Sisältövalikko
● Johdanto volframikarbidiin
● Kuinka vaikea on volframikarbidi?
>> Mohs -kovuusasteikko
● Materiaalit kovemmin kuin volframikarbidi
>> 1. Timantti
>> 2. kuutiometriä boorinitride (CBN)
>> 3. boorikarbidi
>> 4. Muut superhard -materiaalit
● Vertaileva kovuus taulukko
● Miksi volframikarbidi on niin kovaa?
>> Kovuuteen vaikuttavat tekijät
● Kovuustiede: mittaus ja ymmärtäminen
>> Kovuustestien tyypit
>> Kovuus vs. sitkeys
● Volframikarbidin ja kovempien materiaalien sovellukset
>> Volframikarbidi
>> Timantti
>> Kuutioboorinitridi
>> Boorikarbidi
● Rajoitukset ja kompromissit
>> Tekniikan tasapaino
● Viimeaikaiset edistysaskeleet superhard -materiaaleissa
>> Wurtzite boorinitride
>> Aggregoidut timanttien nanorodit
>> Reniumdiboridi
● Johtopäätös
● UKK: usein kysyttyjä kysymyksiä
>> 1. Mikä on volframikarbidin mohs -kovuus?
>> 2. Onko mitään vaikeampaa kuin volframikarbidi?
>> 3. Miksi Diamondia ei käytetä kaikkiin leikkaustyökaluihin, jos se on vaikein?
>> 4. Kuinka kuutiometriä boorinitridi verrataan volframikarbidiin?
>> 5. Mitkä tekijät vaikuttavat volframikarbidin kovuuteen?
● Viittaukset:
Volframikarbidia juhlitaan toimialojen keskuudessa sen poikkeuksellisen kovuuden, kestävyyden ja kulumisvastuksen vuoksi. Mutta onko mitään vaikeampaa kuin volframikarbidi? Tässä kattavassa artikkelissa tutkitaan kovuuden tiedettä, vertaa volframikarbidi muihin superhard -materiaaleihin ja selittää missä kukin materiaali on erinomainen. Matkan varrella löydät havainnollistavia kaavioita ja taulukoita näiden käsitteiden visualisoimiseksi.
Johdanto volframikarbidiin
Volframikarbidi (WC) on kemiallinen yhdiste, joka koostuu yhtä suurista osista volframi- ja hiiliatomeista. Perusmuodossaan se on hieno harmaa jauhe, mutta se puristetaan usein ja sintrataan kiinteisiin muotoihin käytettäväksi työkaluissa ja koneissa. Sen ainutlaatuinen kovuuden, sitkeyden ja kulumiskestävyyden yhdistelmä tekee siitä välttämättömän teollisuudessa kaivostoiminnasta valmistukseen.
Kuinka vaikea on volframikarbidi?
Mohs -kovuusasteikko
Mohs -asteikko luokittelee mineraalit kyvynsä raaputtaa toisiaan, yhdestä (talkki) 10: een (timantti).
- Volframikarbidi: 9–9,5 MOHS -asteikolla.
- Vickers -kovuus: 2400–3000 HV.
- Rockwell -kovuus (HRA): 89–95 HRA (noin 69–81 HRC).
Tämä asettaa volframikarbidin juuri timantin alle, vaikeimmin tunnettu luonnollinen materiaali.
Materiaalit kovemmin kuin volframikarbidi
Vaikuttavasta kovuudestaan huolimatta useat materiaalit ylittävät volframikarbidin:
1. Timantti
- Mohs -kovuus: 10
- Vickers -kovuus: jopa 10 000 HV
- Kuvaus: vaikeimmin tunnettu luonnollinen materiaali, joka koostuu hiiliatomista tetraedrisessa hilassa.
- Sovellukset: Leikkaus, hiominen, poraus, korut.
2. kuutiometriä boorinitride (CBN)
- Mohs -kovuus: 9,5–10
- Vickers -kovuus: jopa 4800 HV
- Kuvaus: Synteettinen materiaali, toiseksi vain timantti kovuudella, mutta paremmalla kemiallisella stabiilisuudella korkeissa lämpötiloissa.
- Sovellukset: Karkattujen teräksien, hioma -aineiden leikkaustyökalujen leikkaaminen.
3. boorikarbidi
- Mohs -kovuus: 9.5
- Vickers -kovuus: 2900–3800 HV
- Kuvaus: Erittäin kova keraaminen, kolmanneksi vaikeimmin tunnettu materiaali.
- Sovellukset: panssari, hioma, neutronien absorboiva.
4. Muut superhard -materiaalit
- Rhenium diboride (reb₂): synteettinen, mohs ~ 9,5
- Wurtzite -boorinitridi: synteettinen, potentiaalisesti kovempi kuin timantti tietyissä olosuhteissa.
Vertaileva kovuus taulukko
| Materiaali |
MOHS HENKILÖSTÄ |
VICKERS -kovuus (HV) |
Tyypilliset käyttötapaukset |
| Timantti |
10 |
jopa 10 000 |
Leikkaus, hioma, korut |
| Kuutioboorinitridi |
9,5–10 |
jopa 4800 |
Leikkaus kovetettua terästä, hionta |
| Boorikarbidi |
9.5 |
2900–3800 |
Panssari, hioma, ydinsovellukset |
| Volframikarbidi |
9–9,5 |
2400–3000 |
Leikkaustyökalut, kaivos-, pukeutumisosat |
| Alumiinioksidi (al₂o₃) |
9 |
1200–1800 |
Keramiikka, sähköeristimet |
| Kovettu |
7–8,5 |
800–900 |
Työkalut, koneen osat |
Miksi volframikarbidi on niin kovaa?
Volframikarbidin kovuus on seurausta sen ainutlaatuisesta atomirakenteesta:
- Kristallirakenne: kuusikulmainen läheinen pakattu (HCP) hila.
- Sidos: Volframin ja hiiliatomien väliset vahvat kovalenttiset sidokset muodostavat jäykän, vakaan hilan, joka kestää muodonmuutoksia.
- Tiheys: Suuri tiheys (15,6 g/cm³), edistäen sen kestävyyttä.
Kovuuteen vaikuttavat tekijät
- Viljan koko: Hienommat jyvät lisäävät kovuutta, mutta vähentävät sitkeyttä.
- Sideainepitoisuus: Alempi koboltti -sideaine lisää kovuutta, mutta voi tehdä materiaalista hauraampi.
- Sintrausprosessi: korkeammat lämpötilat ja optimoidut ajat parantavat tiheyttä ja kovuutta.
Kovuustiede: mittaus ja ymmärtäminen
Kovuus on monimutkainen ominaisuus, joka voidaan mitata monin tavoin. Se viittaa yleensä materiaalin vastustuskykyyn muodonmuutokselle, naarmuuntumiselle tai sisennykselle.
Kovuustestien tyypit
- Mohs -kovuus: laadullinen, naarmuuntumisen perusteella.
- Vickers -kovuus: Kvantitatiivinen, mittaa timanttipyramidin jättämän sisennyksen koon tunnetun voiman alla.
- Rockwell -kovuus: Mittaa tunkeutumisen syvyys kuorman alla.
Jokainen testi tarjoaa erilaisia oivalluksia. Teollisuussovelluksissa Vickers ja Rockwell ovat tarkempia ja toistettavissa kuin MOHS.
Kovuus vs. sitkeys
On tärkeää erottaa kovuus ja sitkeys. Kovuus on vastus naarmuuntumiseen tai sisennykseen, kun taas sitkeys on kyky absorboida energiaa ja vastustaa murtumista. Esimerkiksi lasi on kova, mutta ei kova - se särkyi helposti. Volframiekarbidi tasapainottaa suurta kovuutta hyödyllisellä sitkeydellä, mikä tekee siitä käytännöllisemmän kuin timantti monille sovelluksille.
Volframikarbidin ja kovempien materiaalien sovellukset
Volframikarbidi
- Leikkaustyökalut: Poraa bitit, päätymyllyt, sahat.
- Kaivostoiminta: porausvinkit, murskauslevyt.
- Teollisuuskoneet: suuttimet, venttiilit, kulutuskestävät osat.
- Korut: Sormukset, katsella naarmukestävyyden vuoksi.
Timantti
- Teollisuusleikkaus ja hionta: timanttikarttaiset sahat ja jauhatuspyörät.
- Hioma: kiillotus ja liputus.
- Elektroniikka: Jäähdytyselementit, puolijohteet.
Kuutioboorinitridi
- Koneiden kovettuneet teräkset: Auto- ja ilmailualan leikkaustyökalut.
- Hioma: jauhamispyörät tarkkuus koneistusta varten.
Boorikarbidi
- Kehon panssari: Kevyt, luodinkestävät liivit.
- Hioma: laiskutus ja kiillottaminen kovien materiaalien.
- Ydinteollisuus: Neutronien absorboijastanko.
Rajoitukset ja kompromissit
Vaikka kovuus on arvokasta, ultrakarvalla materiaalilla on usein kompromisseja:
- Haureus: Kovammat materiaalit, kuten timantti ja CBN, voivat olla hauraampia kuin volframikarbidi, mikä tekee niistä alttiita sirulle iskun alla.
- Kustannukset: Diamond ja CBN ovat huomattavasti kalliimpia tuottaa kuin volframikarbidi.
- Konettavuus: Erittäin kovia materiaaleja on vaikea muotoilla ja viimeistely, mikä vaatii usein erikoistuneita laitteita.
- Lämpövakaus: Diamond, vaikka se on erittäin kova, reagoi raudan kanssa korkeissa lämpötiloissa rajoittaen sen käyttöä teräskoneissa.
Tekniikan tasapaino
Insinöörien on tasapainotettava kovuus sitkeyden, kustannusten ja muiden ominaisuuksien kanssa. Esimerkiksi volframikarbidi valitaan usein sen kovuuden ja sitkeyden yhdistelmäksi, kun taas Diamond on varattu sovelluksille, joissa suurin kovuus on välttämätöntä ja kustannukset ovat perusteltuja.
Viimeaikaiset edistysaskeleet superhard -materiaaleissa
Materialtiede jatkaa kovuuden rajojen työntämistä. Viimeaikaiset tutkimukset ovat tuottaneet uusia synteettisiä materiaaleja, jotka kilpailevat tai jopa ylittävät timantin tietyissä olosuhteissa.
Wurtzite boorinitride
- Rakenne: samanlainen kuin timantti, mutta boori- ja typpiatomeilla.
- Mahdollisuus: Äärimmäisessä paineessa Wurtzite -boorinitridi voi ylittää timantin kovuuden.
- Sovellukset: edelleen suurelta osin kokeellinen, mutta lupaava tuleville leikkaus- ja hiomatyökaluille.
Aggregoidut timanttien nanorodit
- Kuvaus: synteettiset nanokiteiset timantit, joiden kovuus on suurempi kuin luonnollinen timantti.
- Merkitys: Nämä materiaalit tuotetaan äärimmäisissä paineissa, ja niissä on ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten korkeampi sisennyskestävyys.
Reniumdiboridi
- Löytö: Ensimmäinen syntetisoitu 2000 -luvun alkupuolella.
- Ominaisuudet: Kovuus lähellä CBN: tä, jolla on erinomainen konettavuus verrattuna timanttiin.
- Mahdolliset käytöt: Korkean pukeutumisen ja leikkaustyökalut.
Nämä edistykset voivat jonain päivänä johtaa uusiin työkalujen ja komponenttien sukupolviin, jotka ylittävät nykyiset materiaalit kovuuden ja kestävyyden suhteen.
Johtopäätös
Volframikarbidi on yksi vaikeimmin suunnitelluista materiaaleista, joiden mohs -kovuus on 9–9,5, mikä tekee siitä korvaamattoman sovelluksille, jotka vaativat äärimmäistä kulumiskestävyyttä ja kestävyyttä. Useat materiaalit - etenkin timantti, kuutiometriä boorinitridi ja boorikarbidi - ovat kuitenkin vielä vaikeampia. Jokainen näistä materiaaleista löytää kapeansa, tasapainottaa kovuutta, sitkeyttä, kustannuksia ja muita kiinteistöjä tietyille teollisuustarpeille.
Materiaalin kovuuden hierarkian ymmärtäminen on välttämätöntä oikean työkalun tai komponentin valitsemiseksi vaativiin ympäristöihin. Materiaalitieteen kehityksen myötä jatkamme löytämistä ja insinöörien aineita, jotka työntävät rajat kovuuden ja suorituskyvyn suhteen.
UKK: usein kysyttyjä kysymyksiä
1. Mikä on volframikarbidin mohs -kovuus?
Volframikarbidin mohs -kovuus on 9–9,5, asettamalla se juuri timantin alapuolelle ja tekemällä siitä yhden vaikeimmista teollisuudessa käytetyistä materiaaleista.
2. Onko mitään vaikeampaa kuin volframikarbidi?
Kyllä. Diamond (MOHS 10), kuutiometrin boorinitridi (MOHS 9,5–10) ja boorikarbidi (MOHS 9,5) ovat kaikki vaikeampia kuin volframikarbidi.
3. Miksi Diamondia ei käytetä kaikkiin leikkaustyökaluihin, jos se on vaikein?
Timantti on kallista, voi olla kemiallisesti reaktiivinen raudan kanssa korkeissa lämpötiloissa ja on hauras. Volframikarbidi tarjoaa paremman kovuuden, sitkeyden ja kustannusten tasapainon monille sovelluksille.
4. Kuinka kuutiometriä boorinitridi verrataan volframikarbidiin?
Kuutiometriä boorinitridi on vaikeampaa ja kemiallisesti stabiilia korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä ihanteellisen kovettuneiden terästen leikkaamiseen. Se on kuitenkin kalliimpaa ja vähemmän kovaa kuin volframikarbidi.
5. Mitkä tekijät vaikuttavat volframikarbidin kovuuteen?
Viljakoko, sideainepitoisuus (tyypillisesti koboltti) ja sintrausolosuhteet vaikuttavat kaikki volframikarbidin kovuuteen. Hienommat jyvät ja alhaisempi sideainepitoisuus lisää kovuutta, mutta voivat vähentää sitkeyttä.
Viittaukset:
.
[2] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
.
.
.
[6] https://cowseal.com/tungsten-vs-turngsten-carbide/
.
.
[9] https://www.carbide-part.com/blog/tungsten-carbide-hardness-vs-diamond/
[10] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-hardness.html
[11] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
.
[13] https://www.bladeforums.com/threads/carbide-hardness-chart.1705186/
[14] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[15] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+carbide
[16.
[17] http://www.chinatungsten.com/cutting-tools/grades-and-performance/hardness-comparison-table.html
[18.
[19.
[20] https://carbosystem.com/en/tungsten-carbide/
[21] http://www.carbdetechnologies.com/faqs/
[22] https://cowseal.com/carbide-vs-steel/
.
[24] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[25] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[26] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide
[27] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[28] https://cowseal.com/tungsten-vs-turngsten-carbide/
[29] https://www.mdpi.com/2075-4701/11/12/2035
[30] https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1237216/fulltext01.pdf
