Μενού περιεχομένου
● Εισαγωγή σε τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου
>> Οπτική αναπαράσταση της δομής καρβιδίου τσιμεντοκύμητου βολφραμίου
● Σύνθεση και δομή
>> Κύρια συστατικά
>> Φάσεις σε τσιμεντοειδές καρβίδιο
● Παρασκευαστική διαδικασία
>> 1. Προετοιμασία σκόνης
>> 2. Μίξη και άλεση
>> 3. Συμπίεση
>> 4.
>> 5. Φινίρισμα
● Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες
● Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
>> Φόντα
>> Μειονεκτήματα
● Εφαρμογές καρβιδίου τσιμέντου βολφραμίου
>> Εργαλεία κοπής
>> Μέρη ανθεκτικών στη φθορά
>> Καλούπια και μήτρες
>> Πυρομαχικά
● Τύποι και βαθμοί τσιμεντοποιημένου καρβιδίου βολφραμίου
● Σύναψη
● Συχνές ερωτήσεις
>> 1. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του καρβιδίου βολφραμίου και του καθαρού καρβιδίου βολφραμίου;
>> 2. Πώς κατασκευάζεται το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου;
>> 3. Γιατί το κοβάλτιο χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό σε τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου;
>> 4. Ποιες είναι οι κύριες εφαρμογές του τσιμεντοποιημένου καρβιδίου βολφραμίου;
>> 5. Ποιοι είναι οι περιορισμοί του τσιμεντοποιημένου καρβιδίου βολφραμίου;
● Αναφορές:
Το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου είναι ένα σύνθετο υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές εφαρμογές, ειδικά για εργαλεία κοπής, ανθεκτικά σε φθορά εξαρτήματα και καλούπια. Συνδυάζει την ακραία σκληρότητα των σωματιδίων καρβιδίου βολφραμίου με την ανθεκτικότητα ενός μεταλλικού συνδετικού υλικού, τυπικά κοβαλτίου, για να δημιουργήσει ένα υλικό που είναι τόσο σκληρό όσο και ανθεκτικό. Αυτό το άρθρο διερευνά τη σύνθεση, τη διαδικασία κατασκευής, τις ιδιότητες, τις εφαρμογές και τα πλεονεκτήματα του τσιμεντοειδούς Carbide βολφραμίου , υποστηριζόμενο από λεπτομερείς εξηγήσεις και επεξηγηματικές εικόνες.
Εισαγωγή σε τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου
Το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου, συχνά απλά ονομάζεται τσιμεντοειδές καρβίδιο ή σκληρό μέταλλο, είναι ένα σύνθετο μεταλλικό μήτρα. Αποτελείται από τα σωματίδια καρβιδίου βολφραμίου (WC) που τσιμεντοποιούνται από ένα μεταλλικό συνδετικό υλικό, συνήθως κοβάλτιο (CO). Αυτή η δομή είναι ανάλογη με το σκυρόδεμα, όπου το χαλίκι συγκρατείται από το τσιμέντο. Τα σωματίδια του καρβιδίου παρέχουν σκληρότητα και αντίσταση στη φθορά, ενώ ο συνδετήρας προσθέτει ανθεκτικότητα και αντοχή στην κρούση, εξισορροπώντας τη συνολική απόδοση του υλικού [1] [3] [10].
Οπτική αναπαράσταση της δομής καρβιδίου τσιμεντοκύμητου βολφραμίου
Σύνθεση και δομή
Κύρια συστατικά
- Καρβίδιο βολφραμίου (WC): Η σκληρή φάση, συνήθως 70% έως 97% κατά βάρος, παρέχει εξαιρετική σκληρότητα και αντίσταση στη φθορά. Το καρβίδιο του βολφραμίου έχει ένα πολύ υψηλό σημείο τήξης (~ 2900 ° C) και είναι εξαιρετικά σκληρό, κατατάσσεται περίπου 9 στην κλίμακα MOHS [1] [9] [10].
- COBALT (CO): Η φάση του συνδετικού υλικού, συνήθως 3% έως 30%, συγκρατεί τους κόκκους καρβιδίου, παρέχοντας αντοχή και αντίσταση στο κάταγμα [1] [10].
- Άλλα καρβίδια: Μερικές φορές το καρβίδιο του τιτανίου (TIC), το καρβίδιο του ταντάλου (TAC) ή το καρβίδιο Niobium (NBC) προστίθενται για να βελτιώσουν συγκεκριμένες ιδιότητες όπως η αντοχή στη διάβρωση ή η ανθεκτικότητα [1] [10].
Φάσεις σε τσιμεντοειδές καρβίδιο
- α-φάση (άλφα): κόκκοι καρβιδίου βολφραμίου.
- β-φάση (βήτα): μεταλλικό συνδετικό υλικό (κοβάλτιο ή εναλλακτικές λύσεις).
- γ-φάση (γάμμα): άλλα καρβίδια όπως το Tic ή το TAC όταν υπάρχει [10].
Παρασκευαστική διαδικασία
Η παραγωγή καρβιδίου τσιμεντοκύρυιου βολφραμίου περιλαμβάνει αρκετά βασικά βήματα:
1. Προετοιμασία σκόνης
Η σκόνη βολφραμίου αναμιγνύεται με μαύρο άνθρακα και αλέθονται για να εξασφαλίσουν ομοιομορφία. Αυτό το μίγμα είναι καρκινικό σε υψηλές θερμοκρασίες (1300-1600 ° C) για να σχηματίσει σκόνη καρβιδίου βολφραμίου [2].
2. Μίξη και άλεση
Η σκόνη καρβιδίου βολφραμίου αναμειγνύεται με σκόνη κοβαλτίου και άλλα πρόσθετα σε ένα μύλο σφαίρας για να επιτευχθεί ένα ομοιογενές μίγμα [2] [8].
3. Συμπίεση
Το μείγμα σκόνης πιέζεται στο επιθυμητό σχήμα χρησιμοποιώντας καλούπια ή μήτρες.
4.
Το συμπιεσμένο σχήμα θερμαίνεται σε περίπου 1400-1500 ° C σε φούρνο πυροσυσσωμάτωσης. Κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης, το συνδετικό υλικό του κοβαλτίου λιώνει και δεσμεύει τους κόκκους καρβιδίου βολφραμίου μαζί, συρρικνώνοντας τον όγκο κατά περίπου 50% και σχηματίζοντας ένα πυκνό, στερεό σύνθετο [1] [8] [10].
5. Φινίρισμα
Τα πυροσυσσωρευμένα μέρη είναι αλεσμένα, στριμωγμένα ή γυαλισμένα για να επιτευχθούν ακριβείς διαστάσεις και φινίρισμα επιφάνειας [8] [10].
Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες
| Ιδιότητα |
Τογονιασμένη σύγκριση καρβιδίου βολφραμίου |
(χάλυβα υψηλής ταχύτητας) |
| Σκληρότητα |
69-81 HRC |
Χαμηλότερα (συνήθως 60 HRC max) |
| Δύναμη συμπίεσης |
~ 6000 MPa |
Πολύ χαμηλότερος |
| Ελαστικό μέτρο |
~ 550-735 GPA |
~ 200 GPA |
| Θερμική αγωγιμότητα |
~ 84 w/m · k |
Χαμηλότερος |
| Συντελεστής θερμικής διαστολής |
~ 5.8 μm/m · k |
Άνω |
| Φορούν αντίσταση |
Εξαιρετικά υψηλό |
Μέτριος |
| Σκληρότητα |
Μέτρια (εξαρτάται από το περιεχόμενο CO) |
Υψηλότερο αλλά λιγότερο σκληρό |
| Πυκνότητα |
~ 15 g/cm³ |
~ 7,8 g/cm³ (ατσάλι) |
Το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου είναι εξαιρετικά σκληρό και ανθεκτικό στη φθορά, δεύτερη μόνο στο Diamond σε σκληρότητα. Διατηρεί σκληρότητα σε αυξημένες θερμοκρασίες (έως 900-1000 ° C) και αντιστέκεται στη διάβρωση και την οξείδωση καλύτερα από πολλά μέταλλα [4] [5] [9].
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Φόντα
- Εξαιρετική σκληρότητα και αντίσταση στη φθορά: Ιδανικό για εργαλεία κοπής και φθορά εξαρτήματα.
- Υψηλή αντοχή και ελαστικό μέτρο: διατηρεί τη σταθερότητα διαστάσεων υπό τάση.
- Θερμική σταθερότητα: Διατηρεί σκληρότητα σε υψηλές θερμοκρασίες.
- Διάβρωση και αντίσταση οξείδωσης: κατάλληλη για σκληρά περιβάλλοντα.
- Μεγάλη ζωή εργαλείων: Τα εργαλεία κοπής διαρκούν 5 έως 80 φορές μεγαλύτερη από τα εργαλεία χάλυβα υψηλής ταχύτητας [4] [5] [6].
Μειονεκτήματα
- Βρετανότητα: χαμηλότερη σκληρότητα σε σύγκριση με τους χάλυβες. επιρρεπής σε τσιμπήματα υπό κρούση.
- Κόστος: ακριβό λόγω περιεχομένου βολφραμίου και κοβαλτίου.
- Δυσκολία επεξεργασίας: Απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό όπως τροχούς λείανσης διαμαντιών για κατεργασία [5].
Εφαρμογές καρβιδίου τσιμέντου βολφραμίου
Εργαλεία κοπής
Το τσιμεντοειδές καρβίδιο του βολφραμίου είναι το υλικό επιλογής για εργαλεία κοπής μετάλλων, όπως τρυπάνια, κόπτες φρεζαρίσματος, εργαλεία τόρνου και ένθετα. Επιτρέπει ταχύτερες ταχύτητες κατεργασίας και καλύτερες επιφανειακές φινιρίσματα σε σύγκριση με τον χάλυβα υψηλής ταχύτητας [1] [12].
Μέρη ανθεκτικών στη φθορά
Χρησιμοποιείται στην εξόρυξη, την κατασκευή και την κατασκευή για εξαρτήματα που εκτίθενται σε τριβή, όπως κομμάτια γεώτρησης βράχου, εργαλεία σύνθλιψης και πλάκες φθοράς [5] [9].
Καλούπια και μήτρες
Χρησιμοποιείται ευρέως σε καλούπια κρύων εργασιών, πεθαίνει η μεταλλουργία σε σκόνη και η εξώθηση πεθαίνει λόγω της αντοχής της φθοράς και της σταθερότητας των διαστάσεων [6] [5].
Πυρομαχικά
Χρησιμοποιείται σε βλήματα με θωράκιση λόγω της υψηλής πυκνότητας και της σκληρότητας του [12].
Τύποι και βαθμοί τσιμεντοποιημένου καρβιδίου βολφραμίου
Τα καρβίδια τσιμέντου ταξινομούνται με βάση το μέγεθος των κόκκων και την περιεκτικότητα σε κοβάλτιο:
| Χαρακτηριστικά |
(μm ) |
κοβαλτίου |
περιεχομένου |
| Υπομικρό |
<1 |
6-12 |
Πολύ σκληρή, υψηλή αντοχή στη φθορά |
| Πρόστιμο |
1-3 |
6-12 |
Ισορροπημένη σκληρότητα και σκληρότητα |
| Μέσον |
3-5 |
10-15 |
Καλή σκληρότητα, μέτρια σκληρότητα |
| Τραχύς |
> 5 |
15-30 |
Υψηλότερη σκληρότητα, χαμηλότερη σκληρότητα |
Οι ειδικοί βαθμοί περιλαμβάνουν ανθεκτικά σε διάβρωση καρβίδια με κρατικά συνδετικά (π.χ. νικέλιο, χρωμίου) για σκληρά περιβάλλοντα [3] [7] [10].
Σύναψη
Το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου είναι ένα αξιοσημείωτο μηχανικό υλικό που συνδυάζει τη σκληρότητα του καρβιδίου βολφραμίου με την ανθεκτικότητα ενός μεταλλικού συνδετικού υλικού, τυπικά κοβάλτιο. Οι μοναδικές του ιδιότητες καθιστούν απαραίτητη τα εργαλεία κοπής, τα ανθεκτικά σε φθορά, τα καλούπια και ακόμη και τα πυρομαχικά. Παρά την ευγένεια και το κόστος του, η ανώτερη αντίσταση φθοράς, η θερμική σταθερότητα και η δύναμη εξασφαλίζουν ότι παραμένει ένα κρίσιμο υλικό στις σύγχρονες κατασκευαστικές και βιομηχανικές εφαρμογές. Οι πρόοδοι στη μεταλλουργία και την επιστήμη των υλικών σε σκόνη συνεχίζουν να ενισχύουν την απόδοσή της, να διευρύνουν τις εφαρμογές της και να βελτιώνουν την αποδοτικότητα του κόστους.
Συχνές ερωτήσεις
1. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του καρβιδίου βολφραμίου και του καθαρού καρβιδίου βολφραμίου;
Το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου είναι ένα σύνθετο υλικό όπου τα σωματίδια καρβιδίου βολφραμίου συνδέονται με ένα μεταλλικό συνδετικό υλικό (συνήθως κοβάλτιο), ενώ το καθαρό καρβίδιο βολφραμίου είναι ένα κεραμικό υλικό ενός φάσης. Το συνδετικό υλικό προσθέτει σκληρότητα και μειώνει την ευγένεια [1] [10].
2. Πώς κατασκευάζεται το τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου;
Είναι κατασκευασμένο από την ανάμειξη σκόνης καρβιδίου βολφραμίου με σκόνη κοβαλτίου, συμπιέζει το μίγμα σε σχήμα και την πυροσυσσωμάτωση σε υψηλές θερμοκρασίες για να συγχωνεύσει τα σωματίδια σε ένα πυκνό, στερεό σύνθετο [2] [8] [10].
3. Γιατί το κοβάλτιο χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό σε τσιμεντοειδές καρβίδιο βολφραμίου;
Το κοβάλτιο παρέχει ανθεκτικότητα και ολκιμότητα στο κατά τα άλλα εύθραυστο καρβίδιο βολφραμίου, βελτιώνοντας την αντίσταση στην κρούση και τη συνολική ανθεκτικότητα του σύνθετου υλικού [1] [10].
4. Ποιες είναι οι κύριες εφαρμογές του τσιμεντοποιημένου καρβιδίου βολφραμίου;
Χρησιμοποιείται κυρίως σε εργαλεία κοπής, ανθεκτικά σε φθορά εξαρτήματα, καλούπια, μήτρες και πυρομαχικά με θωράκιση λόγω της σκληρότητας και της αντοχής της φθοράς [1] [5] [12].
5. Ποιοι είναι οι περιορισμοί του τσιμεντοποιημένου καρβιδίου βολφραμίου;
Οι κύριοι περιορισμοί του είναι η ευγένεια, η ευαισθησία στο τσίμπημα υπό κρούση, το υψηλό κόστος και η ανάγκη εξειδικευμένου εξοπλισμού για κατεργασία και φινίρισμα [5].
Αναφορές:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/cement_carbide
[2] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-.html
[3] https://www.kennametal.com/us/en/products/carbide-wear-parts/fluid-handling-and-flow-control/separation-solutions-for-centrifuge-machines/tungsten-carbide-materials.html
[4] https://www.zzsinocarbide.com/faq.html
[5] https://www.everloy-cemented-carbide.com/en/column/782/
[6] https://huanatools.com/cemented-carbide-grades-properties-and-uses/
[7] https://www.youtube.com/watch?v=i5wcxox5p6s
[8] https://www.zgcccarbide.com/news/
[9] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[10] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/cemented-carbide/
[11] https://www.sanalloy.co.jp/en/q_a/
[12] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[13] https://www.rydmetcarbide.com/faq/
[15] https://www.nittan.co.jp/en/products/hard_metal_008_031.html
[16] https://www.azom.com/article.aspx?articleId=1203
[17] https://www.youtube.com/watch?v=65lakakqte4
[18] https://www.ceratizit.com/int/en/company/passion-for-cemented-carbide-/cement-carbide.html
[19] https://www.articlecube.com/tungsten-carbide--carbide-and-carbide-whats-difference
[20] https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/cement-carbide
[21] https://oricus-semicon.com/materials/cemented-carbide/
[22] https://huanatools.com/wp-content/uploads/2021/06/3n8a0944.jpg?sa=x&ved=2ahukewjo38klvnqmaxxqfdqihb-qpq4q_b16bagbeai
[23] https://www.psmindustries.com/yillik/tungsten-carbide-manufacturing-process
[24] https://www.hyperionmt.com/globalassets/new-images/all-about-cemented-carbide/cemtented-carbide-production-process.png?sa=X&ved=2ahUKEwiFpMaLvNqMAxXeslYBHYsXE9sQ_B16BAgLEAI
[25] https://www.ceratizit.com/int/en/company/passion-for-cemented-carbide-/production.html
[26] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[27] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[28] https://techlinkcenter.org/technologies/cemented-carbide-material-on-tungsten-carbide-and-ron-alloy/6cec005f-afc3-40ba-8341-1d1b70ada0b7
[29] https://www.istockphoto.com/photos/carbide-tools
[30] https://stock.adobe.com/search/images?k=carbide+cutting
[31] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide?page=2
[32] https://www.shutterstock.com/search/cemented-carbide
[33] https://www.heattreattoday.com/an-overview-of-bemed-carbide-stinering/
[34] https://www.ceratizit.com/int/en/sustainability/blog/2021/blogposting-cemented-carbide.html
[35] https://www.istockphoto.com/photos/cemented-carbide
[36] https://www.youtube.com/watch?v=dkfuzvbtts0
[37] https://www.shutterstock.com/search/carbide-cutting-tools
[38] https://guestools.com/et/cemented-carbide-vs-tungsten-carbide/
[39] https://www.everloy-cemented-carbide.com/en/knowledge/faq.html
[40] https://www.generalcarbide.com/wp-content/uploads/2019/04/generalcarbide-designers_guide_tungstencarbide.pdf
[41] https://guestools.com/da/cemented-carbide-vs-tungsten-carbide/
[42] https://www.youtube.com/watch?v=i5wcxox5p6s
[43] https://www.carbidetek.com/faqs/
[44] https://www.practicalmachinist.com/forum/threads/carbide-question.86468/post-164612
[45] https://www.sandvik.coromant.com/en-us/services/recycling/faq-carbide-recycling
[46] https://www.sundicuttingtools.com/news/technology-articles/cemented-carbide-cutting-tool-material-summary/
[47] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/
[48] https://www.samaterials.com/content/cemented-carbide-vs-tungsten-steel.html
[49] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
[50] https://todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works--tungsten-carbide-cutting-tools/
[51] https://www.alamy.com/stock-photo/carbide-end-mill.html
[52] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[53] https://ceramics.org/ceramic-tech-today/tungsten-carbide-made-easy-vovernment-industry-academia-investigate-additively-factureging-carbide-parts/
