Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Карбид вольфрама

Карбид вольфрама

Под карбидом вольфрама подразумевается в основном моновольфрамовый карбид WC и изготовленный из неоксидной керамики . Это промежуточная кристаллическая фаза и карбид .

Карбид вольфрама — это так называемый твердый металл , который перерабатывается в инструменты (сверла, токарные инструменты, фрезы и т. Д.).

Карбид вольфрама известен как естественное образование с 1986 года, а с 2007 года был признан самостоятельным минералом под названием Qusongit . Минерал не имеет экономического значения, поскольку карбид вольфрама промышленно производится из вольфрама и углерода .

Физические свойства

Карбид вольфрама представляет собой порошок серого цвета. Имеет две кристаллографические модификации: α-WC с гексагональной решёткой (периоды решетки a = 0,2906 нм, c = 0,2839 нм), пространственная группа P6m2 и β-WC с кубической гранецентрированной решеткой (a = 0,4220 нм), пространственная группа Fm3m, которая устойчива свыше 2525 °C. При этом в интервале температур 2525−2755 °C существуют обе фазы. Фаза α-WC не имеет области гомогенности, поэтому отклонение от стехиометрического состава приводит к появлению W2C или графита. При нагреве выше 2755 °C α-WC разлагается, образуя углерод и фазу β-WC. Фаза β-WC описывается формулой β-WC1−x, где (0 ⩽ x ⩽ 0,41) и имеет широкую область гомогенности, которая с понижением температуры уменьшается.

Обычно карбид вольфрама считается хрупким соединением, однако обнаружено, что под нагрузкой он проявляет пластические свойства, которые проявляются в виде полос скольжения.

Кристаллы карбида вольфрама имеют анизотропию твёрдости в различных кристаллографических плоскостях. В зависимости от ориентации минимальное значение микротвёрдости составляет 13 ГПа, а максимальное — 22 ГПа.

  • Твёрдость по Роквеллу 92−94 HRA
  • Модуль упругости 710 ГПа
  • Стандартная энтропия 8,5 ± 1,5 кал/(моль·°C)
  • Энтропия образования из элементов −0,31 кал/(моль·°C)
  • Коэффициент линейного теплового расширения 3,84−3,9·10 −6 1/K
  • Характеристическая температура (температура Дебая) 493 K
  • Удельное электрическое сопротивление 19,2 ± 0,3 мкОм·см при 20 °C
  • Удельная электропроводность 52200 Ом −1 ·см −1
  • Термический коэффициент электросопротивления +0,495·10 −3 1/K при 20−1500 °C
  • Коэффициент термо-ЭДС −23,3 мкВ/K
  • Работа выхода 3,6 эВ
  • Постоянная Ричардсона 2,7 А/(см 2 ·K 2 )
  • Постоянная Холла (−21,8 ± 0,3)·10 4 см 3 /Kл
  • Коэффициент электронной теплоёмкости 0,79 мДж/(моль·K 2 )
Читайте так же:
Материал для выжигания по дереву

Область применения

Из-за своих уникальных свойств вольфрам получил широкое применение. В промышленности он применяется в чистом виде и в сплавах.

Основными областями применения являются:

Вольфрамовые электроды

  • Стали специальные. При производстве быстрорежущих сталей и для инструментальных сталей этот материал применяется в качестве легирующего элемента или же основного компонента. Из таких сталей производят штампы, пуансоны, фрезы, свёрла и прочие. Буква «Р» в названии сплава означает, что это быстрорежущая сталь, а буквы «К» или «М» — сталь легированная кобальтом или молибденом. Вольфрам ещё входит в состав сталей магнитных, которые подразделяются на вольфрам кобальтовые и вольфрамовые.
  • Сплавы твёрдые на основе карбида вольфрама. Это соединение углерода и вольфрама. Он тугоплавкий, износостойкий и имеет высокую твёрдость. Из него изготавливают рабочие части буровых и режущих инструментов.
  • Износостойкие и жаропрочные сплавы. В них использована тугоплавкость вольфрама. Наиболее распространёнными являются хромовые и кобальтовые соединения — стеллиты. Обычно их при помощи наплавки наносят на сильно изнашивающиеся машинные детали.
  • Тяжёлые и контактные соединения. К ним относят сплавы вольфрама с серебром и медью. Это довольно эффективные контактные материалы для производства рабочих частей выключателей, рубильников, электродов для точечной сварки и прочих оборудований.
  • Электроосветительная и электровакуумная техника. Вольфрам в виде разных кованых деталей, ленты или проволоки используют в производстве рентгенотехники, радиоэлектроники и электроламп. Это лучший материал для спиралей и нитей накаливания. Вольфрамовые прутки и проволоки служат для высокотемпературных печей электронагревателями. Эти электронагреватели могут работать в атмосфере инертного газа, водорода или вакуума.
  • Сварочные электроды. Сварка является важной сферой для применения этого металла. Из него делают электроды для сварки дуговой, так как они неплавкие.

Свойства соединений

Сплавы на основе карбида вольфрама обладают следующими преимуществами:

  • устойчивость к окислению;
  • пластичность, проявляемая под нагрузкой;
  • не вступает в реакцию со многими кислотами;
  • химически малоактивный, поэтому относится к низкотоксичным веществам;
  • отполированный сплав невозможно поцарапать;
  • не бледнеет со временем;
  • тугоплавкость;
  • повышенная твердость, которая не снижается при высоких температурах.
Читайте так же:
Алмазные шлифовальные круги для заточки инструмента

Соединения вольфрама

Сплавы соединения металла вольфрама имеют множество преимуществ

Последние два свойства обусловлены сильными связями между атомами в кристаллах, из которых состоит соединение.

Технологии изготовления

Есть несколько способов получения твердых сплавов: восстановление оксида вольфрама углеродом с дальнейшей карбидизацией; электролиз расплавленных солей; осаждение из газовой фазы; восстановление соединений тугоплавкого металла с дальнейшей карбидизацией; выращивание из расплава монокристаллов карбида вольфрама; насыщение тугоплавкого металла углеродом. Наибольшее распространение получила последняя технология. Твердые сплавы бывают двух видов:

  1. Литые. Их получают с помощью отливки. Для этого применяют вольфрам (в виде порошка); соединения карбида или его смеси с тугоплавким металлом, содержащие низкий процент углерода. Образованный сплав отличается высокой твердостью и износостойкостью. Но для литых соединений характерна хрупкость, поэтому их не везде можно использовать. Основные сферы применения — производство инструментов для бурения и для волочильных станков, на которых производят проволоку.
  2. Спеченные. Они состоят из карбида вольфрама и соединяющего металла, который выполняет связывающую функцию. В роли последнего часто используют кобальтовый, никелевый, молибденовый материалы.

Физические свойства [ править ]

Карбид вольфрама представляет собой порошок серого цвета. Имеет две кристаллографические модификации: α-WC с гексагональной решеткой (периоды решетки a = 0,2906 нм, c = 0,2839 нм), пространственная группа P6m2 и β-WC с кубической гранецентрированной решеткой (a = 0,4220 нм), пространственная группа Fm3m, которая устойчива свыше 2525 °C [4] . При этом в интервале температур 2525−2755 °C существуют обе фазы. Фаза α-WC не имеет области гомогенности, поэтому отклонение от стехиометрического состава приводит к появлению W2C или графита. При нагреве выше 2755 °C α-WC разлагается образуя углерод и фазу β-WC. Фаза β-WC описывается формулой β-WC1-x, где (0 ≤ x ≤ 0,41) и имеет широкую область гомогенности, которая с понижением температуры уменьшается [5] .

Читайте так же:
Граверные работы по дереву

Обычно карбид вольфрама считается хрупким соединением, однако обнаружено, что под нагрузкой он проявляет пластические свойства, которые проявляются в виде полос скольжения [2] .

Кристаллы карбида вольфрама имеют анизотропию твёрдости в различных кристаллографических плоскостях, так в зависимости от ориентации минимальное значение микротвёрдости составляет 13 ГПа, а максимальное 22 ГПа [5] [2] .

  • Твёрдость по Роквеллу 92−94 HRA [6]
  • Модуль упругости 710 ГПа
  • Стандартная энтропия 8,5±1,5 кал/(моль• °C)
  • Энтропия образования из элементов −0,31 кал/(моль• °C)
  • Коэффициент линейного теплового расширения 3,84−3,9•10 −6 1/K
  • Характеристическая температура (температура Дебая) 493 K
  • Удельное электрическое сопротивление 19,2±0,3 мкОм•см при 20 °C
  • Удельная электропроводность 52200 Ом −1 •см −1
  • Термический коэффициент электросопротивления +0,495•10 −3 1/K при 20−1500 °C
  • Коэффициент термо- э.д.с. −23,3 мкВ/град
  • Работа выхода 3,6 эВ
  • Постоянная Ричардсона 2,7 А/(см 2 •град 2 )
  • Постоянная Холла −21,8±0,3 см 3 /K•10 4
  • Коэффициент электронной теплоемкости 0,79 мДж/(моль•град 2 ) [7]

Применение вольфрама

Большинство областей применения вольфрама используют такие его качества, как высокая температура плавления, плотность и пластичность. Вольфрам незаменим в следующих областях:

  • Чистый вольфрам, это единственный металл, который применяется в нитях накаливания осветительных ламп, радиолампах, кинескопах и прочих электровакуумных приборах;
  • В чистом виде и в составе сплавов используется при производстве сердечников подкалиберных бронебойных снарядов и пуль;
  • Высокая плотность вольфрама позволяет изготавливать роторы малогабаритных гироскопов ракетной техники и космических аппаратов;
  • Изготовление неплавящихся электродов при аргонно-дуговой сварке;
  • Устройства защиты от ионизирующих излучений из вольфрама эффективнее, чем традиционные свинцовые. Использование вольфрама экономически выгодно, несмотря на более высокую стоимость, чем у свинца. Это вызвано тем, что расход вольфрама при тождестве технических характеристик изделия намного меньше.
  • Изделия из вольфрама не нуждаются в защите от коррозии благодаря низкой химической активности при нормальных температурных условиях.
Читайте так же:
Какой песок используют для пескоструя

Сверла из вольфрама

Соединения вольфрама с углеродом более известны как «победит». Их высокая твердость используется в режущих напайках металлообрабатывающих инструментов — резцов, сверл, фрез. Инструменты с победитовыми напайками используются для обработки практически любых материалов, начиная от древесины, где почти не требуют периодической заточки, до любых пород камня. Для заточки победитовых инструментов требуются абразивы с самой высокой твердостью. В полной мере этому соответствуют алмазные и эльборовые абразивы имеющие самую высокую твердость среди всех известных.

Победитовые напайки крепятся к рабочим кромкам инструмента при помощи пайки медью. В качестве флюса используется бура.

Карбид вольфрама используется в ювелирных изделиях, в частности, в кольцах. Высокая твердость материала позволяет сохранить блеск изделия в течение всего срока службы.

Победит изготавливают порошковым методом, используя для скрепления кристаллом карбида вольфрама кобальт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector