Меню за съдържание
● Определяне на твърдостта в науката за материалите
● Метрики за твърдост на волфрамовата карбид
>> 1. Твърда на MOHS
>> 2. Твърда на Викерс
>> 3. Рукуел твърдост
● Фактори, влияещи върху твърдостта на волфрамовия карбид
>> 1. Размер на зърното
>> 2. Процент на свързващо вещество на кобалто
>> 3. Процес на производство
● Науката зад твърдостта на волфрамовия карбид
>> 1. Кристална структура
>> 2. Ковалентно свързване
>> 3. Метален характер
>> 4. Електронна конфигурация
● Приложения, използващи твърдост на волфрамовия карбид
>> 1. Режещи инструменти
>> 2. Компоненти, устойчиви на износване
>> 3. Бижута
>> 4. Аерокосмическо и отбрана
>> 5. Медицински инструменти
● Волфрамов карбид срещу други твърди материали
>> 1. Диамант
>> 2. Силиконов карбид (SIC)
>> 3. Титан
>> 4. Cubic Boron Nitride (CBN)
>> 5. Алуминиев оксид (Al2O3)
● Предизвикателства и ограничения на волфрамовия карбид
>> 1. Бритълност
>> 2. Разходи
>> 3. Трудности за обработка
>> 4. Загриженост за околната среда
● Бъдещи развития в технологията на волфрамовия карбид
>> 1. Наноструктуриран Wc
>> 2. Композитни материали
>> 3. Разширени покрития
>> 4. Производство на добавки
● Заключение
● Често задавани въпроси
>> 1. Каква е твърдостта на MOHS на волфрамовия карбид?
>> 2. Как се измерва твърдостта на волфрамовия карбид?
>> 3. Може ли волфрамов карбид да надраска диамант?
>> 4. Защо съдържанието на кобалт влияе на твърдостта?
>> 5. Волфрамов карбид използва ли в потребителските продукти?
● Цитати:
Волфрамовият карбид (WC) е един от най -трудните инженерни материали, които съществуват, известни с изключителната си издръжливост и устойчивост на износване. Това съединение, образувано от свързване на волфрамови и въглеродни атоми, революционизира индустриите, вариращи от производство до бижута. Твърдостта му е втора само за диамант, което го прави незаменим за приложения с висок стрес. Тази статия изследва твърдостта на Волфрамов карбид , неговите методи за измерване, влияещи на фактори, приложения и сравнения с други материали.
Определяне на твърдостта в науката за материалите
Твърдостта се отнася до устойчивостта на материала за постоянна деформация, надраскване или вдлъбнатина. За волфрамовия карбид това свойство е от решаващо значение, тъй като определя работата си в абразивна среда. Общите скали за измерване на твърдостта включват:
- Скала на MOHS: Качествена порядъчна скала (1–10) Сравняване на минералната устойчивост с надраскване.
- Твърда на Vickers (HV): Измерва устойчивостта на отстъпи с помощта на диамантена пирамида.
- твърдост на Rockwell (HRA, HRC): Количествено определя дълбочината на проникване при конкретни натоварвания.
Метрики за твърдост на волфрамовата карбид
1. Твърда на MOHS
Волфрамов карбид се нарежда 9–9,5 по скалата на MOHS, точно под диаманта (10). Това прави по -трудно от повечето стомани (4–8.5) и керамика като алуминий (9).
2. Твърда на Викерс
Използвайки диамантен индентор, волфрамовият карбид оценява 1500–2 600 HV, в зависимост от размера на зърното и съдържанието на кобалт. Финозърнестите степени с ниско свързващо вещество с кобалт (3–6%) постигат най-висока твърдост.
3. Рукуел твърдост
Волфрамовият карбид обикновено измерва 88–94 HRA по скалата на Rockwell, сравнима с втвърдените стомани от инструменти, но с превъзходна устойчивост на износване.
Фактори, влияещи върху твърдостта на волфрамовия карбид
1. Размер на зърното
- Фини зърна (0,2–0,8 μm): по -висока твърдост поради намалено междугранулно разстояние.
- Груби зърна (> 1 μm): Подобрена здравина, но по-ниска твърдост, идеална за тежки приложения като минни тренировки.
2. Процент на свързващо вещество на кобалто
- Нисък кобалт (3–6%): Увеличава се максимално твърдостта, но увеличава британността.
- Високи кобалт (10–20%): повишава здравината за сметка на твърдостта.
3. Процес на производство
- Температура на синтероване: по -високи температури (1,400–1,600 ° C) Оптимизирайте плътността и твърдостта.
- Лечение след сериране: Покрития като титанов нитрид (TIN) допълнително подобряват повърхностната твърдост.
Науката зад твърдостта на волфрамовия карбид
Разбирането на изключителната твърдост на волфрамовия карбид изисква задълбочаване в атомната му структура и механизмите за свързване. Уникалните свойства на материала произтичат от комбинация от фактори:
1. Кристална структура
Волфрамов карбид образува кристална структура на шестоъгълна близка (HCP). Това подреждане позволява ефективно опаковане на атоми, допринасяйки за нейната висока плътност и твърдост.
2. Ковалентно свързване
Силните ковалентни връзки между волфрамовата и въглеродните атоми създават твърда решетка, която се съпротивлява на деформацията. Тези връзки са насочени и локализирани, което осигурява изключителна сила.
3. Метален характер
Докато предимно ковалентен, волфрамовият карбид също показва някои характеристики на метални свързвания. Тази комбинация повишава своята здравина в сравнение с чисто ковалентни материали като Diamond.
4. Електронна конфигурация
Електронната конфигурация на волфрамовата (5D^4 6S^2) позволява силна хибридизация с въглеродните електрони, образувайки стабилни и твърди връзки, които допринасят за твърдостта на материала.
Приложения, използващи твърдост на волфрамовия карбид
1. Режещи инструменти
- Крайните мелници, свредлото и вложките поддържат остри ръбове дори при високи температури, намалявайки износването на инструмента.
- Сравнения:
| материалната |
твърдост (HV) |
Устойчивост на износване на |
| HSS |
800–900 |
Ниско |
| Керамика |
1200–1800 |
Умерен |
| WC |
1500–2 600 |
Крайно |
2. Компоненти, устойчиви на износване
- Минно оборудване (съвети за тренировки, трошачки) издържа на абразивен контакт на скалата.
- Индустриалните дюзи и клапаните издържат на ерозивни течности.
3. Бижута
- Сватбените ленти запазват лак за неопределено време поради съпротивление на надраскване.
4. Аерокосмическо и отбрана
Твърдостта на волфрамовия карбид го прави безценна в аерокосмическите и отбранителните приложения:
- Кръгове за просмукване на броня: WC ядра подобряват възможностите за проникване.
- Покрития на турбинното острие: Подобрете устойчивостта на ерозия при реактивни двигатели.
- Компоненти на космическия кораб: Издържа на въздействия върху микрометорит и космически отломки.
5. Медицински инструменти
Биосъвместимостта и твърдостта на волфрамовия карбид го правят подходящ за различни медицински приложения:
- Хирургически инструменти: остриетата на скалпела и накрайниците на иглата поддържат острота.
- Стоматологични тренировки: Прецизно рязане на зъбен емайл и дентин.
- Ортопедични импланти: устойчиви на износване на ставите замествания.
Волфрамов карбид срещу други твърди материали
1. Диамант
- Твърда: Diamond (10 Mohs) срещу WC (9–9.5 Mohs).
- Използвайте калъф: Диамант за ултра прецизно рязане; WC за рентабилна издръжливост.
2. Силиконов карбид (SIC)
- Твърда: SIC (9.5 MOHS) срещу WC (9–9.5 MOHs).
- Термична стабилност: SIC се отличава във високотемпературни среди.
3. Титан
- Твърда: Титан (6 Mohs) срещу WC (9 Mohs).
- Издръжливост: WC превъзхожда титан в устойчивост на износване.
4. Cubic Boron Nitride (CBN)
- Твърда: CBN (9.5 Mohs) срещу WC (9–9.5 MOHs).
- Приложение: CBN е предпочитан за обработка на втвърдени стомани поради химическата си стабилност.
5. Алуминиев оксид (Al2O3)
- Твърда: алуминиев оксид (9 Mohs) срещу WC (9–9.5 MOHs).
- Разходи: Алуминиев беше по -икономичен, но по -малко труден от WC.
Предизвикателства и ограничения на волфрамовия карбид
Въпреки изключителната си твърдост, волфрамовият карбид е изправен пред някои предизвикателства:
1. Бритълност
Високата твърдост често корелира с повишената мрачност. WC може да чипи или счупване при внезапни въздействия, особено при нискословни степени.
2. Разходи
Tungsten е сравнително рядък метал, което прави WC по -скъп от много алтернативни материали.
3. Трудности за обработка
Високата твърдост на WC прави оформянето и обработването на крайния продукт предизвикателство, често изисква специализирани техники като електрическа обработка на разряд (EDM).
4. Загриженост за околната среда
Добивът и обработката на волфрамовете могат да имат въздействие върху околната среда, а рециклирането на WC продукти е от съществено значение за устойчивостта.
Бъдещи развития в технологията на волфрамовия карбид
Изследванията продължават да подобряват свойствата и приложенията на волфрамовия карбид:
1. Наноструктуриран Wc
Развитието на нанокристален волфрамов карбид може да подобри допълнително твърдостта, като същевременно поддържа здравина.
2. Композитни материали
Комбинирането на WC с други твърди материали като Diamond или CBN може да създаде синергични подобрения в производителността.
3. Разширени покрития
Многослойните покрития и нови техники за отлагане имат за цел да подобрят повърхностните свойства на WC инструменти и компоненти.
4. Производство на добавки
3D отпечатването на части от волфрамов карбид може да позволи сложни геометрии и персонализирани свойства на материала.
Заключение
Недоставената твърдост на волфрамовия карбид произтича от плътната му шестоъгълна кристална структура и оптимизирани производствени процеси. С рейтинг на MOHS от 9–9,5 и твърдостта на Vickers до 2600 HV, той превъзхожда повечето метали и керамика в абразивни приложения. Балансирането на твърдостта с здравина чрез размера на зърното и корекциите на свързващото вещество позволява персонализирани решения за индустрии като аерокосмически, добив и бижута. С напредването на технологиите волфрамовият карбид остава крайъгълен камък на високоефективния инженеринг, като текущите изследвания обещават още по-големи възможности в бъдеще.
Често задавани въпроси
1. Каква е твърдостта на MOHS на волфрамовия карбид?
Волфрамовият карбид се нарежда 9–9,5 по скалата на MOHS, което го прави по -трудно от стоманата и леко по -мека от диаманта.
2. Как се измерва твърдостта на волфрамовия карбид?
Общите методи включват викери (HV), Rockwell (HRA) и KNOOP тестове, които използват диамантени интензитори за оценка на съпротивлението.
3. Може ли волфрамов карбид да надраска диамант?
Не. Diamond (10 mohs) е по -труден и може да надраска волфрамов карбид, но WC често се използва за режене или полиране на диаманти поради неговата достъпност.
4. Защо съдържанието на кобалт влияе на твърдостта?
По -високият кобалт намалява твърдостта, като създава по -мека матрица на свързващо вещество между WC зърна. Степен на нискокобалт (3–6%) Приоритизират твърдостта.
5. Волфрамов карбид използва ли в потребителските продукти?
Да. Общите приложения включват бижута, вибрационни двигатели на смартфони и компоненти на часовника от висок клас.
Цитати:
[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-nungsten-carbide-differences-xplained/
[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-parts/tungsten-carbide-properties.html
[9] https://www.retopz.com/57-frequency-asked-questions-faqs-about thungsten-carbide/
[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=e68b647b86104478a32012cbd5ad3ea&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] https://www.istockphoto.com/de/bot-wall?returnurl=%2Fde%2fphotos%2ftungsten-Carbide
[21] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
[22] https://www.istockphoto.com/de/bot-wall?returnurl=%2Fde%2fphotos%2ftungsten-Carbide-drill-битове
[23] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/cremed-carbide/cremed-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] https://www.syalons.com/2024/07/08/silicon-carbide-vs-tungsten-carbide-wear-applications/
[28] https://eurobalt.net/blog/2022/03/28/all-the-applications-of-nungsten-carbide/
[29] https://www.ruihantools.com/technic-data/understanding-thehardness-of-carbide-end-mills.html
[30] https://www.tungco.com/insights/blog/5-nungsten-carbide-applications/
[31] https://www.azom.com/article.aspx?articleid=4827
[32] https://www.carbide-usa.com/top-5-uses-for-nungsten-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-pos-cons-facts-myths
[40] https://www.bladeforums.com/threads/carbide-hardness-data.1514372/
[41] https://eternaltungsten.com/frequency-asked-questions-faqs
[42] https://www.menstungstenonline.com/frequency-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-nungsten-carbide-faq
[46] https://www.practicalmachinist.com/forum/threads/hardening-nungsten.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-nungsten-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-nungsten-carbide/tungsten-carbide-grades-applications
[59] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-hardness.html
[60] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-selection.html
[61] https://www.tungstenworld.com/pages/faq
[62] https://tungstentitans.com/pages/faqs
[63] https://www.thermalspray.com/questions-nungsten-carbide/
[64] http://www.machinetoolrecyclers.com/rita_hayworth.html
