Izbornik sadržaja
● Uvod
● Što je volfram karbid?
>> Ključna svojstva volframovog karbida
● Što je boron karbid?
>> Ključna svojstva boron karbida
● Usporedna tvrdoća: Volfram karbid vs boron karbid
>> Vaga tvrdoće
>> Izravna usporedba
● Mehanička i fizička svojstva
>> Gustoća
>> Jačina
>> Toplinska svojstva
● Prijave i slučajevi upotrebe
>> Volfram karbid
>> Boron karbid
● Razmatranja proizvodnje i troškova
>> Proizvodnja
>> Koštati
>> Stroj i obrada
● Ograničenja i izazovi
>> Volfram karbid
>> Boron karbid
● Razmatranja okoliša i sigurnosti
>> Volfram karbid
>> Boron karbid
● Budući trendovi u SuperHard Materijalima
● Vizualne usporedbe
>> Tablica: Ključne razlike na prvi pogled
● FAQ: Top 5 povezana pitanja
>> 1. Koja je glavna prednost boron karbida nad volframinom karbidom?
>> 2. Zašto se volfram -karbid preferira za rezanje alata?
>> 3. Je li boron karbid krhkiji od volfram karbida?
>> 4. Može li se bilo koji materijal koristiti za nakit?
>> 5. Koji je materijal skuplji i zašto?
● Navodi:
Kada su u pitanju materijali visokih performansi koji se koriste za rezanje alata, oklopa i industrijske primjene, Volfram karbid i boron karbid dva su od najpoznatijih imena. Oboje se slave zbog svoje ekstremne tvrdoće, ali koja je uistinu teže? Ovaj sveobuhvatni članak istražuje znanost, svojstva, aplikacije i ključne razlike između ova dva super-materijala, pomažući vam da shvatite što je teže i zašto je to važno.
Uvod
U inženjeringu materijala tvrdoća je kritično svojstvo koje određuje koliko se supstanca opire deformaciji, grebanju, rezanju ili abraziji. Volfram karbid i boron karbid su i ne-oksidna keramika koja guraju granice onoga što je moguće u smislu tvrdoće i izdržljivosti. Ali koji se ističe kao teži materijal i kako to utječe na njihove stvarne aplikacije?
Razumijevanje razlika između ovih materijala ključno je za industrije u rasponu od proizvodnje do obrane. Ovaj članak ne samo da će usporediti njihovu tvrdoću, već će i ući u njihova šira svojstva, upotrebe, ograničenja i budućnost superhardnih materijala.
Što je volfram karbid?
Volfram karbid (WC) je spoj koji se sastoji od jednakih atoma volfram i ugljika. Obično se proizvodi metalurgijom u prahu i poznat je po izuzetnoj tvrdoći, visokoj gustoći i izvrsnoj otpornosti na habanje. Volfram karbid se široko koristi u:
- Alati za rezanje (komadići za bušenje, lopatice pile)
- Abrazivi
- Dijelovi industrijskih strojeva
- streljivo oklop
- Nakit
Ključna svojstva
| svojstva volfram -karbida |
vrijednosti/raspona |
| Kemijska formula |
WC |
| Gustoća |
~ 15 g/cm³ |
| Mohsova tvrdoća |
9.0 - 9.5 |
| Vickersova tvrdoća |
~ 2400 - 2600 hv |
| Knoop tvrdoća |
~ 1670 |
| Elastični modul |
530 - 700 GPA |
| Tlačna čvrstoća |
~ 4780 MPa |
| Žilavost loma |
~ 12 MPa · m 1/2 |
| Talište |
2.870 ° C |
Što je boron karbid?
Boron karbid (b₄c), koji se često naziva 'crni dijamant, ', keramički je materijal sastavljen od bor i ugljika. To je treći najteži materijal poznat, nakon dijamanta i kubičnog bor -nitrida. Boron Carbide je poznat po svom:
- Izuzetno visoka tvrdoća
- Niska gustoća
- Visoka apsorpcija neutrona (nuklearna zaštita)
- Kemijska stabilnost
Uobičajene prijave uključuju:
- Lagani oklop za tijelo
- Abrazivni prašci i mlaznice za eksplozije
- Nuklearni reaktor za zaštitu
- komponente otporne na habanje
Ključna svojstva
| svojstva boron karbida |
vrijednosti/raspona |
| Kemijska formula |
B₄c |
| Gustoća |
2.1 - 2,7 g/cm³ |
| Mohsova tvrdoća |
9.5 - 9.75 |
| Vickersova tvrdoća |
~ 30 - 38 GPA (3000–3800 HV) |
| Knoop tvrdoća |
2600 - 3200 |
| Elastični modul |
240 - 460 GPA |
| Tlačna čvrstoća |
1710. - 2200 MPa |
| Žilavost loma |
2,5 - 3,5 MPa · m 1/2 |
| Talište |
~ 2.450 ° C |
Usporedna tvrdoća: Volfram karbid vs boron karbid
Vaga tvrdoće
- Mohs tvrdoća: mjeri otpor ogrebotine (skala od 1–10).
- Vickers/Knoop tvrdoća: Mjere tvrdoće uvlačenja (veći broj = teže).
Izravna usporedba
| imovina |
volfram karbid |
boron karbid |
| Mohsova tvrdoća |
9.0 - 9.5 |
9.5 - 9.75 |
| Vickersova tvrdoća |
~ 2400 - 2600 hv |
~ 30 - 38 GPA |
| Knoop tvrdoća |
~ 1670 |
2600 - 3200 |
Boron karbid je tvrđi od volframa karbida na svakoj velikoj ljestvici tvrdoće. To znači da se boron karbid više odupire ogrebotinama i udubljenju, što ga čini prikladnijim za primjene gdje je potrebna maksimalna tvrdoća.
Mehanička i fizička svojstva
Gustoća
- Volfram karbid je mnogo gušći (~ 15 g/cm³) od boron karbida (2,1–2,7 g/cm³).
- Zbog toga je volfram karbid idealan za primjene gdje su potrebne sile mase i udara, dok se boron karbid preferira za lagani oklop.
snage
| Svojstvo |
volfram karbid |
boron karbid |
| Tlačna čvrstoća |
4780 MPa |
1710–2200 MPa |
| Snaga savijanja |
1830. MPa |
170–410 MPa |
| Žilavost loma |
12 MPa · m 1/2 |
2,5–3,5 MPa · m 1/2 |
- Volfram karbid je čvršći i manje krhki, s većim tlačnim i savijačkim snagama.
- Boron karbid je mnogo krhkiji, što može biti nedostatak u situacijama s velikim utjecajem.
Termička svojstva
| svojstvo |
volfram karbid |
boron karbid |
| Točka topljenja (° C) |
2.870 |
~ 2.450 |
| Toplinska vodljivost |
85 w/m · k |
31–90 w/m · k |
| Toplinsko širenje |
5,4 µm/m · k |
4,5–5,6 µm/m · k |
Oba su materijala vrlo vatrostalna i stabilna na visokim temperaturama, ali volfram karbid je nešto otporniji na toplinu.
Prijave i slučajevi upotrebe
Volfram karbid
- Alati za rezanje: komadići za bušenje, krajnji mlinovi, lopatice sa pilama, alati za rudarstvo
- Nosite dijelove: sjedala ventila, mlaznice, matrice, udarci
- Nakit: prstenovi, narukvice, satovi
- streljivo: krugovi oklopa
Boron karbid
- Oklop za tijelo: lagani prsluci bez metaka, oklop vozila
- Abrazivi: puderi za probijanje i poliranje
- Nuklearna industrija: apsorber neutrona u kontrolnim šipkama
- mlaznice: rezanje pijeska i mlaznice vode
Razmatranja proizvodnje i troškova
Proizvodnja
- Volfram karbid: proizveden putem metalurgije praha, kombinirajući pudere volfram i ugljik, a zatim sinterirajući s vezivom (često kobalt).
- Boron karbid: Proizvedeno karbotermalnim redukcijom bor -oksida s ugljikom na visokim temperaturama.
Koštati
- Volfram karbid je općenito pristupačniji i široko dostupan zbog svoje široke industrijske uporabe.
- Boron karbid je skuplji, odražavajući njegove specijalizirane primjene i složeniju proizvodnju.
Stroj i obrada
- Volfram karbid može biti mljeven i oblikovan dijamantskim alatima, ali njegova žilavost omogućava složenije oblike i veće komponente.
- Boron karbid je izuzetno težak za stroj i obično se formira u jednostavne oblike vrućim pritiskom ili sinterinom.
Ograničenja i izazovi
Volfram karbid
- Osjetljiv na koroziju u određenim okruženjima, posebno u prisutnosti kiselina.
- Velika težina može biti nedostatak u aplikacijama u kojima je masa zabrinjavajuća.
- Trošak može biti značajan za velike aplikacije.
Boron karbid
- Visoka krhkost čini ga sklonom katastrofalnom neuspjehu pod oštrim utjecajima.
- Teško ih je stroj zbog svoje ekstremne tvrdoće.
- skupo za proizvodnju, posebno u velikim ili složenim oblicima.
Razmatranja okoliša i sigurnosti
Volfram karbid
- Rudarstvo i obrada volframa mogu imati utjecaje na okoliš, uključujući uništavanje staništa i kemijsko otjecanje.
- Kobaltni vezivi koji se koriste u volframovoj karbidu mogu predstavljati zdravstvene rizike ako se udišu kao prašina tijekom proizvodnje ili mljevenja.
- Recikliranje: Volfram karbid je vrlo recikliran, a programi recikliranja su uobičajeni u industriji alata.
Boron karbid
- Proizvodnja zahtijeva visoke temperature i unos energije, doprinoseći emisiji ugljika.
- Udisanje prašine tijekom prerade ili abrazije može biti opasno, što zahtijeva odgovarajuće sigurnosne mjere.
- Odlaganje: Boron karbid je kemijski stabilan i netoksičan, ali njegov proizvod proizvodnje je značajan.
Budući trendovi u SuperHard Materijalima
Potraga za još težim, težim i svestranijim materijalima nastavlja se. I volfram -karbid i boron karbid poboljšavaju se kroz:
- Nanostruktura: Stvaranje materijala s nano-skalnim zrncima povećava tvrdoću i žilavost.
- Kompoziti: kombiniranje bor -karbida ili volfram karbida s metalima ili polimerima kako bi se povećala žilavost i smanjila krhkost.
- Prevlake: Nanošenje tankih slojeva materijala za superharde (poput dijamantskog ugljika) na alate i oklop za poboljšane performanse.
Vizualne usporedbe
Tablica: Ključne razlike u pogledu nalaze
| se |
volfram |
-karbid boron karbid |
| Tvrdoća |
Visok |
Viši |
| Gustoća |
Vrlo visok |
Nizak |
| Žilavost |
Visok |
Niže (krhki) |
| Koštati |
Umjeren |
Visok |
| Glavna upotreba |
Alati za rezanje/nošenje |
Oklop, abrazivi |
| Toplinska stabilnost |
Izvrstan |
Izvrstan |
Boron karbid je tvrđi od volframa karbida, o čemu svjedoče njegovi superiorni rezultati na ljestvici tvrdoće Mohs, Vickers i Knoop. Međutim, volfram karbid je čvršći i gušći, što ga čini prikladnijim za primjene koje zahtijevaju i tvrdoću i otpornost na utjecaj ili deformaciju.
- Odaberite boron karbid za maksimalnu tvrdoću i laganu zaštitu (npr. Body oklop, abrazivi).
- Odaberite volfram karbid za rezanje alata, dijelove industrijskog trošenja i primjene gdje su žilavost i gustoća kritični.
Svaki se materijal izvrsnosti u različitim ulogama, a izbor ovisi o specifičnim zahtjevima vaše prijave. Kako tehnologija napreduje, granice između ovih materijala mogu se zamagliti, a novi kompoziti i tehnike obrade nude još veće performanse.
FAQ: Top 5 povezana pitanja
1. Koja je glavna prednost boron karbida nad volframinom karbidom?
Boron karbid je znatno tvrđi i lakši od volframovog karbida, što ga čini idealnim za lagane oklopne i visoke aplikacije, gdje je težina zabrinjavajuća.
2. Zašto se volfram -karbid preferira za rezanje alata?
Volfram karbid nudi kombinaciju visoke tvrdoće, žilavosti i gustoće, što mu omogućava da izdrži ekstremne sile i temperature koje se susreću u rezanju i obradi.
3. Je li boron karbid krhkiji od volfram karbida?
Da, boron karbid je mnogo krhkiji, što znači da je vjerojatnije da će se slomiti pod udarcem ili udarnim punjenjem u usporedbi s volframinom karbidom, što je teže i može apsorbirati više energije prije razbijanja.
4. Može li se bilo koji materijal koristiti za nakit?
Volfram karbid se obično koristi u nakitu zbog svog atraktivnog metalnog sjaja, otpornosti na ogrebotine i hipoalergenskih svojstava. Boron karbid se obično ne koristi za nakit zbog svoje keramičke prirode i krhkosti.
5. Koji je materijal skuplji i zašto?
Boron karbid je općenito skuplji od volframa karbida zbog svojih specijaliziranih primjena, većih troškova proizvodnje i složenosti njegovog proizvodnog procesa.
Navodi:
[1] https://www.makeitfrom.com/compare/boron-carbide-b4c/tungsten-carbide-wc
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/boron_carbide
[4] http://hardmetal-inženjering.blogspot.com/2011/
[5] https://www.retopz.com/57-frequenty-asked-questions-faqs-about-cungsten-carbide/
[6] https://www.differenceBewer.com/what-is-the-difference-between-tungsten-carbide-and-boron-carbide/
[7] https://precision-ceramics.com/materials/boron-carbide/
[8] https://www.difference.wiki/tungsten-carbide-vs-boron-carbide/
[9] https://anamma.com.br/en/tungsten-carbide-vs-boron-carbide/
[10] https://www.carbide-part.com/blog/tungsten-carbide-hardness-vs-diamond/
[11] https://www.samaterials.com/carbides-use-in-hardfacing-application.html
[12] https://www.scienceirect.com/science/article/pii/0043=0====4
[13] https://sandblastingaSrasives.com/surface-prep-media/blog/167/when-to-use-aboron-carbide-nozzle/
[14] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+carbide
[15] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide
[16] http://www.nicrotec.com/welding-consumables/tungsten-carbide-alloys-nicrotec/products.html?c=1&g=13
[17] https://www.asom.com/article.aspx?articleid=5809
[18] https://shop.nanografi.com/blog/carbides-from-atoms-sructure-to-industrial-applications-nanografi-/
[19] https://insaco.mystagingwebsite.com/material/boron-carbide/
[20] https://www.linkedin.com/pulse/questions-composite-materials-tungsten-carbide shijin-lei
[21] https://www.imim.pl/files/archiwum/vol2_2020/05.pdf
[22] https://www.scientirect.com/science/article/abs/pii/s0043164899002306
[23] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[24] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[25] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[26] https://www.differenceBewer.com/what-is-the-difference-between-tungsten-carbide-and-boron-carbide/
[27] https://www.nature.com/articles/ncomms2047
[28] https://www.thermalspray.com/questions-dungsten-carbide/
