О вольфрамовом карбиде / цементированном карбиде

Задний план
После открытия Шеее \" Вольфрам\"в 1781 году потребовалось дополнительные 150 лет до того, как усилия его и его преемников привели к применению карбида вольфрама в отрасли.

Определение цементированного карбида
Основное использование вольфрама (в форме карбид вольфрама) теперь находится в изготовлении цементированного карбида. Цементный карбид или твердый металл, как его часто называют, представляет собой материал, сделанный \"цементирующим \" очень твердым вольфрамовым монокарбидом (WC) зернами вольфрамового монокарбида (WC) в матрице связующего жесткого металла кобальта с помощью жидкостного спекания.
Этот материал классифицируется технически, как \"хрупкий \" материал, поскольку он проявляет мало или без пластической деформации, предшествующую началу трещины. Все материалы содержат некоторое количество дефектов в виде пустот, пор или микро-трещин. Эти дефекты приводят к снижению прочности материала. В случае пластичных материалов, таких как алюминиевый, мягкие стали или медь, частота дефектов менее критична, чем в хрупких материалах. Спеченный карбид вольфрама демонстрирует более широкий спектр стрессов разрушения разброса, в первую очередь к существованию микро-пустотов, по сравнению с пластичными материалами. Значение напряжения при разрушении также может широко варьироваться в зависимости от размера, напряженного состояния (растягивающие, изгиб, кручение), формы и тип нагрузки. Несмотря на значительную изменчивость стресса при провале, цементированный карбид имеет значительно высокую силу для того, что некоторые считают
\"керамический \" или материал CMMET.
Определение керамического материала является брак металла до неметаллического, например, кремниевый (металлический) карбид (углерод, неметал), оксид алюминия, нитрида кремния или карбид вольфрама. Керметь представляет собой композитный материал, состоящий из керамических (CER) и металлических (встречных) материалов. Кермете идеально спроектированы, чтобы иметь оптимальные свойства как керамики, такие как высокая температурность и твердость, а также из металла, такого как способность подвергаться пластической деформации. Металл используется в качестве связующего с оксидом, боридом, карбидом или глинозором. Как правило, используемые металлические элементы являются кобальт, никель и молибден. Это добавление металлического связующего, то есть кобальт или никель, который делает цементированный карбид (WC - CO) CMMET и дифференцирует его от действительно хрупких материалов, то есть керамической семейства материалов.
Комбинация WC и Metallic Cobalt в качестве связующего - это хорошо скорректированная система не только в отношении его свойств, но и к его спеканию.
Высокая растворимость WC в кобальте при высоких температурах и очень хорошее смачивание WC при жидком связующем кобальте приводит к превосходной уплотнению во время спекания с жидким фазой и в структуре без поров. В результате этого получается материал, который сочетает в себе высокую прочность, ударную вязкость и высокую твердость.

История
Начало производства карбида вольфрама может быть прослежено до начала 1920-х годов, когда компания Немецкая электрическая лампочка, Осрам, искала альтернативы дорогим алмазным рисунком, используемым в производстве вольфрамовой проволоки.
Эти попытки привели к изобретению цементированного карбида, который вскоре производится и продавали несколько компаний для различных применений, где его высокая износостойкость была особенно важна. Первые сочинения карбида вольфрама вскоре были успешно применены в резке и фрезере чугуна, и в начале 1930-х годов новаторские цементированные карбидные компании запустили первые сталелизованные сорта, которые, в дополнение к карбиду вольфрама и кобальте, также содержали Карбиды титана и тантала.
При добавлении карбида титанового карбида и карбида тантала, высокотемпературное износостойкость, горячая твердость и устойчивость к окислению твердых металлов значительно улучшены, а твердые удары WC-Tic- (Ta, NB) C-CO являются отличными режущими инструментами для обработки стали. По сравнению с высокоскоростной сталью скорость резания увеличилась с 25 до 50 м / мин до 250 м / мин для поворота и фрезерования стали, которая революционизирована производительность во многих отраслях промышленности.
Вскоре после этого началась революция в горнодобывающих инструментах. Первые инструменты добычи с цементированными карбидными наконечниками увеличивали срок службы рок-сверла, по меньшей мере, десять раз по сравнению с стальным буренным инструментом.

Потребление
Во всех этих приложениях произошло постоянное расширение в потреблении цементированного карбида из годового мира в общей сложности 10 тонн в 1930 году; до 100 тонн около 1935 года; 1000 тонн в начале 1940-х годов; Через 10000 тонн в начале 1960-х годов и до почти 30 000 тонн в настоящее время.
Разработка инструментов для резки металлов было очень быстрым в течение последних четырех десятилетий, которые были значительно стимулированы гораздо улучшенными технологиями дизайна и изготовления, например, Введение индексируемых вкладышей в 1950-х и изобретение покрытых классов около 1970 года.

Покрытия
Первое покрытие было тонким слоем (толщиной ~ 5 мкм) карбида титана, изготовленного процессом химического осаждения паров (CVD). Это улучшило срок службы инструментов в 2-5 раза.
С тех пор эта техника была улучшена многослойными покрытиями, где были добавлены слои оксида алюминия, нитрида титана и другие материалы, которые дополнительно улучшили жизнь в 5-10 раз.

Новые методы
Тем не менее, покрытие и улучшенная конструкция - только одна сторона монеты. Непрерывное улучшение методов промежуточных и производственных технологий привело к улучшению производительности твердотельных металлов и открытых новых областей применения. Введение извлечения растворителя в химии вольфрама новые методы уменьшения водорода и карбюрации улучшили чистоту и однородность порошка карбида вольфрама и вольфрама.
Параллельно, новое фрезерование, распылительные сушки и методы спекания привели к улучшению твердотельных свойств и производительности. Примечательно, что непрерывное улучшение технологии вакуумной спекании и, начиная с конца 1980-х годов, горячего изостатического давления спекания привело к новым стандартам в твердое качество.

Размером с зернышко
История вольфрамовой порошковой металлургии, и особенно в том, что защитная промышленность характеризуется неуклонно расширенным диапазоном доступных размеров зерна для переработки в промышленности; В то же время, в то же время распределение размера зерна для каждого сорта порошка туалета стало уже и уже.
Самая важная причина этого расширения спектра доступных сортов WC заключается в том, что, помимо этих вариантов, достигаемых содержимым кобальтом и некоторыми карбидными добавками, свойства жесткости WC-CO, таких как твердость, вязкость, прочность, устойчивость к истиранию и теплопроводность. быть широко варьированным с помощью размера зерна WC. В то время как спектр доступных размеров зерна WC варьировался от 2,0 до 5,0 мкм в первые дни жесткой промышленности в середине 1920-х годов, размеры зерна порошков туалета, которые теперь используются в жестких расстояниях от 0,5 мкм до 50 мкм или даже 150 мкм для Некоторые очень особенные приложения.

Приложения
На основании широкого спектра размеров зерна теперь доступны не только очень твердые и устойчивые к истиранию, но и очень жесткие, Hardmetals могут быть созданы для широко распространенных приложений в высокотехнологичных инструментах, износостойких деталей и полезных ископаемых, а также для многих секторов инженерии промышленность.
Карбид вольфрама (WC), также называемый цементированным карбидом, представляет собой композитный материал, изготовленный процессом, называемой порошковой металлургией. Порошок карбида вольфрама, как правило, начиная с пропорцией от 70% -97% от общего веса, смешивают с связующим металлом, обычно кобальтом или никелем, уплотненным в матрице, а затем спеченным в печи. Термин \"цементирован \" относится к частицам карбида вольфрама, подлежащих захваченным в металлическом связующем материале и \"цементированных \" вместе, образуя металлургическую связь между частицами вольфрамовых карбидов и связующим (WC - CO) в процессе спекания Отказ Цементированная карбидная промышленность обычно относится к этому материалу как просто \"карбид \", хотя термины вольфрамового карбида и цементированного карбида используются взаимозаменяемо. Процесс уплотнения выполняется при очень высоком давлении для формирования части с согласованностью мела доски. Небольшое количество воска (парафина) будет добавлено
Чтобы увеличить зеленую прочность и помочь в обращении с уплотненной формой. В этом \"зеленом \" состоянии он может быть сформирован или формируется обычными методами, такими как поворот, шлифование и сверление. Затем сформированный карбид затем спешается (помещается в печь при высокой температуре). Во время процесса спекания карбид может сокращаться до 20% линейно или почти 48% по объему. Спеченные детали могут быть сделаны для удержания допуска ± 0,8% от размера или ± 0,005 \", в зависимости от того, что больше, с меньшими частями, удерживаемыми до еще большей точности. После спекания, цементированного карбида материал очень сложно и может быть \" Обработанные \"только по алмазной шлифованию, электрической разрядной обработке (EDM) или аналогичных методах. Крепежный карбид обладает уникальными инженерными свойствами, которые делают его оптимальным материалом для широкого спектра промышленных применений. Крепежный карбид используется для частей
Это должно противостоять всем формам износа (включая истирание скольжения, эрозию, коррозию / износ и металл в металл). Он также используется для сопротивления отклонения, деформации, воздействия и высоких температурах (при сохранении многих его физических свойств, особенно твердости). Он демонстрирует высокую прочность на сжатие и обеспечивает надежное обслуживание, где другие материалы быстро проваливаются. Он также имеет уникальные ограничения дизайна, которые должны быть рассмотрены. Эти соображения покрыты ниже и в следующей главе.

Инструменты для добычи и резки
Существует быстрое развитие в инструментах добычи полезных ископаемых и резки камня, с улучшенной производительностью, которая привела к увеличению замещения стальных инструментов за счет цементированных карбидных инструментов, в частности в нефтяной промышленности. Примечательно, что использование очень грубых зернообразованных твердое лекарств растет в этой области приложения.
Носить детали
Большая часть объема вольфрама в цементированном карбиде сегодня используется в приложениях износа, где существует широкий ассортимент продуктов от очень маленьких (таких как шарики для шариковых ручек) до больших и тяжелых продуктов, таких как удары, Умирает или горячие рулоны для прокатных мельниц в стальной промышленности.
Большинство из этих износостойких деталей и горнодобывающих инструментов изготавливаются из прямых фурматов WC-CO без какого-либо добавления других карбидов.
Прекрасные и ультрафинированные зернистые трубы туалетных туалетов стали все более и важнее в области износостойких деталей, инструментов для формования и режущих инструментов Chibless для чугуна, цветных сплавов и древесины.
Первые субмикронные гибкие удары были запущены на рынке в конце 1970-х годов, и с этого времени микроструктуры таких жестких металлов стали добычей и тоньше. Главный интерес к емкостям с такими более мелкими размерами зерна происходит от понимания того, что жесткость и износостойкость увеличивается с уменьшением размера зерна WC.
Прекрасные дрели
Специальное приложение для этих тонких или ультрафинированных трубных металлов, включающих большие количества цементированного карбида, находится в сверл для сверления очень тонких отверстий в печатных платах для компьютерных и электронных отраслей. Для этого новые цементированные карбидные композиции, основанные на основе