Ist Wolframkarbid stärker als Stahl ？

Ist Wolframkarbid stärker als Stahl? Die Antwort lautet: Ja. Wolframcarbid ist wesentlich härter als alle Arten von Stahl. Die Härte von Wolframkarbid ist in der Regel 2- bis 3-mal so hoch wie die von hochwertigem legiertem Stahl und kann bei bestimmten Messstandards sogar das 4-fache oder mehr erreichen. Als Profi Hersteller von WolframkarbidproduktenIch werde die Härte und die Einsatzszenarien von Wolframkarbid und Stahl vergleichen, indem ich ihre industriellen Anwendungen gegenüberstelle. Zunächst können wir im Detail von mehreren Aspekten zu erklären:

1. Direkter Härtevergleich:

Wolframkarbid (WC): Seine Härte liegt in der Regel zwischen 8,5 und 9 auf der Mohs-Skala, und seine Vickershärte (HV) kann 1800HV oder noch mehr erreichen.

Stahl: Stahl hat je nach Art und Wärmebehandlung eine große Bandbreite an Härtegraden.

Gewöhnlicher Baustahl: Seine Härte ist sehr gering, mit einer Vickershärte von etwa 150-250 HV.

Gehärteter Werkzeugstahl/Matrizenstahl: Dies ist der höchste Härtegrad, den Stahl erreichen kann, mit einer Rockwell-Härte (HRC) von etwa 60-68. Umgerechnet in eine Vickershärte von ca. 700-900 HV. Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS): Ein Hochleistungswerkzeugstahl mit einer Härte von 64-68 HRC (ca. 850-900 HV).

Schlussfolgerung: Selbst der härteste Stahl (~900 HV) ist nur etwa halb so hart wie Wolframkarbid (~1800 HV). Wolframkarbid ist zwei- bis dreimal härter als gehärteter Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt. Bitte beachten Sie das nachstehende Balkendiagramm:

2. Warum ist Wolframkarbid so hart?

Das beginnt bei der Mikrostruktur:

Stahl: Besteht in erster Linie aus Eisen (Fe) mit Kohlenstoff (C) und anderen Legierungselementen (wie Chrom, Molybdän und Vanadium). Seine hohe Härte ist in erster Linie auf die Martensitstruktur zurückzuführen, die sich nach der Wärmebehandlung (Abschrecken) bildet. Dabei handelt es sich um eine metastabile Struktur, bei der die Kohlenstoffatome im Eisengitter übersättigt sind, was zu einer Verzerrung des Gitters und damit zu einer extremen Härte, aber auch zu einer höheren Sprödigkeit führt.

Wolframkarbid: Es handelt sich um ein Cermet-Material, das aus Wolfram- (W) und Kohlenstoffatomen (C) besteht, die durch extrem starke kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Die Stärke dieser atomaren Bindungen macht seine Kristallstruktur extrem stabil und hart. Die "Wolframkarbid"-Produkte, die wir üblicherweise verwenden (z. B. Messer und Bohrer), sind eigentlich ein Sinterkarbid, das durch Sintern von Wolframkarbidpartikeln (die für Härte sorgen) mit einem metallischen Kobalt (Co) als Bindemittel (das für Zähigkeit sorgt) entsteht. Selbst mit dem Zusatz von Kobalt bleibt die Gesamthärte weit höher als die von Stahl.

3. Der Preis der Härte: Zähigkeit (Sprödigkeit):

Obwohl Wolframkarbid extrem hart ist, hat es einen entscheidenden Nachteil: Es ist spröde und hat eine geringe Zähigkeit.

Stahl: Er hat eine ausgezeichnete Zähigkeit und kann Biegungen, Stößen und Verformungen widerstehen, ohne zu brechen. Sie können ein gutes Stahlmesser erheblich verbiegen und es wird immer noch zurückfedern.

Wolframkarbid: Es ist sehr spröde und neigt dazu, abzusplittern und zu zerbrechen, anstatt sich zu biegen, wenn es einem scharfen Schlag oder unsachgemäßem Druck ausgesetzt wird. Wenn Sie auf einen Wolframkarbidbohrer schlagen, kann er splittern.

Das ist wie ein Vergleich zwischen Glas und Kunststoff: Glas (wie Wolframkarbid) ist sehr hart und verschleißfest, zerbricht aber leicht, wenn es herunterfällt; Kunststoff (wie Stahl) ist weicher und leicht zerkratzbar, aber schwer zu zerbrechen. Zusammenfassung und Vergleichstabelle

Eigentum	Wolframkarbid (Hartmetall)	Hochfester Stahl (z.B., Werkzeugstahl)
Härte	Extrem hoch (1800+ HV)	Hoch (700-900 HV)
Zähigkeit	Niedrig (spröde, anfällig für Abplatzungen)	Hoch (stoßfest, biegsam)
Abnutzungswiderstand	Ausgezeichnet	Gut
Druckfestigkeit	Extrem hoch	Hoch
Dichte	Sehr hoch (~15,63 g/cm³)	Hoch (~7,85 g/cm³)
Primäre Anwendungen	Schneidwerkzeuge, Bohrer, Gussformen, verschleißfeste Teile	Klingen, Federn, Zahnräder, Konstruktionsteile, Werkzeuge

Anwendungsszenarien:

Wählen Sie Wolframkarbid: Wenn Sie eine extrem hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit benötigen, insbesondere bei der Bearbeitung anderer harter Materialien (wie Stahl, Gusseisen oder Verbundwerkstoffe). Beispiele hierfür sind:

Drehwerkzeuge für Werkzeugmaschinen, Fräseinsätze, Bohrer für den Bergbau, Uhrengehäuse, Luxusschreibfedern (verschleißfest, lichtecht), Nagelbohrer und Dentalbohrer.

Wählen Sie Stahl: Wenn Sie eine Kombination von Eigenschaften benötigen - Zähigkeit, Schlagfestigkeit und Bearbeitbarkeit - und gleichzeitig einen bestimmten Härtegrad beibehalten wollen. Beispiele hierfür sind:

Hämmer, Brechstangen, Federn, Küchenmesser, Schwerter, Äxte, Fahrzeugrahmen, Lager, Zahnräder, Getriebewellen und Gerätegestelle.

Wolframkarbid kann in den folgenden Situationen Stahl ersetzen und dadurch die Lebensdauer der Werkstücke erhöhen, die Produktionskosten senken und die Produktivität verbessern.

1. Zerspanungswerkzeuge: Drehbankwerkzeuge, Fräser und Bohrer

Ersetzte Stahlprodukte: Werkzeuge aus Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS). Spezifisches Beispiel:

Bei der Bearbeitung von Stahl, Gusseisen, Edelstahl oder sogar härteren Nickelbasislegierungen auf CNC-Bearbeitungszentren können sich Schnellstahlbohrer oder -fräser schon nach wenigen Dutzend Teilen abnutzen und stumpf werden.

Alternative Lösung: Ersetzen Sie die Schneidkante des Werkzeugs durch Wolframkarbid-Einsätze (Wendeschneidplatten) oder Vollhartmetallbohrer/-spitzenfräser verwenden.

Vorteile:

Schnittgeschwindigkeit: Hartmetall ermöglicht Schnittgeschwindigkeiten, die 4-8 Mal höher sind als die von Schnellarbeitsstahl, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert.

Langlebigkeit: Die Lebensdauer der Werkzeuge wird um das Dutzend- oder sogar Hundertfache verlängert, wodurch Werkzeugwechsel und Ausfallzeiten reduziert werden.

Verarbeitungsqualität: Maßgenauigkeit und Oberflächengüte werden besser eingehalten.

2. Drahtziehwerkzeuge

Ersetztes Stahlprodukt: Werkzeugstahl Matrizen.

Konkretes Beispiel:

Bei der Herstellung von Drähten aus Kupfer-, Stahl- und Aluminiumlegierungen wird der Draht gewaltsam durch ein Loch gezogen, das "Ziehstein" genannt wird, um seine Dicke zu verringern. Dieses Verfahren führt zu einer extremen Abnutzung der Innenbohrung des Ziehsteines.

Alternative Lösung: Verwendung von Hartmetall-Ziehsteinen. Die Matrizenbohrung besteht in der Regel aus polykristallinem Diamant (PKD), aber die Matrizenbasis ist fast vollständig aus Hartmetall.

Vorteile:

Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß: Hundertmal längere Lebensdauer als bei Stahlstempeln, gewährleistet Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität des gezogenen Drahtes.

Wirkungsgrad: Höhere Ziehgeschwindigkeiten und eine größere Oberflächenverringerung sind möglich.

3. Verschleißbeständige Teile und Dichtungen

Ersetzte Stahlerzeugnisse: Verschleißfeste Teile aus gehärtetem Stahl und rostfreiem Stahl.

Konkretes Beispiel:

Gleitringdichtungen in Sandpumpen: Zum Fördern von Flüssigkeiten, die feste Partikel enthalten (wie Sand, Kies und Schlamm). Diese körnigen Medien können zu starker Erosion und Verschleiß an den Dichtungsflächen führen. Stahldichtungen haben eine sehr kurze Lebensdauer.

Alternative: Verwenden Sie Wolframkarbid (typischerweise YG) für dynamische und statische Dichtungen.

Vorteile: Die extrem hohe Verschleißfestigkeit gewährleistet eine lange Lebensdauer und Dichtungszuverlässigkeit unter rauen Betriebsbedingungen, wodurch Wartungskosten und Ausfallzeiten erheblich reduziert werden.

4. Walzen

Ersetzte Stahlerzeugnisse: Walzen aus hochfestem legiertem Stahl in Kaltwalzwerken. Spezifisches Beispiel:

In der Fertigstraße (Vor- und Fertiggerüste) einer Hochgeschwindigkeits-Drahtstraße müssen die Walzen ständig unter hoher Belastung und hoher Temperatur arbeiten, was zu einem schnellen Verschleiß führt.

Alternative Lösung: Verwenden Sie Hartmetallrollen (in der Regel auf Wolframkarbidbasis).

Vorteile:

Verschleißbeständigkeit: Längere Lebensdauer als Stahlwalzen, weniger Walzenwechsel und höhere Verfügbarkeit des Walzwerks.

Produktpräzision: Die langfristige Einhaltung der Rillenmaße gewährleistet eine hohe Maßgenauigkeit und gleichbleibende Oberflächenqualität des Walzdrahtes.

5. Werkzeuge für den Bergbau: Gesteinsbohrer

Ersetzte Stahlprodukte: Bohrer aus aufgekohltem Stahl oder legiertem Stahl.

Konkretes Beispiel:

Bei Öl- und Gasbohrungen und im Bergbau stoßen Bohrer, die zum Schlagbohren verwendet werden (z. B. Schlitz- und Kreuzbohrer), direkt auf hartes Gestein und reiben an diesem.

Alternative Lösung: Moderne Gesteinsbohrer haben in der Schneide eingebettete Hartmetallzähne (in der Regel vom Typ YG, der eine hervorragende Schlagfestigkeit bietet). Vorteile:

Dank seiner Härte und Verschleißfestigkeit kann es problemlos Gestein zerkleinern, während Stahlbohrer schnell verschleißen und versagen würden. Dies ist eines der erfolgreichsten und am weitesten verbreiteten Beispiele für den Ersatz von Stahl durch Hartmetall.

Zusammenfassung und Beschränkungen:

Sinterkarbid ist kein Allheilmittel; es kann nur bedingt ersetzt werden:

Vorteile: Hohe Härte (HRA 82-94), gute Verschleißfestigkeit und hohe Druckfestigkeit.

Nachteilig: Sprödigkeit, geringe Biegefestigkeit, geringe Zähigkeit und hoher Preis.

Daher kann es nicht als Ersatz für Stahlkonstruktionen dienen, die erheblichen Stoß- und Biegebelastungen standhalten müssen oder eine hohe Gesamtzähigkeit erfordern, wie z. B. Fahrzeugrahmen, Maschinenkörper und Fahrgestelle.

Stahlstrukturen in Brücken, Federn, Schraubenschlüsseln und anderen Werkzeugen.

Der Ersatz von Sinterkarbid ist im Wesentlichen ein Kompromiss zwischen Verschleißfestigkeit und Zähigkeit. In Bereichen, in denen die Verschleißfestigkeit von entscheidender Bedeutung ist, ersetzt es perfekt den Stahl und bringt einen revolutionären Fortschritt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wolframkarbid unbestreitbar alle Stähle an reiner Härte übertrifft. Seine Sprödigkeit schränkt seine Verwendung bei vielen Anwendungen ein, die Schlagfestigkeit erfordern. Beide sind wichtige industrielle Werkstoffe mit komplementären Eigenschaften.

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