Меню за съдържание
● Разбиране на волфрамовия карбид
>> Химичен състав и структура
>> Физически свойства
● Фактори, влияещи върху точката на топене
>> 1. Състав на свързващо вещество
>> 2. Размер и чистота на зърното
>> 3. Окислително устойчивост
● Индустриални приложения, използващи висока точка на топене
>> 1. Инструменти за рязане и сондиране
>> 2. Изследване на добив и петрол
>> 3. Аерокосмически компоненти
>> 4. Устойчиви на износване покрития
>> 5. Автомобилни иновации
● Предизвикателства при обработката с висока температура
>> 1. Техники за синтероване
>> 2. Трудности при обработката
>> 3. Загриженост за околната среда и разходите
● Иновации и бъдещи посоки
>> 1. Свързване без волфрамов карбид (BTC)
>> 2. Производство на добавки
>> 3. Наноструктурирани покрития
● Заключение
● Често задавани въпроси
>> 1. Как точката на топене на волфрамов карбид се сравнява с диаманта?
>> 2. Може ли волфрамовият карбид да издържи продължителното излагане на високи температури?
>> 3. Защо кобалтът се добавя към волфрамовия карбид?
>> 4. Рециклируем ли е волфрамов карбид?
>> 5. Волфрамовият карбид се стопява при пожар в къщата?
● Цитати:
Волфрамовият карбид (WC) е един от най -здравите индустриални материали, известни със своята изключителна твърдост, устойчивост на износване и термична стабилност. С приложения, обхващащи аерокосмическото пространство, добив, производство и бижута, разбирането на физическите му свойства - особено точката на топене - е от решаващо значение за оптимизиране на използването му в екстремни среди. Тази статия изследва точката на топене на Волфрамов карбид , нейните последици за индустриалните приложения и отговори на общи въпроси относно този забележителен материал.
Разбиране на волфрамовия карбид
Химичен състав и структура
Волфрамовият карбид е керамично съединение, образувано чрез свързване на волфрамов (W) и въглерод (С) атоми в 1: 1 стехиометрично съотношение. Шестоъгълната му кристална структура допринася за изключителната му твърдост (8,5–9,0 по скалата на MOHS) и плътността (~ 15,6 g/cm³) [1]. Повечето волфрамов карбид от индустриален клас включват метално свързващо вещество като кобалт (CO) или никел (NI) за подобряване на здравината и пластичността [16].
Физически свойства
- Точка на топене: 2,785–2,830 ° C (5,045–5,126 ° F) [1].
- Точка на кипене: ~ 6000 ° C (10 830 ° F) [1].
- Топлинна проводимост: 84–120 w/m · k, което позволява ефективно разсейване на топлината [6].
- Сила на натиск: 6000 MPa, надминавайки повечето метали [6].
В сравнение с чистия волфрам (точка на топене: 3,422 ° С), волфрамовият карбид има по -ниска точка на топене поради композитната си структура. Въпреки това, той превъзхожда стоманата и титана в устойчивостта на износване и термичната стабилност [11].
Фактори, влияещи върху точката на топене
1. Състав на свързващо вещество
Добавянето на кобалт или никел намалява точката на топене леко, но подобрява устойчивостта на счупване. Например, кобалтовата WC се топи при ~ 1500 ° C по време на синтероване [5]. Съдържанието на свързващо вещество влияе и на устойчивостта на окисляване; По -високите концентрации на кобалт се разграждат по -бързо при повишени температури [15].
2. Размер и чистота на зърното
Ултрафин волфрамов карбид прахове (<1 µm) за по -ниски температури, но изискват прецизен контрол, за да се избегне растежът на зърното [23]. Примеси като желязо или органични остатъци, въведени по време на смилане, могат да дестабилизират структурата, което води до дефекти като порьозност или пукнатини [49].
3. Окислително устойчивост
Над 600 ° С, волфрамов карбид окислява във въздуха, образувайки волфрамов триоксид (WO₃) и въглероден диоксид (CO₂). Това ограничава използването му в богати на кислород среди с висока температура [5] [25]. Защитните покрития или инерционните газови среди често се изискват за смекчаване на окисляването в критични приложения [44].
Индустриални приложения, използващи висока точка на топене
1. Инструменти за рязане и сондиране
Волфрамовите карбидни накрайници на битовете на свредлото и струговете поддържат острота дори при температури над 1000 ° C, намалявайки износването при високоскоростна обработка [10]. Твърдостта му позволява прецизно рязане на материали като стомана, титан и композити, постигащи повърхностни завършвания до RA 0,1 µm [13].
Волфрамов карбиден свредло
2. Изследване на добив и петрол
Сондажните глави, покрити с WC и оборудването за раздробяване, издържат на абразивни скални образувания и екстремни налягания при сондиране на дълбокотозем [2]. В нефтената и газовата промишленост клапаните, покрити с карбид, и компонентите на помпата работят надеждно при температури до 500 ° C, въпреки че по-високите температури рискуват деградацията на окисляване, предизвикано от окисляване [5] [46].
3. Аерокосмически компоненти
Турбинните остриета и части на двигателя, покрити с волфрамов карбид, издържат на температури до 1800 ° C в реактивни двигатели [2]. Термичната стабилност на материала осигурява минимална деформация по време на цикли на бързо нагряване, от решаващо значение за компонентите на космически кораби за многократна употреба [46].
4. Устойчиви на износване покрития
Спръскането на кислородно гориво с висока скорост (HVOF) прилага волфрамови карбидни покрития към индустриални машини, удължавайки живота на компонента с 3–5x [44]. Например, ролерите на хартиените мелници, покрити с WC, показват 10 пъти по -дълъг обслужващ живот в сравнение с неподвижна стомана [14].
5. Автомобилни иновации
Снежни гуми, обсипани с карбид, и високоефективни части на двигателя (напр. Коляновите валове, топковите фуги) използват устойчивостта на износване на WC при екстремни температури [43] [48]. Рециклираният волфрамов карбид все повече се използва за намаляване на разходите, като същевременно поддържа издръжливост [43].
Предизвикателства при обработката с висока температура
1. Техники за синтероване
Волфрамовите карбидни прахове се притискат и синаят при 1,400–1,600 ° С, използвайки синтероване с течна фаза. Кобалтът действа като свързващо вещество, образувайки плътна, сплотена структура [47]. Въпреки това, постигането на пълна плътност без растеж на зърното остава предизвикателство за ултра фини прахове (<100 nm) поради бързата скорост на дифузия [51].
2. Трудности при обработката
Поради своята твърдост, WC може да бъде изрязан или полиран само с Diamond Tools [24]. Електрическата обработка на разряда (EDM) или лазерното рязане са алтернативи, но увеличават производствените разходи с 30–50% в сравнение с конвенционалните методи [28] [50].
3. Загриженост за околната среда и разходите
Извличането на волфрамове и рециклирането генерира замърсители, включително остатъци от кобалт и емисии на CO₂ [48]. Строгите регулации и нарастващите разходи за суровини придвижват търсенето на методи за устойчиво производство, като безпристрастни волфрамови карбиди (BTC) [47].
Иновации и бъдещи посоки
1. Свързване без волфрамов карбид (BTC)
BTC елиминира кобалтовите свързващи вещества, засилвайки високотемпературната стабилност и устойчивост на корозия. Въпреки това, постигането на плътни структури изисква усъвършенствани техники за синтероване като Spark Plasma Sintering (SPS), което намалява времето за обработка с 80% в сравнение с конвенционалните методи [47].
2. Производство на добавки
3D отпечатването на волфрамов карбид дава възможност за сложни геометрии (напр. Вътрешни канали за охлаждане) преди това недостижими с прахова металургия [52]. Предизвикателствата включват оптимизиране на прахообразността на прах и минимизиране на порьозността в отпечатаните части [48].
3. Наноструктурирани покрития
Нанокристалните WC покрития (<100 nm размер на зърното) подобряват твърдостта с 20% и устойчивост на износване с 35%, удължавайки продължителността на аерокосмическото и медицинските компоненти [44] [51].
Заключение
Точката на топене на волфрамов карбид от 2,785–2,830 ° C го прави незаменим в приложения, изискващи топлинна устойчивост и механична якост. Въпреки че не може да съответства на екстремната топлинна устойчивост на чистата волфрама, съставната му структура балансира твърдостта от практичността. Иновациите в синтероването, производството на добавки и наноструктурираните покрития продължават да разширяват използването му в аерокосмическото пространство, енергия и производство, втвърдявайки ролята си на крайъгълен камък на съвременната индустрия.
Често задавани въпроси
1. Как точката на топене на волфрамов карбид се сравнява с диаманта?
Диамантеният сублимира при ~ 3600 ° C, по -висок от точката на топене на WC. WC обаче е по-малко крехка и по-рентабилна за индустриалните инструменти [6] [30].
2. Може ли волфрамовият карбид да издържи продължителното излагане на високи температури?
Да, но само в инертна среда. Окисляването над 600 ° С влошава свойствата му [5] [25].
3. Защо кобалтът се добавя към волфрамовия карбид?
Кобалтът (6–12%) действа като свързващо вещество, подобрявайки здравината и намалявайки температурите на синтероване [15] [49].
4. Рециклируем ли е волфрамов карбид?
Да. Скрап Wc се възстановява чрез химически или механични процеси, намалявайки отпадъците [7] [43].
5. Волфрамовият карбид се стопява при пожар в къщата?
Не. Типичните домашни пожари достигат ~ 1100 ° C, далеч под точката на топене на WC [6] [55].
Цитати:
[1] https://www.samaterials.com/content/application-of-nungsten-in-modern-industry.html
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide-powder
[4] https://www.ctia.com.cn/en/news/37034.html
[5] https://www.jinhangmachinery.com/news/what-is-theperature-fimit-of-industrial-tungsten-carbide-rollers-rollers
[6] https://www.retopz.com/57-crequency-asked-questions-faqs-about thungsten-carbide/
[7] https://www.tungstenworld.com/pages/faq
[8] https://www.carbide-usa.com/top-5-uses-for-nungsten-carbide/
[9] https://titanintl.com/projects/tungsten-carbide/
[10] https://www.sollex.se/en/blog/post/about-cemented-nungsten-carbide-applications-part-1
[11] https://www.aemmetal.com/news/tungsten-vs-nungsten-carbide-guide.html
[12] https://www.tungco.com/insights/blog/5-nungsten-carbide-applications/
[13] https://pistentool.fr/what-is-tungsten-carbide-and-its-applications/
[14] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/use.html
[15] https://www.samaterials.com/tungsten-carbide-cobalt-an-overview.html
[16] https://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten_carbide
[17] https://almonty.com/tungsten-history/
[18] https://www.azom.com/article.aspx?articleid=1203
[19] https://int-enviroguard.com/blog/tungsten-carbide-exposure-are-your-workers-at-risk/
[20] https://www.reddit.com/r/3dprinting/comments/sirbv4/issues_extruding_with_tungsten_carbide/
[21] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/carbide-defects.html
[22] http://www.sciencemadness.org/talk/viewthread.php?tid=160296
[23] https://www.linkedin.com/pulse/common-problems-reasons-compacting thunungsten-carbide-shijin-lei
[24] https://industrialmetalservice.com/metal-university/the-challenges-of-nungsten-machining/
[25] http://news.chinatungsten.com/en/tungsten-video/46-nungsten-news-en/tungsten-information/103284-ti-13048.html
[26] https://ojs.bonviewpress.com/index.php/aaes/article/view/915
[27] https://www.calnanocorp.com/nanotechnologies-news-corner/precision-redefined-the-role-off-tungsten-carbide-dies-in-industry
[28] https://yizemould.ru/en/problems-andnovaczii-v-obrabotke-detalej-iz-karbida-volframa/
[29] https://www.linkedin.com/pulse/tungsten-carbide-market-future-trends-solutions-industry-fib5f/
[30] https://consolidatedresources.com/blog/10-facts-about-nungsten-carbide/
[31] https://www.tungstenringscenter.com/faq
[32] https://www.bladeforums.com/threads/tungsten-carbide-question.524307/
[33] https://www.larsonjewelers.com/pages/tungsten-rings-pos-cons-facts-myths
[34] https://www.eng-tips.com/threads/question-regarding-nungsten-carbide-brazing.293005/
[35] https://www.menstungstenonline.com/frequency-asked-questions.html
[36] https://www.practicalmachinist.com/forum/threads/carbide-vs-tungsten-carbide-in-tool-realm.336544/
[37] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/
[38] https://unbreakableman.co.za/pages/all-about-nungsten-carbide-faq
[39] https://tuncomfg.com/about/faq/
[40] https://www.reddit.com/r/metallurgy/comments/ub4dg9/question_about_tungsten_carbide_toxicity/
[41] https://www.tungstenworld.com/pages/tungsten-news-common-questions-about thungsten
[42] https://www.linkedin.com/pulse/five-nungsten-carbide-application-linda-tian
[43] https://www.carbide-usa.com/use thungsten-carbide-automotive-industry/
[44] https://shop.machinemfg.com/tungsten-carbide-coating-custrective-guide/
[45] https://eurobalt.net/blog/2022/03/28/all-the-applications-of-nungsten-carbide/
[46] https://www.carbide-usa.com/tungsten-carbide-in-the-aerospace-industry/
[47] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc777085/
[48] https://www.carbide-products.com/blog/machining-nungsten-carbide/
[49] https://patents.google.com/patent/us4356034a/en
[50] https://www.mtb2b.tw/en/articles/182
[51] https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=a6358a8974def1c11d50ef3732cf6f2813f7181b
[52] https://www.carbide-part.com/blog/machining-tungsten-carbide/
[53] https://www.thermalspray.com/questions-nungsten-carbide/
[54] http://www.machinetoolrecyclers.com/rita_hayworth.html
[55] https://tungstentitans.com/pages/faqs
[56] https://www.tungstenrepublic.com/tungsten-carbide-rings-faq.html
[57] https://eternaltungsten.com/frequency-asked-questions-faqs
[58] https://www.tungstenringsco.com/faq
