Czy węglik wolframu jest mocniejszy niż stal?

Czy węglik wolframu jest mocniejszy od stali? Odpowiedź brzmi: tak. Węglik wolframu jest znacznie mocniejszy niż wszystkie rodzaje stali. Twardość węglika wolframu jest zwykle od 2 do 3 razy wyższa niż twardość wysokiej jakości stali stopowej, a w określonych normach pomiarowych może nawet osiągnąć 4 lub więcej razy. Jako profesjonalista producent wyrobów z węglika wolframuPorównam twardość i scenariusze użytkowania węglika wolframu i stali, porównując ich zastosowania przemysłowe. Po pierwsze, możemy szczegółowo wyjaśnić kilka aspektów:

1. Bezpośrednie porównanie twardości:

Węglik wolframu (WC): Jego twardość wynosi zazwyczaj od 8,5 do 9 w skali Mohsa, a twardość Vickersa (HV) może osiągnąć 1800HV lub nawet więcej.

Stal: Stal ma szeroki zakres twardości, w zależności od jej rodzaju i obróbki cieplnej.

Zwykła stal konstrukcyjna: Jej twardość jest bardzo niska, z twardością Vickersa około 150-250 HV.

Hartowana stal narzędziowa/stal matrycowa: Jest to najwyższy poziom twardości, jaki może osiągnąć stal, z twardością Rockwella (HRC) około 60-68. W przeliczeniu na twardość Vickersa około 700-900 HV. Stal szybkotnąca (HSS): Wysokowydajna stal narzędziowa o twardości 64-68 HRC (około 850-900 HV).

Wnioski: Nawet najtwardsza stal (~900 HV) jest tylko o połowę twardsza od węglika wolframu (~1800 HV). Węglik wolframu jest dwa do trzech razy twardszy niż hartowana stal wysokowęglowa. Zobacz poniższy wykres słupkowy:

2. Dlaczego węglik wolframu jest tak twardy?

Zaczyna się to od jego mikrostruktury:

Stal: Składa się głównie z żelaza (Fe), węgla (C) i innych pierwiastków stopowych (takich jak chrom, molibden i wanad). Jej wysoka twardość wynika głównie ze struktury martenzytu powstałej po obróbce cieplnej (hartowaniu). Jest to struktura metastabilna, w której atomy węgla są przesycone w sieci żelaza, powodując zniekształcenie sieci, co skutkuje wyjątkową twardością, ale także większą kruchością.

Węglik wolframu: Jest to cermetal składający się z atomów wolframu (W) i węgla (C) połączonych niezwykle silnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Siła tych wiązań atomowych sprawia, że jego struktura krystaliczna jest niezwykle stabilna i twarda. Powszechnie używane przez nas produkty z "węglika wolframu" (takie jak noże i wiertła) są w rzeczywistości węglikiem spiekanym utworzonym przez spiekanie cząstek węglika wolframu (które zapewniają twardość) z metalicznym spoiwem kobaltowym (Co) (które zapewnia wytrzymałość). Nawet po dodaniu kobaltu, jego ogólna twardość pozostaje znacznie wyższa niż stali.

3. Cena twardości: Twardość (Kruchość):

Chociaż węglik wolframu jest niezwykle twardy, ma on istotną wadę: jest kruchy i ma niską wytrzymałość.

Stal: Ma doskonałą wytrzymałość i może wytrzymać zginanie, uderzenia i odkształcenia bez pękania. Dobry stalowy nóż można znacznie wygiąć, a on i tak się odbije.

Węglik wolframu: Jest bardzo kruchy i ma tendencję do odpryskiwania i kruszenia się, a nie wyginania pod wpływem ostrego uderzenia lub niewłaściwego nacisku. Uderzenie w wiertło z węglika wolframu może spowodować jego wyszczerbienie.

To jak porównywanie szkła i plastiku: szkło (jak węglik wolframu) jest bardzo twarde i odporne na zużycie, ale łatwo pęka po upuszczeniu; plastik (jak stal) jest bardziej miękki i łatwo go zarysować, ale trudno go złamać. Podsumowanie i tabela porównawcza

Własność	Węglik wolframu (Hardmetal)	Stal o wysokiej wytrzymałości (np, Stal narzędziowa)
Twardość	Ekstremalnie wysokie (1800+ HV)	Wysoki (700-900 HV)
Wytrzymałość	Niski (kruchy, podatny na odpryski)	Wysoka (odporność na uderzenia, możliwość zginania)
Odporność na zużycie	Doskonały	Dobry
Wytrzymałość na ściskanie	Bardzo wysoka	Wysoki
Gęstość	Bardzo wysoka (~15,63 g/cm³)	Wysoka (~7,85 g/cm³)
Aplikacje podstawowe	Narzędzia tnące, wiertła, formy, części odporne na zużycie	Ostrza, sprężyny, koła zębate, elementy konstrukcyjne, narzędzia

Scenariusze zastosowań:

Wybierz węglik wolframu: Gdy wymagana jest wyjątkowo wysoka twardość, odporność na zużycie i trwałość, zwłaszcza podczas obróbki innych twardych materiałów (takich jak stal, żeliwo lub materiały kompozytowe). Przykłady obejmują:

Narzędzia tokarskie do obrabiarek, wkładki frezarskie, wiertła górnicze, obudowy zegarków, luksusowe wkłady do długopisów (odporne na zużycie, nieblaknące), wiertła do paznokci i wiertła dentystyczne.

Wybierz stal: Gdy wymagana jest kombinacja właściwości - wytrzymałość, odporność na uderzenia i skrawalność - przy zachowaniu określonego poziomu twardości. Przykłady obejmują:

Młotki, łomy, sprężyny, noże kuchenne, miecze, siekiery, ramy samochodowe, łożyska, koła zębate, wały zębate i ramy urządzeń.

Węglik wolframu może zastąpić stal w następujących sytuacjach, zwiększając w ten sposób żywotność obrabianego przedmiotu, zmniejszając koszty produkcji i poprawiając wydajność.

1. Narzędzia do cięcia metalu: Narzędzia tokarskie, frezy i wiertła

Zastąpione produkty stalowe: Narzędzia ze stali szybkotnącej (HSS). Konkretny przykład:

Podczas obróbki stali, żeliwa, stali nierdzewnej, a nawet twardszych stopów na bazie niklu na centrach obróbczych CNC, wiertła lub frezy ze stali szybkotnącej mogą ulec zużyciu i stępieniu już po kilkudziesięciu częściach.

Rozwiązanie alternatywne: Wymienić krawędź tnącą narzędzia na Wkładki z węglika wolframu (płytki wymienne) lub używać wierteł/frezów pełnowęglikowych.

Zalety:

Prędkość cięcia: Węgliki spiekane pozwalają uzyskać prędkości cięcia 4-8 razy wyższe niż w przypadku stali szybkotnącej, znacznie zwiększając wydajność produkcji.

Żywotność: Żywotność narzędzia wydłuża się dziesiątki, a nawet setki razy, zmniejszając liczbę wymian narzędzi i przestojów.

Jakość przetwarzania: Dokładność wymiarowa i wykończenie powierzchni są lepiej zachowane.

2. Matryce do ciągnienia drutu

Zastąpiony produkt stalowy: Stal narzędziowa.

Konkretny przykład:

Podczas produkcji drutu miedzianego, stalowego i ze stopów aluminium, drut jest siłą przeciągany przez otwór zwany "matrycą ciągnącą" w celu zmniejszenia jego grubości. Proces ten powoduje ekstremalne zużycie wewnętrznego otworu matrycy.

Rozwiązanie alternatywne: Stosowanie ciągadeł z węglików spiekanych. Otwór matrycy jest zwykle wykonany z polikrystalicznego diamentu (PCD), ale podstawa matrycy jest prawie w całości wykonana z węglików spiekanych.

Zalety:

Odporność na zużycie: Setki razy dłuższa żywotność niż w przypadku matryc stalowych, zapewniająca stabilność wymiarową i jakość powierzchni ciągnionego drutu.

Wydajność: Wytrzymuje wyższe prędkości ciągnienia i większą redukcję powierzchni.

3. Części i uszczelki odporne na zużycie

Wymienione produkty stalowe: Odporne na zużycie części wykonane z hartowanej stali i stali nierdzewnej.

Konkretny przykład:

Uszczelnienia mechaniczne w pompach piaskowych: Używane do pompowania cieczy zawierających cząstki stałe (takie jak piasek, żwir i szlam). Te ziarniste media mogą powodować poważną erozję i zużycie powierzchni uszczelniających. Uszczelnienia stalowe mają bardzo krótką żywotność.

Alternatywa: Użycie węglika wolframu (zazwyczaj YG) do uszczelnień dynamicznych i statycznych.

Zalety: Niezwykle wysoka odporność na zużycie zapewnia długą żywotność i niezawodność uszczelnienia w trudnych warunkach pracy, znacznie zmniejszając koszty konserwacji i przestoje.

4. Rolki

Zastąpione produkty stalowe: Walce ze stali stopowej o wysokiej wytrzymałości w walcowniach zimnych. Konkretny przykład:

W pociągu wykańczającym (stanowiska wstępnego wykańczania i wykańczania) walcowni walcówki szybkotnącej, rolki muszą pracować w sposób ciągły pod dużym obciążeniem i w wysokiej temperaturze, co powoduje ich szybkie zużycie.

Rozwiązanie alternatywne: Użycie rolek z węglików spiekanych (zazwyczaj na bazie węglika wolframu).

Zalety:

Odporność na zużycie: Dłuższa żywotność niż w przypadku walców stalowych, co zmniejsza liczbę wymian walców i poprawia dostępność młyna.

Precyzja produktu: Długotrwałe utrzymywanie wymiarów rowka zapewnia wysoką dokładność wymiarową i stałą jakość powierzchni walcówki.

5. Narzędzia górnicze: Wiertła do skał

Zastępowane produkty stalowe: Wiertła ze stali nawęglanej lub stali stopowej.

Konkretny przykład:

W wierceniu ropy naftowej i gazu oraz w górnictwie wiertła używane do wiercenia udarowego (takie jak wiertła szczelinowe i krzyżowe) bezpośrednio zderzają się i ocierają o twardą skałę.

Alternatywne rozwiązanie: Nowoczesne wiertła do skał są wyposażone w zęby z węglików spiekanych osadzone w krawędzi tnącej (zazwyczaj typu YG, które zapewniają doskonałą odporność na uderzenia). Zalety:

Jego twardość i odporność na zużycie pozwalają na łatwe kruszenie skał, podczas gdy wiertła stalowe szybko by się zużyły i zawiodły. Jest to jeden z najbardziej udanych i rozpowszechnionych przykładów zastąpienia stali węglikiem spiekanym.

Najważniejsze podsumowanie i ograniczenia:

Węglik spiekany nie jest panaceum; jego zastąpienie jest warunkowe:

Zalety: Wysoka twardość (HRA 82-94), dobra odporność na ścieranie i wysoka wytrzymałość na ściskanie.

Wady: Kruchość, niska wytrzymałość na zginanie, słaba wytrzymałość i wysoka cena.

Dlatego nie może zastąpić konstrukcji stalowych, które muszą wytrzymać znaczne uderzenia, naprężenia zginające lub wymagają ogólnej wytrzymałości, takich jak ramy samochodowe, nadwozia maszyn i podwozia.

Konstrukcje stalowe w mostach, sprężynach, kluczach i innych narzędziach.

Zastąpienie węglika spiekanego jest zasadniczo kompromisem między odpornością na zużycie a wytrzymałością. W obszarach, w których odporność na zużycie jest najważniejsza, doskonale zastępuje stal, przynosząc rewolucyjny postęp.

Podsumowując, węglik wolframu niezaprzeczalnie przewyższa wszystkie stale pod względem czystej twardości. Nie jest on jednak pozbawiony wad; jego kruchość ogranicza jego zastosowanie w wielu aplikacjach wymagających odporności na uderzenia. Oba te materiały są ważnymi materiałami przemysłowymi o uzupełniających się właściwościach.

Nasza firma znajduje się w pierwszej dziesiątce w Chinach produkty z węglika wolframu producentów. Jeśli potrzebujesz produktów z węglika spiekanego, prosimy o skontaktuj się z nami.