Prášok z karbidu volfrámu: Nespievaný hrdina tvrdosti

Prášok karbidu volfrámu ( $WC$ ) je pravdepodobne najznámejšou a komerčne najdôležitejšou formou karbidový prášok . Je to jemný sivý prášok, ktorý slúži ako primárna surovina na výrobu „slinutého karbidu“, kompozitného materiálu, ktorý spôsobil revolúciu v priemyselnom obrábaní a ochrane proti opotrebeniu. Tento materiál vďačí za svoj rozdiel neporovnateľnej kombinácii extrémnej tvrdosti, vysokej pevnosti a odolnosti proti opotrebeniu, vlastnostiam odvodeným priamo od starostlivého spracovania základného prášku.

Zloženie a vlastnosti

Karbid volfrámu je zlúčenina volfrámu a uhlíka, zvyčajne s chemickým vzorcom $WC$ . Jeho kryštálová štruktúra je vysoko stabilná a pevná, čo sa premieta do jej výnimočných fyzikálnych vlastností:

• Tvrdosť podľa Mohsa: Približne 9 až 9,5, vďaka čomu je porovnateľný s korundom (zafírom) a len o niečo mäkší ako diamant.

• Teplota topenia: Extrémne vysoká, okolo $2,870^{\circ }C$ ( $5,200^{\circ }F$ ).

• Hustota: Je pozoruhodne hustá, takmer dvakrát väčšia ako oceľ, čo prispieva k pevnosti materiálu a odolnosti voči deformácii.

• Odolnosť proti opotrebovaniu: Vykazuje vynikajúcu odolnosť proti oderu, erózii a tepelným šokom, čo je nevyhnutné pre vysokorýchlostné rezanie.

Kvalita konečného cementovaného dielu je priamo úmerná čistote, veľkosti častíc a distribúcii pôvodného dielu prášok karbidu volfrámu . Výrobcovia starostlivo kontrolujú zrnitosť v rozmedzí od submikrónové (nanozrno) na niekoľko mikrónov, aby sa vlastnosti prispôsobili - jemnejšie zrná zvyčajne poskytujú vyššiu tvrdosť, ale nižšiu lomovú húževnatosť.

Cesta k slinutému karbidu

Prášok karbidu volfrámu zriedka sa používa samostatne; jeho plný potenciál sa odomkne vtedy, keď je cementované (alebo viazané) s tvárnym kovom, najčastejšie kobalt ( $Co$ ), aj keď niekedy nikel ( $Ni$ ) alebo železo ( $Fe$ ). Tento proces je kritický:

1. Miešanie: The $WC$ prášok sa dôkladne premieša s práškom kobaltového spojiva, často zahŕňa mletie za mokra, aby sa zabezpečilo homogénne zmiešanie.

2. Stláčanie: Zmes sa lisuje do požadovaného tvaru súčiastky (napr. rezná vložka alebo polotovar vrtáku).

3. Spekanie: Lisovaný diel sa zahrieva vo vákuu alebo v inertnej atmosfére na teploty nad teplotou topenia kobaltu, ale pod $WC$ 's. Roztavený kobalt preniká a "scementuje" tuhé zrná karbidu volfrámu dohromady, čím vytvára hustú kompozitnú tvrdokovovú štruktúru.

Tento finálny cementovaný materiál si zachováva neuveriteľnú tvrdosť prášok karbidu volfrámu pričom z kobaltovej matrice získava potrebnú húževnatosť a odolnosť proti nárazu.

Nevyhnutné priemyselné úlohy

Výsledný slinutý karbid z prášok karbidu volfrámu je nevyhnutný v niekoľkých náročných odvetviach:

• Obrábanie: Väčšina moderných operácií obrábania, frézovania a sústruženia sa spolieha na karbid volfrámu doštičky vďaka svojej schopnosti zachovať ostrú hranu a tvrdosť aj pri vysokých teplotách vznikajúcich pri vysokorýchlostnom rezaní.

• Ropa a plyn/ťažba: Využívajú sa vrtáky, vŕtacie nástroje a komponenty na hydraulické štiepenie prášok karbidu volfrámu kompozity, aby odolali extrémnemu oderu a nárazovým silám, ktoré sa vyskytujú pri vŕtaní hornín.

• Nástroje: Časti podliehajúce opotrebeniu, ako sú tvarovacie lisovnice, razidlá a formy, ktoré sú vystavené opakovanému vysokému namáhaniu a cyklom opotrebovania, sa zvyčajne vyrábajú zo slinutého karbidu volfrámu, čo zaručuje dlhú životnosť a presnosť.

• Vylepšenie povrchu: Dobre $WC$ prášok sa používa aj v náteroch žiarovým striekaním na pridanie vrstvy odolnosti proti opotrebovaniu na kľúčové komponenty motora a stroja.

Výkon prakticky každého moderného výrobného procesu, ktorý si vyžaduje presnosť, rýchlosť a vytrvalosť, sa v konečnom dôsledku spolieha na vynikajúce vlastnosti, ktoré prášok karbidu volfrámu .