضاء.

5. الأدوات الطبية

التوافق الحيوي وصلابة كربيد التنغستن يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات الطبية:

- الأدوات الجراحية: شفرات الرأس ونصائح الإبرة تحافظ على الحدة.

- تدريبات الأسنان: قطع دقة من مينا الأسنان و Dentin.

- غرسات العظام: بدائل المفاصل المقاومة للبلى.

كربيد التنغستن مقابل مواد صلبة أخرى

1. الماس

- صلابة: الماس (10 موس) مقابل WC (9-9.5 MOHS).

- استخدام الحالة: الماس لقطع الدقة للغاية ؛ مرتبة دقة من أجل المتانة الفعالة من حيث التكلفة.

2. كربيد السيليكون (كذا)

- صلابة: كذا (9.5 موس) مقابل WC (9-9.5 MOHS).

- الاستقرار الحراري: يتفوق كذا في بيئات درجات الحرارة العالية.

3. التيتانيوم

- صلابة: التيتانيوم (6 موس) مقابل WC (9 MOHS).

- المتانة: WC يتفوق على التيتانيوم في مقاومة التآكل.

4. نيتريد بورون مكعب (CBN)

- صلابة: CBN (9.5 MOHS) مقابل WC (9–9.5 MOHS).

- التطبيق: يفضل CBN لتصنيع الفولاذ المتصلب بسبب استقرارها الكيميائي.

5. ألومينا (AL2O3)

- صلابة: الألومينا (9 موس) مقابل WC (9-9.5 MOHS).

- التكلفة: ألومينا أكثر اقتصادا ولكنها أقل صعوبة من WC.

تحديات وقيود كربيد التنغستن

على الرغم من صلابةها الاستثنائية ، يواجه كربيد التنغستن بعض التحديات:

1. هشاشة

غالبًا ما ترتبط صلابة عالية مع زيادة الهشاشة. يمكن لـ WC رقاقة أو كسر تحت تأثيرات مفاجئة ، وخاصة في درجات المنخفضة.

2. التكلفة

التنغستن هو معدن نادر نسبيا ، مما يجعل WC أكثر تكلفة من العديد من المواد البديلة.

3. صعوبات المعالجة

إن الصلابة العالية في WC تجعل تشكيل وتصنيع المنتج النهائي يمثل تحديًا ، وغالبًا ما يتطلب تقنيات متخصصة مثل تصنيع التفريغ الكهربائي (EDM).

4. المخاوف البيئية

يمكن أن يكون للتعدين ومعالجة التنغستن آثار بيئية ، وإعادة تدوير منتجات WC ضرورية للاستدامة.

التطورات المستقبلية في تقنية كربيد التنغستن

تستمر البحث في تعزيز خصائص وتطبيقات كربيد التنغستن:

1

يمكن أن يؤدي تطوير كربيد التنغستن النانوي إلى تحسين الصلابة مع الحفاظ على المتانة.

2. المواد المركبة

قد يخلق الجمع بين WC مع مواد صلبة أخرى مثل Diamond أو CBN تحسينات تآزرية في الأداء.

3. الطلاء المتقدم

تهدف الطلاء متعدد الطبقات وتقنيات الترسب الجديدة إلى تعزيز الخواص السطحية لأدوات ومكونات WC.

4. التصنيع المضافة

يمكن أن تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء كربيد التنغستن بالهندسة المعقدة وخصائص المواد المخصصة.

خاتمة

تنبع صلابة Tungsten Carbide التي لا مثيل لها من بنيته البلورية الكثيفة وعمليات التصنيع المحسنة. مع تصنيف MOHS من 9 إلى 9.5 و Vickers صلابة تصل إلى 2600 HV ، يتفوق على معظم المعادن والسيراميك في التطبيقات الكاشطة. يتيح التوازن بين الصلابة مع المتانة من خلال حجم الحبوب وتعديلات الموثق حلولًا مصممة للصناعات مثل الفضاء والتعدين والمجوهرات. مع تقدم التكنولوجيا ، لا يزال Tungsten Carbide حجر الزاوية في الهندسة عالية الأداء ، مع الأبحاث المستمرة التي تعد بقدرات أكبر في المستقبل.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي صلابة موس من كربيد التنغستن؟

يحتل كربيد التنغستن من 9 إلى 9.5 على مقياس MOHS ، مما يجعل الأمر أكثر صعوبة من الصلب وأكثر ليونة قليلاً من الماس.

2. كيف يتم قياس صلابة كربيد التنغستن؟

تشمل الطرق الشائعة فيكرز (HV) و Rockwell (HRA) واختبارات Knoop ، والتي تستخدم مسند الماس لتقييم المقاومة.

3. هل يمكن للتنجستن كربيد خدش الماس؟

لا. Diamond (10 MOHS) أصعب ويمكن أن يخدش كربيد التنغستن ، ولكن يتم استخدام WC غالبًا لقطع أو تلميع الماس بسبب قدرته على تحمل التكاليف.

4. لماذا يؤثر محتوى الكوبالت على الصلابة؟

أعلى الكوبالت يقلل من الصلابة عن طريق إنشاء مصفوفة موثق ليونة بين حبيبات WC. درجات منخفضة cobalt (3-6 ٪) تعطي أولوية الصلابة.

5. هل يستخدم كربيد التنغستن في المنتجات الاستهلاكية؟

نعم. تشمل التطبيقات الشائعة المجوهرات ، ومحركات اهتزاز الهواتف الذكية ، ومكونات المراقبة الراقية.

الاستشهادات:

[1] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html

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

[3] https://konecarbide.com/tungsten-vs-tungsten-carbide-differences-explained/

[4] https://create.vista.com/photos/tungsten-carbide/

[5] https://eternaltools.com/blogs/tutorials/tungsten-carbide-an-informative-guide

[6] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide

[7] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/

[8] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-barts/tungsten-carbide-properties.html

[9]

[10] https://www.azom.com/article.aspx؟articleid=2278

[11] https://www.dymetalloys.co.uk/what-is-tungsten-carbide

[12] https://www.basiccarbide.com/tungsten-carbide-grade-chart/

[13] https://www.britannica.com/science/tungsten-carbide

[14] https://www.bladeforums.com/threads/carbide-hardness-chart.1705186/

[15] https://www.matweb.com/search/datasheet.aspx؟matguid=e68b647b86104478a32012cbbd5ad3ea&ckck=1

[16] https://www.azom.com/properties.aspx؟articleid=1203

[17] https://www.imetra.com/tungsten-carbide-material-properties/

[18] https://www.shutterstock.com/search/٪22tungsten-carbide٪22؟page=3

[19] https://stock.adobe.com/search؟k=tungsten+CarBide

[20)

[21] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html

[22] https://www.istockphoto.com/de/bot-wall؟returnurl=٪2FDE٪2Fphotos٪2Ftungsten-Carbide-drill-bits

[23] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/careed-carbide/ carbide-hardness/

[24] https://www.shutterstock.com/search/tungsten-carbide

[25] https://www.generalcarbide.com/wp-content/uploads/2019/04/generalcarbide-designers_guide_tungstencarbide.pdf

[26] https://stock.adobe.com/search؟k=carbide

[27]

[28]

[29] https://www.ruihantools.com/technic-data/undersing-the-hardness-of-carbide-end-mills.html

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

[31] https://www.azom.com/article.aspx؟articleid=4827

[32] https://www.carbide-usa.com/top-5-uses-for-tungsten-carbide/

[33] https://www.wj-tool.com/material

[34] https://www.industrialplating.com/materials/tungsten-carbide-coatings

[35] https://www.ohiocarbonblank.com/metallic-materials/tungsten-carbide

[36] https://www.practicalmachinist.com/forum/threads/carbide-hardness-of-drill-and-end-mills.294897/

[37] https://www.tungstenringscenter.com/faq

[38] https://www.tungstenrepublic.com/tungsten-carbide-rings-faq.html

[39] https://www.larsonjewelers.com/pages/tungsten-rings-pros-cons-facts-myths

[40] https://www.bladeforums.com/threads/carbide-hardness-data.1514372/

[41] https://eternaltungsten.com/frequale-asked-questions-faqs

[42] https://www.menstungstenonline.com/frequale-asked-questions.html

[43] https://www.reddit.com/r/askscience/comments/f02z1/materials_science_question_why_does_an_extremely/

[44] https://www.tungstenringsco.com/faq

[45] https://unbreakableman.co.za/pages/all-about-tungsten-carbide-faq

[46] https://www.practicalmachinist.com/forum/threads/hardening-tungsten.405013/

[47] https://tuncomfg.com/about/faq/

[48] https://www.reddit.com/r/metallurgy/comments/ub4dg9/question_about_tungsten_carbide_toxicity/

[49] https://www.mitsubishicarbide.net/contents/mmus/enus/html/product/technical_information/information/hardness.html

[50] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf

[51] https://www.vistametalsinc.com/tungsten-carbide-grade-chart/

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

[53] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide-tool.html

[54] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html

[55] https://konecarbide.com/what-is-tungsten-carbide/

[56] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide

[57] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html

[58] https://www.dymetalloys.co.uk/what-is-tungsten-carbide/tungsten-carbide-rglications-applications

[59] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-hardness.html

[60] https://carbideprocors.com/pages/carbide-barts/tungsten-carbide-selection.html

[61] https://www.tungstenworld.com/pages/faq

[62] https://tungstentitans.com/pages/faqs

[63] https://www.thermalspray.com/questions-tungsten-carbide/

[64] http://www.machinetoolrecyclers.com/rita_hayworth.html