Innehållsmeny
● Förstå volframkarbid
>> Syntes och komposition
>> Fysikaliska egenskaper
● Former och strukturer av volframkarbid
● Applikationer av volframkarbid
● Kan bultskärare klippa en volframkarbidkedja?
>> Begränsningar av bultskärare
>> Alternativa metoder för att klippa volframkarbid
● Cementerad volframkarbid
● Praktiska överväganden
● Slutsats
● Vanliga frågor (FAQ)
>> 1. Vad gör volframkarbid så hårt?
>> 2. Kan volframkarbidsmycken stängas av i en nödsituation?
>> 3. Vilka är de viktigaste fördelarna med att använda volframkarbid när det gäller att klippa verktyg?
>> 4. Hur påverkar tillägget av kobolt egenskaperna hos volframkarbid?
>> 5. Vad är skillnaden mellan volframkarbid och volframs semikarbid?
● Citeringar:
Volframkarbiden är känd för sin exceptionella hårdhet, slitmotstånd och termiska egenskaper, vilket gör det till ett avgörande material i olika industriella tillämpningar [3]. Denna förening, bildad genom smälta volfram- och kolatomer, används ofta i beläggningar för att skydda kritiska komponenter i krävande miljöer [3]. Med tanke på dess robusta natur uppstår en vanlig fråga: kan bultskärare effektivt skära igenom En volframkarbidkedja ? Den här artikeln fördjupar egenskaperna hos volframkarbid, dess tillämpningar och genomförbarheten av att klippa den med bultskärare.
Förstå volframkarbid
Volframkarbid (WC) är en kemisk förening innefattande volfram- och kolatomer arrangerade i en hexagonal kristallstruktur [3]. Vanligtvis består karbid med industriell kvalitet av karbid av cirka 94% volfram- och 6% kolsikt [3]. För att förbättra specifika egenskaper tillsätts ofta bindningsmaterial som kobolt eller nickel, vilket skapar en cermet - en sammansättning av keramiska och metalliska komponenter [3]. Denna kombination ger den höga hårdheten hos keramisk volframkarbid med segheten hos metallbindemedel, vilket gör den nödvändig i industrier som sträcker sig från flyg- till oljeborrning [3].
Syntes och komposition
Volframkarbidpulver syntetiseras genom reaktionen av volframmetall eller pulver med kol vid temperaturer mellan 1 400 och 2 000 ° C [1]. Alternativa metoder involverar bäddprocesser med lägre temperatur som reagerar volframmetall eller volframtrioxid (WO3) med en CO/CO2 -gasblandning och vätgas mellan 900 och 1 200 ° C [1].
Den kemiska sammansättningen är noggrant konstruerad för att uppnå specifika partikelstorleksfördelningar och morfologier, som direkt påverkar den slutliga beläggningsprestanda [3]. Tillverkningsprocessen styr noggrant dessa egenskaper för att säkerställa konsekvent beläggningskvalitet [3].
Fysikaliska egenskaper
Volframkarbid har imponerande fysiska egenskaper som gör det lämpligt för krävande industriella tillämpningar:
- Hårdhet: Volframkarbid rankas strax under diamant i hårdhet bland vanliga industriella material [3]. Den registrerar mellan 9,0 och 9,5 på Mohs -skalan, med en Vickers hårdhet på cirka 2600 [1] [5].
- Densitet: Dess hög densitet ger stabilitet och slitmotstånd i miljöer med hög effekt [3]. Volframkarbid har en densitet på 15,6 g/cm³ [1].
- Smält- och kokpunkter: Materialet upprätthåller sin strukturella integritet från rumstemperatur till extrem värme, med en hög smältpunkt på 2 870 ° C (5 200 ° F) och en kokpunkt på 6 000 ° C (10 830 ° F) [1] [5].
- Termiska egenskaper: Vermisk konduktivitet för volframkarbid är 110 W/m · K, och dess koefficient för termisk expansion är 5,5 μm/m · K [1] [5].
Mekaniska egenskaper:
- Young's Modul: Cirka 530–700 GPA [1] [5].
- Bulkmodul: 379–381 GPA [1].
- Skjuvmodul: 274 GPA [1] [5].
- Ultimat draghållfasthet: 344 MPa [1] [5].
- Ultimat tryckhållfasthet: cirka 2,7 GPa [1] [5].
- Poissons förhållande: 0,31 [1] [5].
- Elektriska egenskaper: Volframkarbid har en låg elektrisk resistivitet på cirka 0,2 μΩ · m, jämförbara med vissa metaller som vanadium [1] [5].
Dessa egenskaper säkerställer kollektivt att volframkarbid är ovärderlig i applikationer som kräver dimensionell stabilitet och termisk motstånd [3].
Former och strukturer av volframkarbid
Volframkarbid finns i två primära former:
1. Hexagonal form (α-WC): Detta är den vanligaste formen, kännetecknad av en hexagonal struktur (HP2, Space Group P6M2, nr 187) [1] [5]. Strukturen innefattar ett enkelt hexagonalt gitter av metallatomer arrangerade i lager, med kolatomer som fyller halva mellanrummen, vilket ger både volfram och kol med regelbunden trigonal prismatisk koordination [1] [5].
2. Cubic High-temperaturform (ß-WC): Denna form har en bergsaltstruktur och är stabil vid höga temperaturer [1] [5].
Bindningslängderna inom den hexagonala strukturen är exakt definierade:
- Avstånd mellan volframatomer i ett hexagonalt packat skikt: 291 PM [1] [5].
- Kortast avstånd mellan volframatomer i angränsande lager: 224 PM [1] [5].
- Tungsten-kolbindningslängd: 220 PM [1] [5].
Dessa strukturella egenskaper bidrar till den exceptionella hårdheten och stabiliteten hos volframkarbid [3].
Applikationer av volframkarbid
Volframkarbides unika egenskaper gör det lämpligt för en mängd applikationer över olika branscher [3]:
- Skärverktyg: Volframkarbid används i stor utsträckning för att klippa verktyg för bearbetning, inklusive borrbitar, frässkärare och svarvverktyg [1]. Dess hårdhet gör det möjligt för dessa verktyg att arbeta med högre skärhastigheter än höghastighetsstålverktyg [1].
- Slipmedel: På grund av dess hårdhet används volframkarbid som ett slipmaterial i sliphjul och poleringsföreningar [1].
- Slitresistenta beläggningar: Appliceras som en beläggning, volframkarbid skyddar komponenter från slitage och nötning i hårda miljöer [3]. Detta är särskilt användbart i flyg- och rymdturbiner och oljeborrningsutrustning [3].
-Armor-piercing ammunition: Tungsten karbid används i produktionen av pansarpiercing kulor på grund av dess höga täthet och hårdhet [1].
- Smycken: Dess hållbarhet och repmotstånd har gjort volframkarbid populärt för smycken, särskilt ringar [1].
- Gruvdrift och konstruktion: I dessa branscher används volframkarbid i borrbitar, skärkanter och slitplattor för att förbättra livslängden och effektiviteten för utrustning [3].
- Gjutningsblock: Volframkarbid används för att göra gjutblock för olika industriella processer [1].
- Mejslar: Dess hårdhet gör det till ett utmärkt material för mejslar som används i olika applikationer [1].
Kan bultskärare klippa en volframkarbidkedja?
Med tanke på egenskaperna hos volframkarbid är frågan om bultskärare kan klippa en kedja tillverkad av detta material kritiskt. Bultskärare är utformade för att skära genom mjukare metaller som stål, järn och aluminium genom att applicera betydande kraft för att skjuva materialet [2] [4]. Tungsten karbid utgör emellertid en formidabel utmaning på grund av dess extrema hårdhet och tryckhållfasthet [3].
Begränsningar av bultskärare
Bultskärare förlitar sig på den mekaniska fördelen att skära igenom material som är betydligt mjukare än deras blad [2] [4]. Volframkarbidens hårdhet närmar sig diamanten, vilket gör det mycket motståndskraftigt mot skärning, nötning och deformation [1] [3]. Att försöka klippa en volframkarbidkedja med bultskärare kommer sannolikt att resultera i ett av följande resultat:
1. Skador på bultskärarna: Bultens blad, vanligtvis gjorda av härdat stål, kan spån, böjas eller bryta när man försöker klippa volframkarbid [2] [4]. Den extrema hårdheten hos volframkarbiden kan överskrida bultskärarnas utbytesstyrka, vilket leder till deras misslyckande.
2. Oförmåga att klippa kedjan: Även om bultskärarna inte bryts kan de inte kunna generera tillräcklig kraft för att skjuva volframkarbiden [2] [4]. Kedjan kan motstå skärning, och bultskärrarna kommer helt enkelt att glida eller orsaka mindre ytskador.
3. Potential för skada: att tillämpa överdriven kraft på bultskärare i ett försök att skära en volframkarbidkedja kan vara farlig [2] [4]. Om bladen glider eller går sönder finns det en risk för skada på användaren.
Alternativa metoder för att klippa volframkarbid
Om skärning av en volframkarbidkedja är nödvändig, måste alternativa metoder användas som är specifikt utformade för att skära hårda och spröda material:
1. Diamantskärningsverktyg: Diamantverktyg, såsom diamantblad eller trådsågar, används ofta för att klippa volframkarbid [1]. Diamond, som är det hårdaste kända materialet, kan effektivt mala genom volframkarbid [1]. Dessa verktyg används ofta med en kylvätska för att minska värme och friktion.
2. Skärning av slipande vattenstrålar: Denna metod använder en högtrycksström av vatten blandat med slipande partiklar för att erodera volframkarbiden [1]. Slipande vattendragning är exakt och kan skära genom tjocka delar av volframkarbid utan att generera överdriven värme.
3. Electrical Dischiple Machining (EDM): EDM är en icke-traditionell bearbetningsprocess som använder elektriska gnistor för att ta bort material [1]. Denna metod är särskilt användbar för att klippa komplexa former och hårda material som volframkarbid [1].
4. Laserskärning: Högdrivna lasrar kan användas för att klippa eller förånga volframkarbid [1]. Laserskärning är exakt och kan användas för att skapa komplicerade mönster, men det kan generera betydande värme, vilket potentiellt kan förändra materialets egenskaper nära snittet [1].
Cementerad volframkarbid
Det är viktigt att notera att i många applikationer används volframkarbid i en 'cementerad' form, där volframkarbidpartiklar är bundna samman av ett metallbindemedel, vanligtvis kobolt [1] [3]. Närvaron av bindemedlet kan påverka materialets övergripande egenskaper och dess svar på skärning [3].
-Komposition: cementerade karbider innehåller vanligtvis 80-95% WC och 5-20% kobolt [3].
- Egenskaper: Tillsatsen av kobolt förbättrar materialets seghet och slagmotstånd samtidigt som man bibehåller mycket av hårdheten och slitmotståndet hos ren volframkarbid [3].
Även med tillsats av ett bindemedel förblir cementerad volframkarbid mycket svår att klippa med bultskärare [3]. Bindemedlet förbättrar segheten men minskar inte hårdheten till en nivå som möjliggör enkel skärning med konventionella verktyg [3].
Praktiska överväganden
I praktiska scenarier är försöket att klippa en volframkarbidkedja med bultskärare mycket osannolikt att lyckas och är mer benägna att skada bultskärarna eller orsaka skada [2] [4]. För applikationer som kräver skärning av volframkarbid är specialiserade verktyg och tekniker nödvändiga [1].
Slutsats
Sammanfattningsvis är det inte möjligt att försöka klippa en volframkarbidkedja med bultskärare på grund av den exceptionella hårdheten och tryckhållfastheten hos volframkarbid [3]. Bultskärare är utformade för att klippa mjukare metaller, och volframkarbids egenskaper gör det mycket motståndskraftigt mot sådana metoder [2] [4]. Istället bör specialiserade verktyg som diamantskärningsverktyg, slipande vattendrag, EDM eller laserskärning användas för att klippa volframkarbid [1]. Att förstå egenskaperna och tillämpningarna av volframkarbid är viktigt för att välja lämpliga verktyg och tekniker för att arbeta med detta material [3].
Vanliga frågor (FAQ)
1. Vad gör volframkarbid så hårt?
Volframkarbidens hårdhet härrör från dess unika kristallstruktur och starka kemiska bindningar mellan volfram- och kolatomer [3]. Det hexagonala arrangemanget av atomer och de korta bindningslängderna bidrar till dess exceptionella resistens mot deformation och slitage [3]. Dessutom bidrar materialets höga densitet till dess stabilitet och motstånd mot påverkan [3].
2. Kan volframkarbidsmycken stängas av i en nödsituation?
Ja, volframkarbidsmycken, som ringar, kan stängas av i en nödsituation, men det kräver specialiserade verktyg [1]. Standardsmycken är i allmänhet ineffektiva [1]. Nödlösande svarare och juvelerare använder vanligtvis diamantbelagda skärhjul eller hydrauliska ringskärare för att säkert ta bort volframkarbidringar [1]. Det är viktigt att söka professionell hjälp i sådana situationer för att undvika skador [1].
3. Vilka är de viktigaste fördelarna med att använda volframkarbid när det gäller att klippa verktyg?
De främsta fördelarna med att använda volframkarbid i skärverktyg inkluderar dess höga hårdhet, slitmotstånd och förmåga att upprätthålla en skarp skärkant vid höga temperaturer [1]. Volframkarbidverktyg kan fungera med högre skärhastigheter och hålla längre än traditionella stålverktyg, vilket gör dem idealiska för bearbetning av hårda material och högvolymproduktion [1].
4. Hur påverkar tillägget av kobolt egenskaperna hos volframkarbid?
Tillsatsen av kobolt till volframkarbid skapar en cementerad karbid, vilket förbättrar materialets seghet och slagmotstånd [3]. Kobolt fungerar som ett bindemedel, håller volframkarbidpartiklarna ihop och förbättrar materialets förmåga att motstå chock och stress [3]. Medan tillsatsen av kobolt minskar den totala hårdheten något jämfört med ren volframkarbid, förbättrar det dess hållbarhet och motstånd mot sprickor [3].
5. Vad är skillnaden mellan volframkarbid och volframs semikarbid?
Volframkarbid (WC) och volframs semikarbid (W2C) är två distinkta föreningar av volfram och kol [1]. Volframkarbid består av lika delar av volfram- och kolatomer, medan volframs semikarbid innehåller dubbelt så många volframatomer som kolatomer [1]. Båda föreningarna har olika egenskaper och kan vara närvarande i beläggningar, med sina proportioner beroende på beläggningsmetoden som används [1].
Citeringar:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.whyienjoy.com/can-bolt-cutters-cut-a-tungsten-carbide-chain/
[3] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[4] https://www.mycarbides.com/can-bolt-cutters-cut-a-tungsten-carbide-chain/
[5] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[6] https://www.whyienjoy.com/can-you-cut-tungsten-carbide/
[7] https://www.whitesforestry.com/blogs/news/about-tungsten-carbide-chain
[8] https://www.sollex.se/en/blog/post/about-cemented-tungsten-carbide-appications-part-1
