Jaka jest gęstość węglika wolframowego?

Menu treści

● Wprowadzenie do węgliku wolframu

● Zrozumienie gęstości: podstawy

>> Dlaczego gęstość ma znaczenie

● Gęstość węglików wolframowych: kluczowe figurki

>> Pure Tungsten Carbide (WC)

>>> Tabela: Gęstość węglików wolframowych i powiązanych materiałów

>> Cementowane stopnie węglika

● Czynniki wpływające na gęstość węglika wolframowego

>> Proces produkcyjny i jego wpływ

● Metody pomiaru gęstości

>> Zasada Archimedesa

>> Pyknometria helu

>> Tomografia komputerowa rentgenowska

● Porównanie: Carbide z wolframu vs. inne materiały

● Zastosowania, w których ma znaczenie gęstość

>> Narzędzia tnące

>> Wydobycie i wiercenie

>> Lotnisko i obrona

>> Nosić części

>> Biżuteria i towary luksusowe

● Mikrostruktura i struktura krystaliczna

>> Struktura atomowa

● Względy środowiskowe i ekonomiczne

>> Dostępność zasobów

>> Recykling i zrównoważony rozwój

>> Konsekwencje kosztów

● Wyzwania związane z pracą z węglika Wingsten

>> Obróbka i kształtowanie

>> Dołączenie i montaż

>> Kruchość

● Wniosek

● FAQ: Często zadawane pytania dotyczące gęstości węglika wolframowego

>> 1. Jaka jest dokładna gęstość czystego węglika wolframowego?

>> 2. W jaki sposób gęstość węglika wolframowego porównuje się do czystego wolframu?

>> 3. Dlaczego gęstość cementowanego węglika jest różna?

>> 4. Czy wysoką gęstość jest lepsza od narzędzi przemysłowych?

>> 5. W jaki sposób gęstość węglika wolframowego mierzona w przemyśle?

● Cytaty:

Węglenie wolframowe stanowi jeden z najbardziej niezwykłych materiałów we współczesnej inżynierii, ceniony za wyjątkową twardość, odporność na zużycie i imponującą gęstość. Ale jaka jest gęstość Węglenie wolframowe i dlaczego tak bardzo ma znaczenie w zastosowaniach przemysłowych i naukowych? Ten kompleksowy artykuł zagłębia się w gęstość węglików wolframowych, badając jego właściwości fizyczne, sposób porównania z innymi materiałami i jego znaczenie w różnych branżach. Po drodze zilustrujemy kluczowe pojęcia z diagramami i obrazami, aby poprawić zrozumienie.

Wprowadzenie do węgliku wolframu

Węglenie wolframowe (WC) to związek chemiczny złożony z równych części atomów wolframu i węgla. Jest znany z ekstremalnej twardości, wysokiej temperatury topnienia i niezwykłej odporności na zużycie i korozję. Atrybuty te sprawiają, że jest to niezbędne w branżach, od obróbki metali i wydobywania po lotniska i obronę.

Węglenie wolframowe nie jest metalem, ale związek ceramiczny, który często jest łączony z metalicznymi spoiwami z tworzenia cementowanych węglików. Jego unikalna kombinacja właściwości wynika z silnych kowalencyjnych wiązań między atomami wolframu i węgla, a także z gęstego pakowania atomów w sieci kryształowej.

Zrozumienie gęstości: podstawy

Gęstość jest podstawową właściwością fizyczną zdefiniowaną jako masa na jednostkę objętości, zwykle wyrażoną w gramach na centymetr sześcienny (g/cm³) lub kilogramy na metr sześcienny (kg/m³). W przypadku substancji stałych takich jak węglik wolframowy gęstość jest bezpośrednim wskaźnikiem tego, jak ciasno atomy są pakowane w strukturze materiału.

Formuła:

Gęstość = masa/objętość

Większa gęstość oznacza, że ​​większa masa jest pakowana w daną objętość, co często przekłada się na większą wytrzymałość i stabilność w zastosowaniach inżynieryjnych.

Dlaczego gęstość ma znaczenie

- Wydajność: Materiały o wysokiej gęstości zwykle zapewniają większą bezwładność, stabilność i odporność na deformację.

- Trwałość: Gęstsze materiały są mniej prawdopodobne, że będą penetrowane lub zużyte, dzięki czemu są idealne do cięcia, wiercenia i zastosowania odpornych na zużycie.

- Rozważania projektowe: gęstość wpływa na wagę komponentów, co jest kluczowe w branżach takich jak lotniska i inżynieria motoryzacyjna.

Gęstość węglików wolframowych: kluczowe figurki

Pure Tungsten Carbide (WC)

- Gęstość: Najczęściej cytowana wartość dla czystego węglika wolframowego wynosi 15,6 g/cm³.

- Zakres: W zależności od procesu produkcyjnego i obecności spoiwa lub dodatków gęstość może wynosić od 13,4 do 15,7 g/cm³.

Tabela: Gęstość węglika wolframowego i powiązanych materiałów Gęstość

materiału	(G/CM⊃3;)
Wolfram	19.3
Węglenie wolframowe (WC)	15.6
Stal	7.8
Tytan	4.5
Złoto	19.3
Ołów	11.4

Jak pokazano, węglik wolframowy jest znacznie gęstszy niż stal lub tytan, ale mniej gęsty niż czysty wolfram lub złoto.

Cementowane stopnie węglika

Węglenie wolframowe jest często stosowane jako materiał kompozytowy, w którym ziarna WC są cementowane razem z metalem spoiwa (powszechnie kobalt lub nikiel):

- Gatunki wolframu-cobalt (YG): gęstość maleje wraz ze wzrostem zawartości kobaltu. Na przykład:

- YG6: 14,5–14,9 g/cm³

- YG15: 13,9–14,2 g/cm³

- YG20: 13,4–13,7 g/cm³

-Gatunki wolframu-titan-cobalt (YT): gęstość maleje wraz z większą ilością węglików tytanowych.

- YT5: 12,5–13,2 g/cm³

- YT14: 11.2–12,0 g/cm³

- YT15: 11,0–11,7 g/cm³

-Tungsten-Titanium-Tantalum/Niobium (YW) Gatunki:

- YW1: 12,6–13,5 g/cm³

- YW2: 12,4–13,5 g/cm³

- YW3: 12,4–13,3 g/cm³

Obecność spoiwa i innych węglików zmniejsza ogólną gęstość w porównaniu z czystym WC.

Czynniki wpływające na gęstość węglika wolframowego

Kilka czynników wpływa na końcową gęstość produktów z węglika wolframowego:

- Treść spoiwa: Wyższa zawartość kobaltu lub niklu obniża ogólną gęstość, ponieważ metale te są lżejsze niż WC.

- Węgamy addytywne: Włączenie tytanu, tantalu lub węglików Niobium jeszcze bardziej zmniejsza gęstość.

- Porowatość: Metody produkcyjne, które wprowadzają więcej porów, zmniejszą gęstość.

- Wielkość ziarna i spiekanie: drobniejsze ziarna i optymalne spiekanie mogą pomóc w osiągnięciu wyższych gęstości poprzez zmniejszenie pustek.

Proces produkcyjny i jego wpływ

Produkty z węglików wolframowych są zwykle wytwarzane przez metalurgię proszkową. Proces ten polega na zmieszaniu drobnego proszku WC z spoiwa, dociskając mieszaninę do kształtu, a następnie spiekanie w wysokich temperaturach. Stopień zagęszczenia podczas spiekania bezpośrednio wpływa na ostateczną gęstość.

- Hot Isostatyczne naciskanie (biodro): Ta technika może dodatkowo zwiększyć gęstość poprzez stosowanie ciśnienia podczas spiekania, zamykając resztkowe pory i osiągając gęstość prawie teoretyczną.

Metody pomiaru gęstości

Zasada Archimedesa

Najczęstszą metodą pomiaru gęstości węglika wolframowego jest zasada Archimedesa. Próbka jest ważona w powietrzu, a następnie w cieczy (zwykle wodzie), a różnica w masie stosuje się do obliczenia przesunięcia objętości, a tym samym gęstości.

Kroki:

1. Warz suchą próbkę w powietrzu.

2. Zanurz próbkę w wodzie i ponownie zważyć.

3. Oblicz objętość przemieszczonych wody (równa objętości próbki).

4. Użyj formuły:

Gęstość = masa w przesunięciu powietrza/objętości

Pyknometria helu

Do bardzo precyzyjnych pomiarów, szczególnie w przypadku proszków lub próbek porowatych, stosuje się piknometrię helu. Gaz helu wnika nawet w najmniejsze pory, zapewniając dokładny pomiar prawdziwej objętości.

Tomografia komputerowa rentgenowska

Zaawansowane techniki obrazowania, takie jak tomografia komputerowa rentgenowska (CT), mogą wizualizować wewnętrzną porowatość i strukturę, pomagając w obliczeniach gęstości i kontroli jakości.

Porównanie: Carbide z wolframem vs. Inne Materiały

Nieruchomość	węglika	wolframu	Tunten	Titanium
Gęstość (g/cm³)	15.6	19.3	7.8	4.5
Twardość (Mohs)	9–9,5	7.5	4–4,5	4
Temperatura topnienia (° C)	2870	3422	1370	1668

Jak pokazuje stół, węglik wolframowy jest znacznie gęstszy i twardszy niż stal lub tytan, ale mniej gęsty niż czysty wolfram.

Zastosowania, w których ma znaczenie gęstość

Wysoka gęstość węglika wolframowego ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach, w których masa i stabilność są niezbędne:

Narzędzia tnące

Wysoka gęstość zapewnia stabilność i odporność na wibracje w szybkiej obróbce. Narzędzia do cięcia węgla wolframowego utrzymują swój kształt i ostrość nawet pod skrajnymi siłami.

Wydobycie i wiercenie

Gęste, twarde kawałki mogą przenikać skałę i wytrzymać ścieranie. Węglenie wolframowe to materiał z wyboru dla wiertarki, narzędzi wydobywczych i komponentów odpornych na zużycie.

Lotnisko i obrona

Używany do przeciwwagi, pocisków i amunicji przebijającej zbroję. Połączenie gęstości i twardości pozwala na kompaktowe, wytrzymałe części, które mogą wytrzymać ekstremalne warunki.

Nosić części

Łożyska, dysze i zawory korzystają z długiej żywotności z powodu odporności na zużycie gęstości. Wysoka gęstość węglików wolframowych sprawia, że ​​idealnie nadaje się do komponentów, które muszą oprzeć się erozji, ścieraniu i uderzeniu.

Biżuteria i towary luksusowe

Ogromna i trwałość węglików wolframowych sprawiły, że popularny był w biżuterii, zwłaszcza pierścieni i obserwacji. Jego gęstość nadaje mu znaczne odczucie i odporność na drapanie.

Mikrostruktura i struktura krystaliczna

Węglenie wolframowe krystalizuje się w sześciokątnej strukturze, przy czym każdy atom wolframowy jest otoczony sześcioma atomami węgla. To ciasne opakowanie atomowe jest kluczowym powodem jego wysokiej gęstości i twardości.

Struktura atomowa

- Struktura WC: Każdy atom wolframowy jest związany z sześcioma atomami węgla w trygonalnym układzie pryzmatycznym.

- Wiązanie: Silne kowalencyjne wiązania między atomami wolframu i węgla przyczyniają się do niezwykłych właściwości materiału.

Względy środowiskowe i ekonomiczne

Dostępność zasobów

Tungsten jest stosunkowo rzadkim elementem, a jego ekstrakcja jest energooszczędna. Główni producenci to Chiny, Rosja i Kanada. Niedobór i geopolityczne stężenie zasobów wolframowych może wpływać na podaż i cenę produktów z węglika wolframowego.

Recykling i zrównoważony rozwój

Ze względu na wysoką wartość węglik wolframowy jest szeroko poddany recyklingowi. Złapanie węglików jest zbierana, przetwarzana i ponownie przełączana w nowe produkty, zmniejszając zapotrzebowanie na Virgin Tungsten i minimalizując wpływ na środowisko.

Konsekwencje kosztów

Wysoka gęstość i wydajność węglików wolframowych ma swoją cenę. Jest znacznie droższy niż stal lub tytan, ale jego długowieczność i trwałość często uzasadniają inwestycję w wymagające aplikacje.

Wyzwania związane z pracą z węglika Wingsten

Obróbka i kształtowanie

Twardość i gęstość węglików wolframowych utrudnia maszyna za pomocą konwencjonalnych metod. Do kształtowania i wykończenia wymagane są wyspecjalizowane narzędzia azotku boru lub sześciennego (CBN).

Dołączenie i montaż

Węglenie spawalnicze wolframowe jest trudne ze względu na wysoki punkt topnienia i kruchość. Brazowanie i mocowanie mechaniczne są częściej stosowane do montażu komponentów węglików.

Kruchość

Pomimo jego gęstości i twardości węglik wolframowy jest stosunkowo kruchy w porównaniu z metaliami takimi jak stal. Ogranicza to jego zastosowanie w aplikacjach, w których opór uderzenia ma kluczowe znaczenie.

Wniosek

Gęstość węglików wolframowych - typowo około 15,6 g/cm³ - wcale go jako mistrz wagi ciężkiej wśród materiałów inżynierskich. Ta wysoka gęstość, w połączeniu z wyjątkową twardością i odpornością na zużycie, stanowi podstawę jej powszechnego zastosowania w wymagających zastosowaniach przemysłowych. Niezależnie od tego, czy jako czysty związek, czy w cementowanych kompozytach z spoiwaczami, gęstość węglików wolframowych jest kluczową właściwością, na której inżynierowie i producenci polegają na wydajności, trwałości i precyzji.

Od narzędzi tnących i elementów wydobywczych po komponenty lotnicze i biżuterię, gęstość węglików wolframowych ma kluczowe znaczenie dla jego wartości i wszechstronności. Zrozumienie, jak mierzy się gęstość, jakie czynniki wpływają na to i jak porównuje się z innymi materiałami, pomaga inżynierom, projektantom i konsumentom podejmować świadome decyzje dotyczące tego niezwykłego materiału.

FAQ: Często zadawane pytania dotyczące gęstości węglika wolframowego

1. Jaka jest dokładna gęstość czystego węglika wolframowego?

Gęstość czystego węgla wolframowego (WC) wynosi około 15,6 g/cm³. Wartość ta może się nieznacznie różnić w zależności od struktury krystalicznej i warunków produkcyjnych, ale jest powszechnie akceptowana jako liczba standardowa.

2. W jaki sposób gęstość węglika wolframowego porównuje się do czystego wolframu?

Czysty wolfram jest gęstszy, o gęstości 19,3 g/cm³, w porównaniu z 15,6 g/cm⊃3 z Carbide w wolframu;. Dodanie węgla z WC zmniejsza ogólną gęstość, ale węglik wolframowy pozostaje znacznie gęstszy niż większość metali inżynierskich.

3. Dlaczego gęstość cementowanego węglika jest różna?

Węgła cementowane są kompozytami wykonanymi przez połączenie proszku z węglika wolframowego z spoiwami takimi jak kobalt lub nikiel. Gęstość maleje wraz ze wzrostem odsetka lżejszego spoiwa lub gdy dodaje się inne węgliki (takie jak węglika tytanowe). Zatem cementowane gęstości węglików mogą wynosić od około 11,0 do 15,0 g/cm³ w zależności od składu.

4. Czy wysoką gęstość jest lepsza od narzędzi przemysłowych?

Tak. Wysoka gęstość zapewnia większą stabilność, odporność na wibracje i żywotność zużycia w cięciu, wierceniu i komponentach odpornych na zużycie. Umożliwia także bardziej kompaktowe, wytrzymałe części w zastosowaniach lotniczych i obronnych.

5. W jaki sposób gęstość węglika wolframowego mierzona w przemyśle?

Gęstość jest zwykle mierzona przy użyciu zasady Archimedesa, w której masa próbki jest podzielona przez objętość, którą wypiera w cieczy. Ta metoda uwzględnia każdą porowatość i zapewnia dokładną gęstość kontroli jakości w produkcji.

Cytaty:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide

[2] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html

[3] https://www.mdpi.com/1996-1944/15/7/2340

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

[5] https://www.mdpi.com/2075-4701/11/12/2035

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/file :-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg

[7] http://www.tungsten-carbide.com.cn

[8] https://www.tungco.com/insights/blog/frequentle-asked-questions-used-tungsten-carbide-inserts/

[9] https://www.thermalspray.com/questions-tungsten-carbide/

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

[11] https://www.zzbetter.com/new/densh-of-tungsten-carbide.html

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

[13] https://commons.wikimedia.org/wiki/file :-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg

[14] https://www.retopz.com/57-frequenting-asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/

[15] https://www.wolframcarbide.com/tungsten-carbide-densing-and-uses-of-different-cemented-carbide-grade-yg6a/

[16] https://cowseal.com/tungsten-vs-tungsten-carbide/

[17] http://www.jnm.co.jp/en/data/carbide_character_table.html

[18] https://www.dekmake.com/densing-of-tungsten/

[19] https://kdmfab.com/densh-of-tungsten/

[20] https://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=E68B647B86104478A32012CBD5AD3EA

[21] https://www.imetra.com/tungsten-carbide-material-properties/

[22] https://www.fishersci.fi/shop/products/tungsten-carbide-99-5-metals-basis-thermo-scientific-1/11388808?tab=document

[23] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+Carbide

[24] https://cowseal.com/tungsten-vs-tungsten-carbide/

[25] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html

[26] https://www.sciencenicect.com/science/article/abs/pii/s 13596454240 03562

[27] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html

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

[29] https://www.azom.com/properties.aspx?articleId=1203

[30] https://www.fishersci.at/shop/products/tungsten-carbide-99-metals-basis-thermo-scientific/p-4782215

[31] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide

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

[33] https://www.aemmetal.com/news/tungsten-vs-tungsten-carbide-guide.html

[34] https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1641929/fulltext01.pdf

[35] https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-1894

[36] http://www.nicrotec.com/welding-consumables/tungsten-carbide-alloys-nicrotec/products.html?c=1&g=13

[37] https://www.reddit.com/r/pics/comments/1aoqq0/a_perfectly_polersed_tungsten_carbide_cube/

[38] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0263436823002019

[39] https://www.atomic-scale-physics.de/lattice/struk/bh.html

[40] http://www.tungsten-carbide.com.cn/tungsten-carbide-hardness-conversion-table.html

[41] https://www.zzbetter.com/new/the-densing-of-tungsten-carbide.html

[42] https://tuncomfg.com/about/faq/

[43] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/

[44] https://www.memsnet.org/material/tungstencarbidewcbulk/

[45] https://www.tungstenringsco.com/faq

[46] https://www.durit.com/fileadmin/user_upload/durit/service/downloads/durit_hartmetall_en_facts.pdf

[47] https://shop.machinemfg.com/the-pros-and-cons-of-tungsten-carbide-a-coMomprehensive-Guide/

[48] ​​https://www.hdtools.com.tw/faq.htm

[49] https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-scices/tungsten-carbide

[50] http://hardmetal-engineering.blogspot.com/2011/

[51] https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1237216/fulltext01.pdf