سختی کاربید تنگستن چیست؟

منوی محتوا

● تعریف سختی در علم مواد

● معیارهای سختی کاربید تنگستن

>> 1. سختی Mohs

>> 2. سختی ویکرز

>> 3 سختی راکول

● عوامل مؤثر بر سختی کاربید تنگستن

>> اندازه دانه

>> 2. درصد چسبنده کبالت

>> 3 فرآیند تولید

● علم پشت سختی کاربید تنگستن

>> 1 ساختار کریستالی

>> 2. پیوند کووالانسی

>> 3. شخصیت فلزی

>> 4. پیکربندی الکترون

● برنامه های کاربردی با استفاده از سختی کاربید تنگستن

>> 1. ابزارهای برش

>> 2. اجزای مقاوم در برابر سایش

>> 3 جواهرات

>> 4. هوافضا و دفاع

>> 5. ابزارهای پزشکی

● کاربید تنگستن در مقابل سایر مواد سخت

>> 1 الماس

>> 2. کاربید سیلیکون (sic)

>> 3 تیتانیوم

>> 4. نیترید بور مکعب (CBN)

>> 5. آلومینا (AL2O3)

● چالش ها و محدودیت های کاربید تنگستن

>> 1

>> 2. هزینه

>> 3. مشکلات پردازش

>> 4. نگرانی های زیست محیطی

● تحولات آینده در فناوری کاربید تنگستن

>> 1. WC نانوساختار

>> 2. مواد کامپوزیت

>> 3 پوشش پیشرفته

>> 4. تولید افزودنی

● پایان

● متداول

>> 1. سختی Mohs از کاربید تنگستن چیست؟

>> 2. چگونه سختی کاربید تنگستن اندازه گیری می شود؟

>> 3. آیا کاربید تنگستن الماس را خراش می دهد؟

>> 4. چرا محتوای کبالت بر سختی تأثیر می گذارد؟

>> 5. آیا کاربید تنگستن در محصولات مصرفی استفاده می شود؟

● استنادها:

Tungsten Carbide (WC) یکی از سخت ترین مواد مهندسی شده موجود است که به دلیل دوام و مقاومت استثنایی در برابر سایش مشهور است. این ترکیب ، که با اتصال اتم های تنگستن و کربن تشکیل شده است ، صنایع مختلفی را از تولید تا جواهرات متحول کرده است. سختی آن تنها در دوم الماس است و آن را برای کاربردهای استرس بالا ضروری می کند. در این مقاله به سختی در مورد سختی کاربید تنگستن ، روشهای اندازه گیری آن ، عوامل مؤثر بر عوامل ، برنامه ها و مقایسه با سایر مواد.

تعریف سختی در علم مواد

سختی به مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل دائمی ، خراش یا تورفتگی اشاره دارد. برای کاربید تنگستن ، این خاصیت بسیار مهم است زیرا عملکرد آن را در محیط های ساینده تعیین می کند. مقیاس های متداول برای اندازه گیری سختی شامل موارد زیر است:

- مقیاس MOHS: یک مقیاس نظم کیفی (1-10) با مقایسه مقاومت معدنی با خراش.

- ویکرز سختی (HV): مقاومت در برابر تورفتگی را با استفاده از هرم الماس اندازه گیری می کند.

- Rockwell Hardness (HRA ، HRC): عمق نفوذ را در زیر بارهای خاص تعیین می کند.

معیارهای سختی کاربید تنگستن

1. سختی Mohs

کاربید تنگستن در مقیاس Mohs ، دقیقاً زیر الماس (10) در رتبه 9-9.5 قرار دارد. این کار را از بیشتر فولادها (4-8.5) و سرامیک هایی مانند آلومینا (9) سخت تر می کند.

2. سختی ویکرز

با استفاده از یک الماس الماس ، کاربید تنگستن بسته به اندازه دانه و محتوای کبالت ، 1500-22،600 HV را نشان می دهد. نمرات ریز دانه با چسب کبالت کم (3-6 ٪) به بالاترین سختی می رسند.

3 سختی راکول

کاربید تنگستن به طور معمول 88-94 HRA را در مقیاس Rockwell اندازه گیری می کند ، قابل مقایسه با فولادهای ابزار سخت شده اما با مقاومت در برابر سایش برتر.

عوامل مؤثر بر سختی کاربید تنگستن

اندازه دانه

- دانه های ریز (0.2-0.8 میکرومتر): سختی بالاتر به دلیل کاهش فاصله بین دانه ای.

- دانه های درشت (> 1 میکرومولار): چقرمگی بهبود یافته اما سختی کمتری ، ایده آل برای کاربردهای ضربه سنگین مانند مته های معدن.

2. درصد چسبنده کبالت

- کبالت کم (3-6 ٪): سختی را به حداکثر می رساند اما شستشو را افزایش می دهد.

- کبالت بالا (10-20 ٪): چقرمگی را با هزینه سختی تقویت می کند.

3 فرآیند تولید

- دمای پخت: درجه حرارت بالاتر (1400-1،600 درجه سانتیگراد) چگالی و سختی را بهینه می کند.

- درمان های پس از زایمان: پوشش هایی مانند تیتانیوم نیترید (قلع) بیشتر سختی سطح را بهبود می بخشد.

علم پشت سختی کاربید تنگستن

درک سختی استثنایی کاربید تنگستن نیاز به تغییر ساختار اتمی و مکانیسم های پیوند آن دارد. خصوصیات منحصر به فرد این ماده ناشی از ترکیبی از عوامل است:

1 ساختار کریستالی

کاربید تنگستن یک ساختار کریستالی بسته بندی شده شش ضلعی (HCP) را تشکیل می دهد. این ترتیب امکان بسته بندی کارآمد اتم ها را فراهم می کند و به چگالی و سختی بالا آن کمک می کند.

2. پیوند کووالانسی

پیوندهای کووالانسی قوی بین اتم های تنگستن و کربن یک شبکه سفت و سخت ایجاد می کند که در برابر تغییر شکل است. این اوراق قرضه جهت دار و بومی شده است و قدرت استثنایی را ارائه می دهد.

3. شخصیت فلزی

در حالی که در درجه اول کووالانسی است ، کاربید تنگستن نیز برخی از خصوصیات پیوند فلزی را نشان می دهد. این ترکیب در مقایسه با مواد صرفاً کووالانسی مانند الماس ، چقرمگی آن را تقویت می کند.

4. پیکربندی الکترون

پیکربندی الکترونی تنگستن (5d^4 6S^2) امکان هیبریداسیون قوی با الکترونهای کربن را فراهم می کند و پیوندهای پایدار و سفت و سخت ایجاد می کند که به سختی مواد کمک می کند.

برنامه های کاربردی با استفاده از سختی کاربید تنگستن

1. ابزارهای برش

- آسیاب های انتهایی ، بیت های مته و درج ها لبه های تیز را حتی در دماهای بالا حفظ کرده و باعث کاهش سایش ابزار می شوند.

- مقایسه:

مواد (HV)	سختی	مقاومت در برابر سایش
HSS	800-900	کم
سرامیک	1200-1،800	معتاد
WC	1.500-2،600	شدید

2. اجزای مقاوم در برابر سایش

- تجهیزات معدن (نکات مته ، صفحات شستشو) در برابر تماس با سنگی ساینده مقاومت کنید.

- نازل ها و دریچه های صنعتی مایعات فرسایش را تحمل می کنند.

3 جواهرات

- گروههای عروسی به دلیل مقاومت در برابر خراش ، به طور نامحدود لهستانی را حفظ می کنند.

4. هوافضا و دفاع

سختی کاربید تنگستن باعث می شود در برنامه های هوافضا و دفاعی بسیار ارزشمند باشد:

- دورهای زره پوش: هسته های WC قابلیت های نفوذ را تقویت می کنند.

- پوشش های تیغه توربین: مقاومت در برابر فرسایش در موتورهای جت را بهبود بخشید.

- مؤلفه های فضاپیما: در برابر اثرات میکرومترییت و بقایای فضایی مقاومت کنید.

5. ابزارهای پزشکی

زیست سازگاری و سختی کاربید تنگستن آن را برای کاربردهای مختلف پزشکی مناسب می کند:

- ابزارهای جراحی: تیغه های پوست سر و نکات سوزن وضوح را حفظ می کنند.

- دریل های دندانپزشکی: برش دقیق مینای دندان و عاج.

- ایمپلنت های ارتوپدی: تعویض مفصل مقاوم در برابر سایش.

کاربید تنگستن در مقابل سایر مواد سخت

1 الماس

- سختی: الماس (10 Mohs) در مقابل WC (9-9.5 MOHS).

- مورد استفاده: الماس برای برش فوق العاده دقیق ؛ WC برای دوام مقرون به صرفه.

2. کاربید سیلیکون (sic)

- سختی: SIC (9.5 MOHS) در مقابل WC (MOHS 9-9.5).

- ثبات حرارتی: SIC در محیط های درجه حرارت بالا برتری دارد.

3 تیتانیوم

- سختی: تیتانیوم (6 MOHS) در مقابل WC (9 MOHS).

- دوام: WC از تیتانیوم در مقاومت در برابر سایش بهتر عمل می کند.

4. نیترید بور مکعب (CBN)

- سختی: CBN (9.5 MOHS) در مقابل WC (MOHS 9-9.5).

- برنامه: CBN به دلیل ثبات شیمیایی آن برای ماشینکاری فولادهای سخت شده ترجیح داده می شود.

5. آلومینا (AL2O3)

- سختی: آلومینا (9 مه) در مقابل WC (9-9.5 MOHS).

- هزینه: آلومینا اقتصادی تر اما سخت تر از WC است.

چالش ها و محدودیت های کاربید تنگستن

علی رغم سختی استثنایی ، کاربید تنگستن با برخی از چالش ها روبرو است:

1

سختی زیاد اغلب با افزایش شکنندگی ارتباط دارد. WC می تواند تحت تأثیر ناگهانی ، به ویژه در نمرات کم کابل ، تراشه یا شکستگی را تراشه یا شکستگی کند.

2. هزینه

تنگستن یک فلز نسبتاً نادر است و WC را نسبت به بسیاری از مواد جایگزین گران تر می کند.

3. مشکلات پردازش

سختی زیاد WC باعث شکل گیری و ماشینکاری محصول نهایی به چالش کشیده می شود ، که اغلب به تکنیک های تخصصی مانند ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) نیاز دارد.

4. نگرانی های زیست محیطی

معدن و پردازش تنگستن می تواند تأثیرات زیست محیطی داشته باشد و بازیافت محصولات WC برای پایداری ضروری است.

تحولات آینده در فناوری کاربید تنگستن

تحقیقات همچنان به افزایش خواص و کاربردهای کاربید تنگستن ادامه می دهد:

1. WC نانوساختار

توسعه کاربید تنگستن نانوکریستالی می تواند ضمن حفظ سختی ، سختی را بهبود بخشد.

2. مواد کامپوزیت

ترکیب WC با سایر مواد سخت مانند الماس یا CBN ممکن است پیشرفت های هم افزایی در عملکرد ایجاد کند.

3 پوشش پیشرفته

پوشش های چند لایه و تکنیک های رسوب جدید با هدف تقویت خصوصیات سطح ابزارها و اجزای WC.

4. تولید افزودنی

چاپ سه بعدی قطعات کاربید تنگستن می تواند هندسه های پیچیده و خصوصیات مواد سفارشی را فراهم کند.

پایان

سختی بی نظیر تنگستن کاربید ناشی از ساختار کریستالی متراکم شش ضلعی و فرآیندهای تولید بهینه است. با داشتن امتیاز MOHS 9-9.5 و سختی ویکرز تا 2600 HV ، از بیشتر فلزات و سرامیک در کاربردهای ساینده بهتر است. تعادل سختی با سختی از طریق اندازه دانه و تنظیمات اتصال دهنده امکان راه حل های مناسب برای صنایعی مانند هوافضا ، معدن و جواهرات را فراهم می کند. با پیشرفت فناوری ، کاربید تنگستن همچنان سنگ بنای مهندسی با کارایی بالا است و تحقیقات مداوم نویدبخش توانایی های بیشتری در آینده است.

متداول

1. سختی Mohs از کاربید تنگستن چیست؟

کاربید تنگستن در مقیاس Mohs 9-9.5 را در رده های 9-9.5 قرار می دهد و آن را سخت تر از فولاد و کمی نرم تر از الماس می کند.

2. چگونه سختی کاربید تنگستن اندازه گیری می شود؟

روشهای متداول شامل ویکرز (HV) ، راکول (HRA) و تست های Knoop است که از الماس های الماس برای ارزیابی مقاومت استفاده می کنند.

3. آیا کاربید تنگستن الماس را خراش می دهد؟

شماره الماس (10 MOHS) سخت تر است و می تواند کاربید تنگستن را خراش دهد ، اما WC اغلب به دلیل قیمت مناسب برای برش یا الماس های لهستانی استفاده می شود.

4. چرا محتوای کبالت بر سختی تأثیر می گذارد؟

کبالت بالاتر با ایجاد یک ماتریس اتصال دهنده نرم بین دانه های WC ، سختی را کاهش می دهد. نمرات کم کابل (3-6 ٪) سختی را در اولویت قرار می دهد.

5. آیا کاربید تنگستن در محصولات مصرفی استفاده می شود؟

بله برنامه های متداول شامل جواهرات ، موتورهای لرزش تلفن های هوشمند و اجزای ساعت بالا است.

استنادها:

[1] https://www.allied-matial.co.jp/fa/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-formative-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-frequely-asked-questions-faqs-about-tungsten-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-prade-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-matial-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-bits

[23] https://www.hyperionmt.com/en/resource/materials/emented-carbide/emented-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-tungsten-carbide/

[29] https://www.ruihantools.com/technic-data/understanding--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--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/frequely-asked-questions-faqs

[42] https://www.menstungstenonline.com/frequely-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-matial.co.jp/fa/techinfo/tungsten_carbide/features.html

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

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