hakkında şirket haberleri Çimento karbidleri (Tungsten karbid + kobalt) neden ısıya dayanıklıdır?

Sert faz olarak volfram karbidinden (WC) ve bağlayıcı faz olarak kobalt (Co) 'dan oluşan çimento karbitleri, yüksek sıcaklıklarda bile sertliğini koruyan nadir endüstriyel malzemelerdir." Maksimum sürekli çalışma sıcaklıkları 800 ° C'e ulaşabilir., ve 1000°C'yi aşan kısa süreli sıcaklıklara dayanabilirler.45 °C çelik 500 °C'den fazla yumuşar) ve yüksek hızlı çelik (W18Cr4V 600 °C civarında önemli sertliği kaybeder)Bu ısı direnci tek bir faktörden kaynaklanmıyor.volfram karbidinin yüksek sıcaklıkta sabitliğinin, kobaltın uyumlu bağlama özelliklerinin ve iki maddenin oluşturduğu mikrostruktur özelliklerinin sinerjik etkisiEndüstriyel üretim için, bu özellik yüksek sıcaklık senaryolarında kritik sorun noktalarını çözüyor:Metal kesimi sırasında sürtünme ısı üretiminden (600~800°C) alüminyum alaşımları mattan dökme kalıplarının çalışma sıcaklıklarına (400~500°C), ve yeraltı yüksek sıcaklıklı ortamlarda madencilik ekipmanlarının aşınması.Bu makale, WC-Co çimentolanmış karbitlerin ısıya dayanıklılığının temel nedenlerini üç boyutlu özelliklerden ayrıştırıyor, mikroyapı ve pratik uygulamalar, ilkeleri kolayca anlaşılabilir hale getirir.

Cementli karbitlerin “sert faz”ı olarak WC, bir binadaki “çeli takviye” gibi davranır, bu da “sert faz”ın “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert faz”ının “sert “" Yüksek sıcaklıklarda malzemenin istikrarlı bir desteği sağlar.Bu, üç önemli açıdan yansıtılmaktadır:

Tungsten karbidinin son derece yüksek bir erime noktası vardır. 2.870°C. endüstriyel ortamlarda karşılaşılan tipik yüksek sıcaklıklardan çok daha yüksektir (çoğu yüksek sıcaklık çalışma koşulları <1,000°C)Karşılaştırmak için:

• Sıradan karbon çelik yaklaşık 1.538 °C'lik bir erime noktasına sahiptir ve artan atom hareketliliği nedeniyle 500 °C'den fazla yumuşar.
• Yüksek hızlı çelik (W18Cr4V) yaklaşık 1.400 °C'lik bir erime noktasına sahiptir; sertliği HRC 62'den 600 °C'de HRC 50'nin altına düşer ve kesim için kullanılamaz hale gelir.
• 1000 ° C'de bile, volfram karbürü sadece hafifçe yumuşar, erime noktasına asla ulaşılmaz, bu nedenle erimiş veya yapısal çöküşe maruz kalmaz.

Tungsten karbidinin biraltıgen kapalı (HCP) kristal yapısıBu yapı, yüksek sıcaklıklarda atom difüzyonunu veya yapısal bozukluğunu önler:

• Oda sıcaklığında, bu yapı WC'ye yüksek sertliğini verir (HRA 90?? 93).
• Yüksek sıcaklıklarda (örneğin, 800 ° C), atomlar hafif titreşim gösterir, ancak atomlar gevşedikçe ve boşluklar genişledikçe deforme olan sıradan metallerden farklı olarak düzenli bir düzen tutarlar.
• Buna karşılık, yüksek hızlı çelik, atom boşluklarının yüksek sıcaklıklarda kolayca genişlediği ve hızla güç kaybına neden olan vücut merkezli kübik (BCC) bir yapıya sahiptir.

Yüksek sıcaklıklı endüstriyel ortamlarda, malzemeler sadece “temperatüre” değil aynı zamanda “çevresel korozyona” (örneğin, havada oksidasyon, kesme sıvıları ile reaksiyona) dayanmalıdır.Tungsten karbid yüksek sıcaklıklarda istikrarlı kimyasal özelliklere sahiptir:

• 800 ° C'nin altında, havaya maruz kaldığında yüzeyinde sadece ince bir oksit filmi (WO3) oluşur. Bu film yoğun ve iç malzemenin daha fazla oksidlenmesini önler.
• Metal kesme sıvıları veya erimiş alüminyum alaşımları gibi yaygın endüstriyel ortamlarla reaksiyona girmez (örneğin çözülmez veya aşınmaz).
• Yüksek erime noktalarına sahip olan seramik malzemelerden (örneğin alümina) farklı olarak, seramikler yüksek sıcaklıklarda erimiş metallerle reaksiyona girmeye eğilimlidir ve WC'nin önlediği bir soruna yol açar.

Genel bir soru ortaya çıkıyor: Kobalt'ın erime noktası WC'den çok daha düşük olan 1.495°C'dir.Kobalt (genellikle ağırlık açısından% 615), bir "bağlayıcı faz" olarak hareket eder ve izole olarak mevcut değildir.Bunun yerine, WC tanelerinin arasında eşit bir şekilde dağılır ve WC tanelerinin Co fazı tarafından kapsüllendiği bir mikrostrüktür oluşturur.

Oda sıcaklığında, kobalt, çatlağı önlemek için sert ancak kırılgan WC tanelerini birbirine bağlayan bir katı metaldir.Kobalt hafifçe yumuşar (yarı katı hale gelir) ancak tamamen erimiyor veya akmıyor:

• Bu hafif yumuşatma aslında WC taneleri arasındaki “buffer” termal stres (farklı malzemeler yüksek sıcaklıklarda farklı hızlarda genişler, stres yaratır),Gerginlik birikimi nedeniyle malzemenin çatlamasını önlemek.
• Bu arada, kobalt ve WC taneleri arasındaki bağlanma gücü (metallürjik bağlama) yüksek sıcaklıklarda güçlü kalır.085°C), bu da 800°C'ye kadar erimeyi ve bağlanma kabiliyetini kaybedecektir.

Yüksek sıcaklıklarda, malzeme taneleri “büyüme eğilimindedir” (küçük taneler daha büyük olanlara karışır), bu da sertlik kaybına yol açar.Kobalt, yüksek sıcaklıklarda aşırı WC tanelerinin büyümesini önlemek için bir "inhibitör" olarak çalışır:

• Kobalt atomları WC tanelerinin yüzeyinde (taneler sınırlarında) absorbe olur ve WC atomlarının difüzyonunu yavaşlatan ve tanelerin birleşmesini engelleyen bir "barikatür katman" oluşturur.
• Kobalt olmadan, WC taneleri 800 ° C'de 10 saat sonra 3 μm'den 8 μm'ye kadar büyüyecek ve sertliği % 20 oranında azaltacaktır.

Bileşenlerinin bireysel özelliklerinin ötesinde, WC ve kobalt tarafından oluşturulan "yoğun mikrostrüktüre" daha fazla ısı direnci artırır.Yüksek kaliteli WC-Co çimentolanmış karbitler yüksek sıcaklıkta sinterlenir (1¥WC tanelerinin eşit olarak dağıtıldığı, Co boşlukları doldurduğu ve önemli gözenekler bulunmadığı bir yapı oluşturmak için (yaklaşık olarak ≥14.5g/cm3).

Eğer bir malzeme gözenekler içerirse, yüksek sıcaklıkta hava veya koroziv ortamlar bu gözeneklerden içeri sızıp oksidasyonu hızlandırabilir (örneğin,Yüksek gözenekli seramikler WC-Co'dan 3 kat daha hızlı oksitlenir)WC-Co'nun yoğun yapısı:

• Neredeyse görünür gözenekler içermez, bu nedenle dış oksijen yalnızca malzemenin yüzeyiyle temas edebilir ve içine nüfuz edemez.
• Yüzeyde oluşan WO3 oksit filmi (800 ° C'nin altında) yoğun yapıya sıkı bir şekilde yapışır ve daha fazla oksidasyona karşı "iki kat koruma" sağlar.

Yüksek sıcaklık senaryolarında, malzemeler genellikle yükleri taşır (örneğin kesme kuvvetleri, kalıp basıncı).WC-Co'daki WC tanelerinin eşit dağılımı, yüklerin Co fazından her WC tanesine eşit olarak aktarılmasını sağlar.Yerelleştirilmiş stres konsantrasyonunun önlenmesi:

• Örneğin, alüminyum alaşımları için kalıplar, kalıpların 400°C'de 20MPa basınca dayanması gerekir.Yüksek sıcaklıklarda yerel yumuşatma nedeniyle deformasyonun önlenmesi.
• Buna karşılık, yüksek hızlı çelik yüksek sıcaklıklarda eşit olmayan sertlik gösterir, bu da daha yumuşak alanlarda deliklenmeye ve kalıp başarısızlığına neden olur.

Avantajlarını vurgulamak için, aşağıda WC-Co'nun endüstride kullanılan diğer yaygın “yaşama dayanıklı, ısıya dayanıklı malzemeler" ile bir karşılaştırması verilmiştir:

Gösterildiği gibi, WC-Co'nun ısı direnci alümina seramikinden biraz daha düşük olsa da, ′′sıcaklık direnci + darbe direnci" (keramikler yüksek sıcaklıklarda çatlamaya eğilimlidir) dengeler.Yüksek hızlı çelik ve karbon çelik ile karşılaştırıldığında, “yüksek sıcaklık aşınması + yük taşıma” senaryoları için en iyi seçimlerden biri haline getiren “sıcaklığa direnç ve sertlik tutma” açısından avantajları önemlidir.

WC-Co'nun ısı dayanıklılığı, formülüne göre değişir ve öncelikleKobalt içeriğivevolfram karbid tanesi boyutuBir not seçerken şu faktörleri göz önünde bulundurun:

Çatlaklanmayı önlemek için yeterli sertlikte, daha düşük kobalt içeriği daha yüksek WC% ve daha iyi ısı direnci anlamına gelir:

• Düşük kobalt (örneğin, YG6): Yüksek WC içeriği, yüksek sıcaklıklarda ≥92% sertliği korur. Düşük etki, yüksek sıcaklık senaryoları için uygundur (örneğin, hassas öğütme araçları).
• Orta kobalt (örneğin, YG8): Sıcaklığa direnç ve sertliği dengeler. Orta etki, orta sıcaklık senaryoları için uygundur (örneğin, genel amaçlı kesme araçları).
• Yüksek kobalt (örneğin, YG15%), mükemmel sertlik ve darbe direnci, ancak yüksek sıcaklıklarda% 85'lik sertliği korur.madencilik matkapları).

İnce taneli WC (1 ′′3 μm) daha fazla taneli sınırlara sahiptir, burada kobalt atomları yüksek sıcaklıklarda tanenin büyümesini önlemek için daha güçlü ′′inhibitörler" olarak hareket eder:

• İnce taneler WC-Co (örneğin, YG6X): 800 °C'de 10 saat sonra, tanelerin büyümesi% 5'tir ve sertlik neredeyse değişmez kalır.
• Kaba tahıl WC-Co (örneğin, YG15): Aynı koşullar altında tahıl büyümesi %15'i aşar ve sertlik %10 oranında düşer.
• Yüksek sıcaklıklı hassasiyet senaryoları için (örneğin, yüksek sıcaklıklı yarı iletken armatürler), ince taneler öncelik verir.

Birçok kişi WC-Co'nun ısı direncinden yoksun olduğunu varsayar çünkü kobalt düşük bir erime noktasına sahiptir (1,495 ° C).

• WC-Co'da, kobalt “izole” olarak değil, WC tanelerinin çevresinde “ ince bir film” olarak vardır. WC tarafından korunur, saf kobalt gibi yumuşamaz veya akmaz (800 ° C'de yarı sıvıya dönüşür).
• Pratik testler gösteriyor ki: 800 °C'de WC-Co'daki Co fazı sadece hafifçe yumuşar (sertliği ~HRC 20), ancak WC tanelerini bağlar.

WC-Co çimento karbitlerinin ısı dayanıklılığı tek bir bileşene bağlı değildir, ancak ¥WC'nin yüksek erime sabit iskeletinin, kobaltın yüksek sıcaklıkta bağlanmasının ve tamponlanmasının ve yoğun,Tekdüze mikroyapı." Bu özellik, 600~800°C'de sertliğini korumasını sağlarken, ılımlı darbe ve yüklere dayanabilir olması, onu metal kesme, yüksek sıcaklıkta kalıplar,ve yüksek sıcaklıklı madencilik ortamları.

Volfram karbit endüstrisindeki profesyoneller için, WC-Co ürünlerini tavsiye ederken, sınıfı müşterinin “maksimum çalışma sıcaklığı + darbe yükü” ile uyumlu hale getirin:Düşük kobaltlı ince taneler seçin (e. örneğin, YG6X) yüksek sıcaklıklı, düşük etki senaryoları için; orta sıcaklıklı, orta etki senaryoları için orta kobaltlı orta taneler (örneğin, YG8) ve yüksek kobaltlı kaba taneler (örneğin,YG15) düşük sıcaklık için, yüksek etki senaryoları.