Meniu de conținut
● Introducere în carbura de tungsten
>> Materii prime
● Proces de fabricație
● Tehnici avansate de prelucrare
● Aplicații de produse din carbură din Tungsten
● Tehnici avansate de fabricație
>> Proces de fabricație aditivă
>> Beneficiile producției de aditivi
● Tehnologia de acoperire a carburilor de tungsten
● Reciclarea carburii de tungsten
>> Metoda electrolitică
>> Metoda de topire a zincului
● Durabilitate în industria carburilor
● Concluzie
● Întrebări frecvente
>> 1. Ce este carbura de tungsten?
>> 2. Cum este fabricat carbura de tungsten?
>> 3. Care sunt aplicațiile cheie ale carburii de tungsten?
>> 4. Poate fi reciclat carbura de tungsten?
>> 5. Care sunt avantajele utilizării carburii de tungsten în aplicații industriale?
● Citări:
Carbura de tungsten, cunoscută pentru duritatea sa excepțională și rezistența la uzură, este un material crucial în producerea de produse industriale din carbură. Aceste produse sunt utilizate pe scară largă în diferite industrii, inclusiv sectoare de fabricație, minerit, aerospațial și auto. Procesul de fabricație al Carbura de tungsten implică mai multe etape complexe, de la selecția materiilor prime la modelarea finală a produsului. În acest articol, vom aprofunda procesul detaliat al modului în care sunt fabricate produsele din carbură de tungsten.
Introducere în carbura de tungsten
Carbura de tungsten este un compus obținut din tungsten și atomi de carbon, cu o formulă chimică de WC. Este renumit pentru duritatea sa, care este comparabilă cu Diamond, ceea ce îl face ideal pentru aplicații care necesită rezistență și precizie de uzură ridicată. Produsele din carbură de tungsten sunt adesea combinate cu un material de liant, cum ar fi cobalt sau nichel, pentru a -și îmbunătăți duritatea și munca.
Materii prime
Principalele materii prime pentru producerea de carbură de tungsten sunt sursele de minereu de tungsten și carbon. Minereul de tungsten este prelucrat în oxid de tungsten, care este apoi redus la pulberea de metal de tungsten într -o atmosferă de hidrogen. Carbonul este de obicei provenit din negru de carbon de înaltă puritate sau grafit. Calitatea acestor materii prime afectează semnificativ performanțele produsului final.
Proces de fabricație
Procesul de fabricație al produselor din carbură de tungsten implică mai mulți pași cheie:
1. Amestecarea materialelor: pulberea de tungsten este amestecată cu negru de carbon într-o moară cu bile timp de 2-4 ore pentru a asigura uniformitatea. Acest pas este crucial, deoarece afectează calitatea produsului final. Amestecul trebuie să ia în considerare nu numai carbonul necesar pentru carburizare, ci și carbonul necesar pentru reacția dintre carbon și oxigen în pulbere.
2. Carburizare: Amestecul de tungsten-carbon este încălzit într-un cuptor cu tub de carbon de grafit la temperaturi ridicate (de obicei între 1300 ° C și 1600 ° C) pentru a forma carbură de tungsten. Temperatura exactă depinde de dimensiunea dorită a particulelor din produsul final. Temperaturile diferite afectează dimensiunea și duritatea carburii de tungsten rezultate [1].
3. măcinarea și cernerea: după carburizare, carbura de tungsten este măcinată într -o pulbere fină și cernită pentru a obține dimensiuni uniforme de particule. Particulele fine sunt de obicei certificate printr-o sită de 200 de ochiuri, în timp ce particulele grosiere folosesc o sită de 60 de ochiuri. Acest lucru asigură că pulberea este potrivită pentru procesele ulterioare [1].
4. Amestecarea cu liant: pulberea de carbură de tungsten este amestecată cu un material de liant, cum ar fi cobalt, pentru a -i spori duritatea și munca. Acest amestec este crucial pentru crearea unui produs puternic și durabil. Proporția liantului afectează proprietățile generale ale produselor industriale finale din carbură [1].
5. Compacție: Amestecul este apăsat în forma dorită folosind utilaje de înaltă presiune. Aceasta creează un 'compact verde ' care este fragil, dar are forma prevăzută. Tehnici precum presarea izostatică rece (CIP) sau presarea uniaxială sunt frecvent utilizate [1].
6. Sintering: Compactul verde este încălzit într -un cuptor de vid la temperaturi ridicate (de obicei în jur de 1500 ° C) pentru a contopi particulele împreună, rezultând o structură de carbură solidă și densă. Sinterizarea este esențială pentru realizarea densității dorite și a proprietăților mecanice [1].
7. Formarea finală și măcinarea: Produsul sinterizat este apoi modelat și măcinat pentru a atinge dimensiunile dorite și finisajul suprafeței. Tehnici precum prelucrarea CNC și prelucrarea EDM sunt utilizate pentru o modelare precisă [1].
Tehnici avansate de prelucrare
Odată ce forma de bază este sinterizată, rafinamentul suplimentar se realizează prin diferite metode de tăiere și măcinare [1]:
- Tăiere rapidă EDM cu sârmă: Această etapă inițială implică utilizarea prelucrării de descărcare electrică de sârmă (EDM) pentru a tăia materialul de oțel din tungsten într -o formă și dimensiune aspră. Este o metodă eficientă pentru modelarea grosieră [1].
- Tăierea cu sârmă medie: în urma tăierii dure, se folosește tăierea cu sârmă medie pentru detalii mai fine, îmbunătățind precizia formei pieselor din carbură de tungsten [1].
- Procese de măcinare: măcinarea este crucială pentru realizarea dimensiunilor finale și a calităților de suprafață necesare [1]:
- măcinarea suprafeței: aceasta este utilizată în principal pentru prelucrarea suprafețelor plate, asigurând controlul asupra paralelismului de suprafață și perpendiculrității [1].
- măcinarea cilindrică: inclusiv măcinarea internă, externă și ambele combinate, cilindrice se concentrează pe procesarea părților circulare pentru a menține concentricitatea [1].
- PG Profil de șlefuire: Această metodă de măcinare specializată este utilizată pentru suprafețele curbate și prelucrarea precisă a vârfurilor de carbură, aderarea la modele specifice de măcinare programate [1].
- Prelucrarea CNC: prelucrarea post-grinding, CNC rafinează piesele la dimensiunile lor finale, în special după stingerea tratamentelor care ar putea provoca deformări subtile. Centrele de prelucrare CNC oferă o eficiență ridicată, în ciuda costurilor ridicate asociate echipamentelor [1].
- Turnarea CNC: rotirea CNC este crucială pentru prelucrarea suprafețelor complexe, incluzând șamferul și controlul precis asupra unghiurilor și toleranțelor în găuri și sloturi [1].
- Prelucrare EDM: Pentru caracteristici care necesită toleranțe extrem de strânse, cum ar fi găurile oarbe, prelucrarea EDM este metoda de alegere. Tăierea lentă a sârmei, o altă formă de EDM, este ideală pentru prelucrarea prin gaură și micro-găuri [1].
- Atingeri finale cu tăierea lentă a sârmei: procesul de fabricație se încheie cu tăierea lentă a sârmei, asigurându -se că dimensiunile finale se aliniază strict cu cerințele de proiectare [1].
Aplicații de produse din carbură din Tungsten
Produsele din carbură de tungsten sunt utilizate într -o gamă largă de industrii datorită durității lor excepționale și rezistenței la uzură. Unele dintre aplicațiile cheie includ:
- Instrumente de tăiere: carbura de tungsten este utilizată pe scară largă în instrumentele de tăiere, cum ar fi bucățile de foraj, inserțiile de frezare și lamele de ferăstrău datorită capacității sale de a menține claritatea în condiții de stres ridicat.
-Piese rezistente la uzură: este utilizat în piese rezistente la uzură, cum ar fi scaunele de supapă, rotatorii de pompe și garniturile de concasor pentru a spori durabilitatea și a reduce costurile de întreținere.
- aerospațial și auto: carbura de tungsten este utilizată în componente de înaltă performanță pentru industria aerospațială și auto datorită rezistenței și preciziei sale.
- Producția de petrol și gaze: acoperirile cu carbură de tungsten sunt aplicate echipamentelor de foraj și componentelor de producție pentru a -și prelungi viața în medii abrazive.
- Aplicații medicale: carbura de tungsten este utilizată în instrumente chirurgicale și implanturi datorită biocompatibilității și durabilității sale.
Tehnici avansate de fabricație
În ultimii ani, au fost explorate tehnici avansate, cum ar fi fabricarea aditivilor, pentru producerea de piese din carbură de tungsten. Aceste metode permit crearea de geometrii complexe și pot reduce timpul de producție și costurile de producție.
Proces de fabricație aditivă
Procesul de fabricație aditiv pentru carbură de tungsten implică amestecarea particulelor de carbură de tungsten cu alte carburi și un liant, apoi folosind tehnici precum topirea laserului selectiv pentru a crea forma dorită. Acest proces oferă flexibilitate în proiectare și poate produce piese cu detalii complexe.
Beneficiile producției de aditivi
- Geometrii complexe: permite crearea de forme complexe dificil de realizat cu metodele tradiționale.
- Deșeuri de materiale reduse: minimizează deșeurile de materiale prin clădirea stratului de strat.
- Viteza crescută: poate reduce timpul de producție în comparație cu procesele tradiționale de sinterizare.
Tehnologia de acoperire a carburilor de tungsten
Tehnologia de acoperire a carburilor din Tungsten este foarte populară în industria aerospațială, care poate trata eficient uzura echipamentelor de aviație [6]. O tehnologie de acoperire numită depunere de vapori chimici cu temperaturi joase (CVD) este utilizată în mod obișnuit în rândul celor mai cunoscuți producători de aviație din Europa și Statele Unite, care este un proces pentru depunerea acoperirilor cu carbură de tungsten și a fost considerată o soluție practică, tehnică și comercială [6]. Poate crește semnificativ durata de viață a pieselor aeronavei și este utilizat pe scară largă în motoarele cu jet de trei generații de aeronave, cum ar fi tifoane și F16 [6]. Procesele de acoperire existente includ carbură de tungsten de pulverizare supersonică, placare de crom dur, depunere fizică de vapori a carburii de tungsten și spray de explozie carbură de tungsten [6]. Cu toate acestea, deși aceste aplicații au avut succes în unele domenii, acestea au propriile limitări [6].
Reciclarea carburii de tungsten
Reciclarea carburii de tungsten este crucială datorită utilizării sale pe scară largă în instrumentele de tăiere și prelucrare și impactul său semnificativ asupra mediului și economic [4]. Două metode primare pentru reciclarea carburii de tungsten sunt metoda electrolitică și metoda de topire a zincului [4]. Fiecare are procese și aplicații unice, ceea ce le face potrivite pentru diferite tipuri de materiale de carbură de tungsten de deșeuri [4].
Metoda electrolitică
Metoda electrolitică este un proces eficient care folosește potențialele de electrod ale diferitelor componente în deșeurile care conțin tungsten [4]. Această metodă este deosebit de eficientă pentru deșeuri care includ carbura de tungsten și metalul de cobalt [4].
Prezentare generală a procesului:
- Într -o soluție acidă, cum ar fi una cu o concentrație de acid clorhidric de aproximativ 20g/L, cobaltul poate fi dizolvat selectiv sau atât carbura de cobalt și de tungsten poate fi dizolvată simultan [4].
- Se folosesc un anod de grafit și un catod cu placă de nichel, unde cobaltul se dizolvă în soluție, formând COCL2 [4].
- Electroliza se efectuează la o tensiune joasă de 1,0-1,5V, ceea ce duce la dizolvarea cobaltului și a decojitării WC din deșeuri [4].
- Noroiul de anod produs este apoi procesat (spălat, mărit cu bilă și cernut) pentru a recupera WC, care poate fi reutilizat pentru a produce noi carburi de tungsten [4].
Avantaje:
- consum redus de reactiv și energie [4].
- Simplitatea procesului [4].
Limitări:
- Se aplică numai pentru deșeuri carbură de tungsten cu un conținut de cobalt peste 10%[4].
Metoda de topire a zincului
Această metodă implică utilizarea zincului metalic și a temperaturilor ridicate pentru recuperarea carburii de tungsten din deșeuri [4]. Este eficient pentru carbura de tungsten de deșeuri cu un conținut scăzut de cobalt sau cele care conțin alte metale precum tantal și titan [4].
Prezentare generală a procesului:
- Blocurile de carbură de tungsten de deșeuri și zincul metalic sunt plasate într -un creuzet în interiorul unui cuptor de vid [4].
- Amestecul este încălzit la temperaturi între 773 și 873 K, unde cobalt reacționează cu zinc topit pentru a forma un aliaj de zinc-cobalt [4].
- La 1173 K, zincul este îndepărtat prin distilare în vid, lăsând în urmă WC liberă și pulbere de cobalt [4].
- WC -ul recuperat și pulberea de cobalt sunt apoi procesate (măcinate cu bilă și cernute) pentru a fi utilizate în producția nouă de carburi de tungsten [4].
Avantaje:
- Proces de producție scurt [4].
- capabil să gestioneze deșeuri cu conținut scăzut de cobalt [4].
- recuperează materiale care se potrivesc îndeaproape cu gradul deșeurilor originale [4].
Limitări:
- Necesită tipuri specifice de deșeuri [4].
- Echipamente complexe și consum ridicat de energie [4].
- În general, costuri mai mari decât metoda electrolitică [4].
Durabilitate în industria carburilor
Industria carburilor este o parte importantă a industriei de prelucrare a metalelor și joacă un rol crucial în fabricarea instrumentelor, a componentelor mașinii și a altor piese de precizie [7]. Cu toate acestea, industria se confruntă și cu diverse provocări în ceea ce privește sustenabilitatea [7]. Una dintre cele mai mari provocări este utilizarea materiilor prime, cum ar fi tungstenul și cobalt, care sunt utilizate în producția de carburi [7]. Aceste materii prime sunt limitate, iar extracția lor poate avea impacturi asupra mediului, cum ar fi consumul de energie, consumul de apă și emisiile de CO2 [7]. O altă problemă este eliminarea deșeurilor de carbură, care poate reprezenta adesea o povară asupra mediului, datorită conținutului ridicat de metale grele și a altor substanțe periculoase [7].
Pentru a rezolva aceste provocări, multe companii din industria carburilor au început să implementeze procese și practici mai durabile [7]. Acestea includ utilizarea materiilor prime reciclate, reducerea deșeurilor și a emisiilor, optimizarea proceselor de producție și promovarea economiei circulare și a eficienței resurselor [7]. Unele companii apelează, de asemenea, la materiale alternative, cum ar fi carburi pe baza oțelului reciclat sau a ceramicii [7]. Aceste materiale au avantajul de a fi mai ecologice și de a necesita mai puține materii prime [7].
Concluzie
Fabricarea produselor din carbură de tungsten implică un proces complex care necesită un control precis asupra calității materiilor prime, amestecarea, carburizarea și condițiile de sinterizare. Produsele rezultate sunt foarte apreciate în diferite industrii pentru duritatea lor excepțională și rezistența la uzură, ceea ce le face indispensabile pentru unelte de tăiere, piese rezistente la uzură și componente performante.
Întrebări frecvente
1. Ce este carbura de tungsten?
Carbura de tungsten este un compus fabricat din tungsten și atomi de carbon, cunoscut pentru duritatea sa excepțională și rezistența la uzură. Este utilizat pe scară largă în produsele industriale din carbură.
2. Cum este fabricat carbura de tungsten?
Carbura de tungsten este fabricată printr -un proces de metalurgie cu pulbere care implică amestecarea pulberii de tungsten cu carbon, carburizare, măcinare, amestecare cu un liant, compactare și sinterizare.
3. Care sunt aplicațiile cheie ale carburii de tungsten?
Carbura de tungsten este utilizată în instrumente de tăiere, piese rezistente la uzură, componente aerospațiale, piese auto și aplicații medicale datorită durității și durabilității sale.
4. Poate fi reciclat carbura de tungsten?
Da, carbura de tungsten poate fi reciclată. Instrumentele utilizate și materialul de resturi pot fi recuperate și reutilizate, reducând deșeurile și conservând resursele.
5. Care sunt avantajele utilizării carburii de tungsten în aplicații industriale?
Tungsten Carbide oferă o durată de viață extinsă a instrumentelor, costuri reduse de întreținere, o precizie îmbunătățită și o eficiență îmbunătățită a producției, ceea ce o face o alegere rentabilă pentru aplicații industriale solicitante.
Citări:
[1] https://www.carbide-products.com/blog/how-tungsten-carbide-parts-made/
]
[3] https://www.tungstenmetalsgroup.com/blog-blog/tungsten-scrap-metal-recycling
[4] https://www.carbide-products.com/blog/tungsten-carbide-recycling/
[5] https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/tungsten-carbide-powder-market.asp
[6] https://www.samaterials.com/content/how-does-the-new-tungsten-carbide-coating-tornornen--ircraft-parts.html
[7] https://grafhartmetall.com/en/sustainability-in-the-carbide-industry/
[8] https://patents.google.com/patent/ep2521799a1/en
[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungsten-carbide-market-future-tendronds-solutions-industry-fib5f
[10] https://grafhartmetall.com/en/innovations-in-ntungsten-carbide-coatings-swiss-expertise-revealed/
[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-end-mills-news-archive/
[12] https://tungstencarbide42.wordpress.com/environmental-impact-and-sustainability/
[13] https://www.itia.info/wp-content/uploads/2023/07/itia_newsletter_2019_08.pdf
]
[15] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx?nid=298
[16] https://www.durat.com/technology/carbide
[17] https://www.mdpi.com/2071-1050/15/16/12249
[18] https://www.alied-material.co.jp/en/research-development/tungsten_recycle.html
[19] https://www.carbide-part.com/blog/comprehensive-analysis-of-ntungsten-carbide-parts-haracteristics-ypes-applications-and-future-trends/
[20] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
