کاربید تنگستن چقدر متراکم است؟

منوی محتوا

● ترکیب و خصوصیات

● فرآیند تولیدی

● برنامه های کاربید تنگستن

● مزایای کاربید تنگستن

● محدودیت کاربید تنگستن

● پایان

● سؤالات متداول درباره کاربید تنگستن

>> 1. چه چیزی باعث می شود کاربید تنگستن اینقدر متراکم باشد؟

>> 2. چگالی کاربید تنگستن با فولاد چگونه مقایسه می شود؟

>> 3. چه عواملی بر چگالی کاربید تنگستن سیمان تأثیر می گذارد؟

>> 4. چگالی کاربید تنگستن در کدام صنایع مفیدترین است؟

>> 5. آیا می توان چگالی کاربید تنگستن را برای برنامه های خاص اصلاح کرد؟

● استنادها:

کاربید تنگستن یک ترکیب شیمیایی است که شامل قسمت های مساوی اتم های تنگستن و کربن است [4] [9]. در ابتدایی ترین شکل خود ، کاربید تنگستن یک پودر خاکستری ریز است ، اما می توان آن را از طریق فرآیندی به نام Sintering برای استفاده در ماشین آلات صنعتی ، ابزارهای برش ، ساینده ها ، پوسته های زره ​​پوش و جواهرات به شکل ها فشار داد و به شکل شکل داد. این ماده فوق العاده سخت و متراکم با طیف گسترده ای از برنامه ها به دلیل خاصیت منحصر به فرد آن است [11] [5].

ترکیب و خصوصیات

کاربید تنگستن (WC) یک ماده سرامیکی است ، به طور خاص یک کاربید سیمانی ، که در آن دانه های کاربید تنگستن توسط یک اتصال فلزی ، به طور معمول کبالت به هم پیوند می خورند [1]. خواص یک 'درجه ' خاص کاربید با ترکیب آن ، توزیع اندازه دانه های کاربید تنگستن پس از پخت ، نوع و محتوای فلز چسبان ، کیفیت مواد اولیه مورد استفاده و طرز کار که با آن مواد ساخته می شود ، تعیین می شود.

تراکم:

چگالی یا گرانش خاص ، وزن در واحد حجم یک کاربید سیمانی است که در گرم در هر سانتی متر مکعب (g/cm3) اندازه گیری می شود [1]. این در اصل میانگین وزنی تراکم تمام اجزای موجود در محصول است [1]. برای نمرات حاوی فقط کاربید تنگستن و یک فلز اتصال دهنده ، با افزایش محتوای فلز باند سبک تر ، چگالی کامپوزیت کاهش می یابد [1]. چگالی کاربید تنگستن تقریباً 14.6 گرم در سانتی متر مکعب است که بیشتر از سرب (11.3 گرم در سانتی متر مکعب) است [5]. کاربید تنگستن دارای چگالی 14.500 کیلوگرم در متر مکعب ، دو برابر چگالی فولاد است [7].

سختی:

سختی مقاومت یک کاربید سیمانی در برابر نفوذ توسط یک الماس با یک بار خاص است [1]. این مقیاس در مقیاس Rockwell A (Ra) در ایالات متحده و در مقیاس Vickers (HV10 یا HV30) در اروپا و جاهای دیگر اندازه گیری می شود [1]. سختی در درجه اول تابعی از ترکیب و اندازه دانه است ، با محتویات فلزی باند بالاتر و کاربید تنگستن درشت [1]. برعکس ، محتوای چسبان کم و اندازه دانه ریز مقادیر سختی بالایی را ایجاد می کند [1]. سختی به طور مستقیم با مقاومت ساینده ساینده مرتبط است [1]. کاربید تنگستن دارای سختی Mohs 9-9.5 است که فقط به الماس دوم است [7]. کاربید تنگستن فوق العاده سخت است ، با سختی Mohs 9 تا 9.5 و تعداد ویکرز تقریباً 2600 [10].

قدرت پارگی عرضی (TRS):

TRS اندازه گیری استحکام کششی یک کاربید سیمانی در یک تست خمش سه نقطه است [1]. در واحدهای پوند یا هزاران پوند در هر اینچ مربع یا در نیوتون در هر میلی متر مربع (n/mm2) گزارش شده است [1]. TRS شاید بهترین اندازه گیری از ابزار نسبی دسته های تولید فردی باشد زیرا از یک حجم معقول استفاده می کند [1]. محصولاتی که دارای مقادیر TRS نسبتاً بالا هستند ، معمولاً در جایی که شوک ، ضربه یا عدم موفقیت در اثر شکستگی عوامل هستند ، اعمال می شوند [1].

تخلخل باقیمانده:

تخلخل باقیمانده با بررسی بصری سطح صیقلی یک نمونه سنگی در بزرگنمایی 100x یا 200 برابر تعیین می شود [1]. رتبه بندی برای تخلخل نوع 'A ' (منافذ کمتر از 10 میکرون قطر) ، تخلخل نوع 'B ' (منافذ بزرگتر از 10 میکرون به قطر) و 'C ' تخلخل نوع (اجزاء کربن) با مقایسه اندازه و فرکانس های هر نوع منافذ تعیین می شود [1]. هر عکس استاندارد با یک امتیاز عددی همراه است که برای نشان دادن سطح تخلخل در نمونه استفاده می شود [1]. به طور کلی ، با افزایش سطح تخلخل باقیمانده ، قدرت و چقرمگی لبه کاهش می یابد [1]. در سطح بالایی از تخلخل ، مقاومت سایش محصول نیز ممکن است تحت تأثیر منفی قرار بگیرد [1].

اشباع مغناطیسی:

اشباع مغناطیسی درجه ای است که اتصال دهنده فلزی در کاربید سیمانی با کربن اشباع می شود [1]. این ماده برای موادی که دارای اتصال دهنده کبالت هستند مفید است [1]. برای محتوای کبالت شناخته شده ، مقادیر اشباع مغناطیسی نشان می دهد که کاربید سیمان حاوی کربن چقدر کربن است [1]. اشباع مغناطیسی گاهی اوقات به عنوان شاخصی از استحکام نسبی در بین تعداد زیادی درجه خاص استفاده می شود [1].

نیروی اجباری:

نیروی اجباری استحکام میدان مغناطیسی مورد نیاز برای تغییر شکل یک نمونه کاربید سیمانی کاملاً مغناطیسی است [1]. نیروی اجباری به طور معمول در Oersteds اندازه گیری می شود [1]. اندازه گیری نیروی اجباری به عوامل زیادی از جمله ترکیب ، توزیع اندازه دانه سینتر و سطح تخلخل باقیمانده بستگی دارد [1].

سایر خصوصیات:

کاربید تنگستن دارای دمای ذوب بالا 2870 درجه سانتیگراد (5200 درجه فارنهایت) و دمای جوش بالاتر 6000 درجه سانتیگراد (10830 درجه فارنهایت) است [10]. کاربید تنگستن تقریباً دو برابر سفت (مدول بالا از کشش) به عنوان فولاد است [4]. کاربید تنگستن مقاومت در برابر ضربه بسیار بالایی دارد و برای یک ماده بسیار سخت و سفت و سخت از استحکام بسیار بالایی برخوردار است [4]. مقاومت فشاری بالاتر از همه فلزات ذوب شده و ریخته گری یا جعلی و آلیاژها است [4]. با افزایش دما تا 1400 درجه فارنهایت ، کاربید تنگستن بخش اعظم سختی دمای اتاق خود را حفظ می کند [4].

فرآیند تولیدی

کاربید تنگستن با گرم کردن فلز تنگستن و کربن تا 1400 درجه سانتیگراد - 2000 درجه سانتیگراد ساخته می شود [10]. یک روش بستر مایع با دمای پایین که ترکیبی از فلز تنگستن فلزی یا آبی WO 3 است [10]. کاربید خالص تنگستن بسیار شکننده است که به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرد: باید با یک فلز دیگر ترکیب شود [5]. یک فرآیند پخت با درجه حرارت بالا برای ترکیب شیمیایی کاربید تنگستن با مقادیر کوچک و دقیقاً کنترل شده نیکل برای تشکیل یک کامپوزیت ماتریس فلزی پیشرفته استفاده می شود [5]. می توان آن را از طریق فرآیندی به نام Sintering برای استفاده در ماشین آلات صنعتی ، ابزارهای برش ، ساینده ها ، پوسته های زره ​​پوش و جواهرات به شکل ها فشار داد و به شکل شکل گرفت.

برنامه های کاربید تنگستن

خصوصیات منحصر به فرد و خصوصیات استثنایی Tungsten Carbide آن را به عنوان ماده مورد نظر برای بسیاری از برنامه های مختلف تبدیل می کند [11]. تحمل زیاد آن برای گرما و فشار منجر به استفاده از آن در ماشین آلات حساس عملکرد در طول سالها شده است و به آرامی راه خود را به زندگی روز عادی می رساند [9]. استفاده از کاربید تنگستن متنوع است و یک موضوع مفرد از استحکام در تمام صنایع وجود دارد [9]. استفاده از کاربید تنگستن با نیاز به دیدن طول عمر یک برنامه خاص همراه است [9].

ابزارهای برش:

کاربید تنگستن اغلب در ساخت ابزارهای برش مانند مته ها ، برش های فرز ، شیر ، چرخ های برش و تیغه های اره استفاده می شود [13]. کاربید این ابزارها را به سختی و مقاومت در برابر سایش می دهد و به آنها امکان می دهد مواد مشکل دار مانند فولاد ، تیتانیوم و کاربید تنگستن را برش دهند [13]. این ماده به طور گسترده ای برای ابزارهای چرخش با سرعت بالا استفاده می شود [6].

قطعات مقاوم در برابر سایش:

از کاربید تنگستن نیز برای ساخت قطعاتی که در معرض فشارهای زیاد قرار دارند ، مانند موارد موجود در نفت و گاز ، معدن و پالپ و صنایع کاغذی استفاده می شود [13]. کاربید به این قسمت ها مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر خوردگی و عمر طولانی می دهد [13].

هوافضا و حمل و نقل هوایی: صنایع هوافضا و هواپیمایی از پوشش های کاربید تنگستن برای محافظت از اجزای موتور مهم در برابر سایش استفاده می کنند [2]. این پوشش ها روی تیغه های توربین ، مهر و موم های کمپرسور و اجزای دنده فرود که در آن قابلیت اطمینان مهم است استفاده می شود [2]. توانایی مواد در حفظ استحکام و یکپارچگی خود در استرس شدید و شرایط فرسایش ، آن را برای محافظت از سخت افزار در برابر فرسایش ، سایش و آسیب دیدگی ایده آل می کند [2]. همچنین می تواند به عنوان مواد هوافضا استفاده شود [6].

تولید نفت و گاز:

صنعت نفت و گاز از پوشش های کاربید تنگستن برای محافظت از تجهیزات حفاری و اجزای تولید استفاده می کند [2]. این روکش ها عمر بیت های مته ، ساقه دریچه و اجزای پمپ را که در محیط های ساینده و پر فشار کار می کنند ، افزایش می دهد [2]. مقاومت در برابر سایش استثنایی مواد و قابلیت های محافظت از خوردگی به حفظ یکپارچگی تجهیزات در عملیات حفاری چاه عمیق که در آن هزینه های جایگزینی بسیار زیاد است ، کمک می کند [2].

تولید و پردازش صنعتی:

عملیات تولیدی از ابزارهای پوشیده از کاربید تنگستن بهره می برد و اجزای سایش را در برنامه های سازنده و پردازش فلز می پوشاند [2]. این ماده به ویژه در ابزارهای برش بسیار ارزشمند است ، جایی که سختی و مقاومت در برابر سایش آن به طور قابل توجهی عمر خدمات را در عملیات ماشینکاری با سرعت بالا گسترش می دهد [2]. فرمولاسیون پیشرفته پودر کاربید تنگستن از کیفیت پوشش مداوم در طول تولید بزرگ اطمینان می دهد [2]. در عین حال ، تجهیزات پردازش صنعتی ، مانند میکسر ، اکسترودر و اجزای کنترل مواد ، از پوشش های کاربید تنگستن برای مقاومت در برابر ساینده ساینده و حفظ تحمل دقیق استفاده می کنند [2]. عملکرد برتر Tungsten Carbide در برنامه های تولید مستقیماً به کاهش خرابی و بهبود کارآیی عملیاتی ترجمه می شود [2].

تولید برق:

امکانات تولید برق از پوشش های کاربید تنگستن برای محافظت از اجزای مهم در سیستم های انرژی معمولی و تجدید پذیر استفاده می کند [2]. این پوشش ها اجزای توربین را از فرسایش ناشی از بخار ، ذرات و گازهای درجه حرارت بالا محافظت می کنند [2]. مقاومت در برابر سایش این ماده به حفظ عملکرد کارآمد در کاربردهای بخار و توربین گازی کمک می کند [2].

ساخت و ساز:

کاربید تنگستن معمولاً در مصالح ساختمانی مانند اره و بیت های مته مورد استفاده قرار می گیرد زیرا تقریباً غیرقابل شکست است [11]. ساخت و ساز نیاز به استفاده از ابزارهایی با استحکام و چقرمگی بالا دارد تا بتواند در برابر موادی که اکثر سازه ها را تشکیل می دهند ، مقاومت کنند [11]. موادی مانند سیمان و آسفالت برای نفوذ چالش برانگیز هستند و به یک تیغه یا بیت مخصوصاً بادوام و قوی نیاز دارند ، مانند مواد ساخته شده از کاربید تنگستن [11].

برنامه های دیگر:

- ابزارهای قالب گیری تزریق [13]

- مواد ساختاری کوره کوره [6]

- اجزای موتور جت [6]

- مواد Cermet [6]

- عناصر گرمایش مقاومت [6]

- ذوب های ذوب شده برای فلزاتی مانند مس ، کبالت و بیسموت [6]

- فیلم های نیمه هادی مقاوم به سایش [6]

- Tipping Trekking یا قطب های اسکی [12]

- Cleats [12]

- تولید وزن ماهیگیری [12]

- جواهرات [9] [12]

- ابزارهای جراحی [11]

- صنعت معدن و حفاری [9]

مزایای کاربید تنگستن

- سختی زیاد: کاربید تنگستن فوق العاده سخت است و به آن اجازه می دهد در برابر سایش و سایش در برنامه های خواستار مقاومت کند [1] [7].

- چگالی بالا: چگالی بالا آن ثبات و مقاومت بسیار خوبی در برابر تغییر شکل در بارهای سنگین را فراهم می کند [1] [7].

- استحکام بالا: کاربید تنگستن دارای قدرت فشاری بالایی است و باعث می شود آن را برای برنامه های کاربردی که شامل فشار و استرس بالا است مناسب باشد [4].

- مقاومت دما: سختی و استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می کند و آن را در محیط های درجه حرارت بالا ارزشمند می کند [4].

- تطبیق پذیری: کاربید تنگستن را می توان به شکل ها و اندازه های مختلفی شکل داد و امکان طیف گسترده ای از برنامه ها را در صنایع مختلف فراهم می کند [4].

محدودیت کاربید تنگستن

- شکنندگی: کاربید تنگستن می تواند شکننده باشد ، به این معنی که مستعد ابتلا به ترک یا شکستگی تحت تأثیر یا استرس کششی است [5].

- هزینه: هزینه کاربید تنگستن در مقایسه با سایر مواد می تواند نسبتاً زیاد باشد ، که ممکن است استفاده از آن در برخی از برنامه ها را محدود کند [4].

- واکنش شیمیایی: کاربید تنگستن با فلوئور در دمای اتاق به شدت واکنش نشان می دهد و هنگام گرم شدن در هوا به اکسید تنگستن اکسیده می شود [6].

- تخلخل باقیمانده: با افزایش سطح تخلخل باقیمانده ، استحکام لبه و چقرمگی کاهش می یابد [1].

پایان

کاربید تنگستن به عنوان ماده ای از چگالی و سختی استثنایی شناخته می شود و آن را در صنایع بی شماری ضروری می کند [5] [7]. ترکیب منحصر به فرد آن از خواص ، از جمله مقاومت در برابر سایش زیاد ، پایداری دما و تطبیق پذیری ، استفاده از آن را در برنامه های خواستار اعم از ابزارهای برش گرفته تا اجزای هوافضا امکان پذیر می کند [2] [13]. در حالی که محدودیت هایی از قبیل شکنندگی و هزینه دارد ، مزایای کاربید تنگستن اغلب از این اشکالات بالاتر است و از اهمیت مداوم آن در مهندسی و تولید اطمینان می دهد [1] [4]. با پیشرفت فناوری ، تلاش های تحقیقاتی و توسعه در حال انجام با هدف تقویت خواص آن ، گسترش برنامه های خود و بهینه سازی فرآیندهای تولید آن ، تقویت نقش آن به عنوان یک ماده حیاتی در صنعت مدرن است [2] [9].

سؤالات متداول درباره کاربید تنگستن

1. چه چیزی باعث می شود کاربید تنگستن اینقدر متراکم باشد؟

کاربید تنگستن متراکم است زیرا حاوی قسمتهای مساوی اتم های تنگستن و کربن است و تنگستن یک عنصر سنگین است [4]. پیوندهای شیمیایی قوی بین اتم های تنگستن و کربن به چگالی بالا آن کمک می کند [4]. چگالی کاربید تنگستن تقریباً 14.6 گرم در سانتی متر مکعب است که بیشتر از سرب (11.3 گرم در سانتی متر مکعب) است [5].

2. چگالی کاربید تنگستن با فولاد چگونه مقایسه می شود؟

کاربید تنگستن دارای چگالی 14.500 کیلوگرم در متر مکعب ، دو برابر چگالی فولاد است [7]. این چگالی بالاتر باعث می شود کاربید تنگستن پایدارتر و مقاوم در برابر تغییر شکل در زیر بارهای سنگین در مقایسه با فولاد باشد [7].

3. چه عواملی بر چگالی کاربید تنگستن سیمان تأثیر می گذارد؟

چگالی کاربید تنگستن سیمانی تحت تأثیر ترکیب آن ، به ویژه محتوای فلز باند سبک تر است [1]. با افزایش محتوای فلز چسب ، چگالی کلی کامپوزیت کاهش می یابد [1].

4. چگالی کاربید تنگستن در کدام صنایع مفیدترین است؟

چگالی بالای کاربید تنگستن به ویژه در صنایعی مانند هوافضا ، نفت و گاز و ساخت و ساز مفید است [2] [11]. در این بخش ها ، ثبات و مقاومت مواد در برابر تغییر شکل در زیر بارهای سنگین برای اطمینان از ماندگاری و کارآیی ابزارها و مؤلفه ها بسیار مهم است [2] [11].

5. آیا می توان چگالی کاربید تنگستن را برای برنامه های خاص اصلاح کرد؟

در حالی که چگالی ذاتی کاربید تنگستن یک خاصیت ثابت است ، چگالی کلی یک کامپوزیت کاربید تنگستن را می توان با تغییر نوع و محتوای فلز اتصال دهنده اصلاح کرد [1]. این به مهندسان این امکان را می دهد تا خواص مواد را متناسب با نیازهای خاص برنامه های مختلف تنظیم کنند [1].

استنادها:

[1] http://www.tungsten-carbide.com.cn/tungsten-carbide-properties.html

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

[3] https://www.allied-matial.co.jp/fa/techinfo/tungsten_carbide/use.html

[4] https://material-properties.org/tungsten-carbide-denctiv-hardness-melting-point/

[5] https://wolframslides.com/about_tungsten_carbide.php

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

[7] https://www.gardnermetals.com/what-is-tungsten-carbide/

[8] https://www.matweb.com/search/datasheet.aspx؟matguid=8FA3Fe2085314D6E8111Be60ADE2B03&CKCK=1

[9] https://eurobalt.net/blog/2022/03/28/all-the-applications-of-tungsten-carbide/

[10] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/

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

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

[13] https://www.sollex.se/fa/blog/post/about-cemented-tungsten-carbide-applications-part-1