Является ли карбид вольфрама прочнее стали ？

Является ли карбид вольфрама прочнее стали? Ответ - да. Карбид вольфрама значительно прочнее всех видов стали. Твердость карбида вольфрама обычно в 2-3 раза выше, чем у высококачественной легированной стали, а при определенных стандартах измерения может достигать 4 раз и более. Как профессионал производитель изделий из карбида вольфрамаЯ сравню твердость и сценарии использования карбида вольфрама и стали, сравнивая их промышленное применение. Во-первых, мы можем подробно объяснить несколько аспектов:

1. Прямое сравнение твердости:

Карбид вольфрама (WC): Его твердость обычно составляет от 8,5 до 9 по шкале Мооса, а твердость по Виккерсу (HV) может достигать 1800HV и даже выше.

Сталь: Сталь имеет широкий диапазон твердости, в зависимости от ее типа и термической обработки.

Обычная конструкционная сталь: Твердость очень низкая, твердость по Виккерсу составляет примерно 150-250 HV.

Закаленная инструментальная сталь/сталь для штампов: Это самый высокий уровень твердости, которого может достичь сталь, с твердостью по Роквеллу (HRC) около 60-68. В пересчете на твердость по Виккерсу она составляет примерно 700-900 HV. Высокоскоростная сталь (HSS): Высокопроизводительная инструментальная сталь с твердостью 64-68 HRC (примерно 850-900 HV).

Выводы: Даже самая твердая сталь (~900 HV) лишь наполовину тверже карбида вольфрама (~1800 HV). Карбид вольфрама в два-три раза тверже, чем закаленная высокоуглеродистая сталь. Смотрите гистограмму ниже:

2. Почему карбид вольфрама такой твердый?

Все начинается с его микроструктуры:

Сталь: В основном состоит из железа (Fe), углерода (C) и других легирующих элементов (таких как хром, молибден и ванадий). Ее высокая твердость обусловлена в первую очередь мартенситной структурой, образующейся после термической обработки (закалки). Это метастабильная структура, в которой атомы углерода перенасыщены в решетке железа, что приводит к деформации решетки, в результате чего достигается высокая твердость, но также и повышенная хрупкость.

Карбид вольфрама: Это металлокерамический материал, состоящий из атомов вольфрама (W) и углерода (C), связанных между собой очень прочными ковалентными связями. Прочность этих атомных связей делает его кристаллическую структуру чрезвычайно стабильной и твердой. Продукты из карбида вольфрама, которые мы обычно используем (например, ножи и сверла), на самом деле представляют собой цементированный карбид, образованный спеканием частиц карбида вольфрама (которые обеспечивают твердость) с металлическим связующим кобальтом (Co) (который обеспечивает прочность). Даже с добавлением кобальта общая твердость твердого сплава остается намного выше, чем у стали.

3. Цена твердости: Жесткость (хрупкость):

Хотя карбид вольфрама отличается высокой твердостью, у него есть существенный недостаток: он хрупкий и обладает низкой вязкостью.

Сталь: Она обладает отличной прочностью и может выдерживать изгибы, удары и деформации, не ломаясь. Нож из хорошей стали можно сильно согнуть, и он все равно будет отскакивать назад.

Карбид вольфрама: Он очень хрупок и склонен к сколам и осколкам, а не к изгибу при резком ударе или неправильном давлении. Если вы ударите сверло из карбида вольфрама, оно может расколоться.

Это все равно что сравнивать стекло и пластик: стекло (например, карбид вольфрама) очень твердое и износостойкое, но легко разбивается при падении; пластик (например, сталь) мягче и легко царапается, но его трудно разбить. Резюме и сравнительная таблица

Недвижимость	Карбид вольфрама (твердый металл)	Высокопрочная сталь (например, Инструментальная сталь)
Твердость	Чрезвычайно высокий (1800+ HV)	Высокий (700-900 HV)
Прочность	Низкий (хрупкий, подвержен сколам)	Высокий (ударопрочный, гнущийся)
Износостойкость	Превосходно	Хорошо
Прочность на сжатие	Чрезвычайно высокий	Высокий
Плотность	Очень высокий (~15,63 г/см³)	Высокий (~7,85 г/см³)
Основные приложения	Режущие инструменты, сверла, пресс-формы, износостойкие детали	Лезвия, пружины, шестерни, конструктивные элементы, инструменты

Сценарии применения:

Выбирайте карбид вольфрама: Если вам требуется чрезвычайно высокая твердость, износостойкость и долговечность, особенно при обработке других твердых материалов (таких как сталь, чугун или композитные материалы). Примеры включают:

Токарные инструменты для станков, фрезерные вставки, буровые коронки для горной промышленности, корпуса часов, элитные перья для ручек (износостойкие, не выцветающие), сверла для ногтей и стоматологические сверла.

Выбирайте сталь: Когда требуется сочетание свойств - жесткости, ударопрочности и обрабатываемости - при сохранении определенного уровня твердости. Примеры включают:

Молотки, ломы, пружины, кухонные ножи, мечи, топоры, автомобильные рамы, подшипники, шестерни, зубчатые валы и каркасы оборудования.

Карбид вольфрама может заменить сталь в следующих ситуациях, тем самым увеличивая срок службы заготовки, снижая производственные затраты и повышая производительность.

1. Инструменты для резки металла: Токарные инструменты, фрезы и сверла

Замененные стальные изделия: Инструменты из быстрорежущей стали (HSS). Конкретный пример:

При обработке стали, чугуна, нержавеющей стали или даже более твердых сплавов на основе никеля на обрабатывающих центрах с ЧПУ сверла или фрезы из высокоскоростной стали могут износиться и затупиться уже после нескольких десятков деталей.

Альтернативное решение: Замените режущую кромку инструмента на вставки из карбида вольфрама (сменные пластины) или использовать сверла/концевые фрезы из твердого сплава.

Преимущества:

Скорость резания: Твердый сплав обеспечивает скорость резания в 4-8 раз выше, чем у быстрорежущей стали, что значительно повышает эффективность производства.

Срок службы: Срок службы инструмента увеличивается в десятки и даже сотни раз, что сокращает его замену и время простоя.

Качество обработки: Точность размеров и чистота поверхности лучше сохраняются.

2. Фильеры для волочения проволоки

Замененное стальное изделие: Инструментальная сталь Плашки.

Конкретный пример:

При производстве проволоки из меди, стали и алюминиевых сплавов проволока принудительно протягивается через отверстие, называемое "фильерой", чтобы уменьшить ее толщину. Этот процесс приводит к сильному износу внутреннего отверстия фильеры.

Альтернативное решение: Используйте волочильные штампы из твердого сплава. Отверстие штампа обычно изготавливается из поликристаллического алмаза (PCD), а основание штампа почти полностью состоит из твердого сплава.

Преимущества:

Износостойкость: Срок службы в сотни раз больше, чем у стальных штампов, что обеспечивает стабильность размеров и качество поверхности вытягиваемой проволоки.

Эффективность: Способны выдерживать более высокую скорость вытяжки и большее уменьшение поверхности.

3. Износостойкие детали и уплотнения

Замененные стальные изделия: Износостойкие детали из закаленной и нержавеющей стали.

Конкретный пример:

Механические уплотнения в песчаных насосах: Используются для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы (например, песок, гравий и шлам). Эти гранулированные среды могут вызывать сильную эрозию и износ уплотнительных поверхностей. Стальные уплотнения имеют очень короткий срок службы.

Альтернатива: Используйте карбид вольфрама (обычно YG) для динамических и статических уплотнений.

Преимущества: Чрезвычайно высокая износостойкость обеспечивает длительный срок службы и надежность уплотнения в тяжелых условиях эксплуатации, значительно сокращая расходы на техническое обслуживание и время простоя.

4. Ролики

Замененная стальная продукция: Валки из высокопрочной легированной стали на станах холодной прокатки. Конкретный пример:

В чистовом поезде (клети предварительной и чистовой обработки) высокоскоростного катаночного стана валки должны непрерывно работать под высокой нагрузкой и при высокой температуре, что приводит к их быстрому износу.

Альтернативное решение: Используйте твердосплавные валики (обычно на основе карбида вольфрама).

Преимущества:

Износостойкость: Более длительный срок службы по сравнению со стальными валками, что позволяет сократить количество замен валков и повысить эксплуатационную готовность стана.

Точность продукции: Длительное поддержание размеров канавки обеспечивает высокую точность размеров и стабильное качество поверхности катанки.

5. Инструменты для горной промышленности: Буровые коронки для горных пород

Замененные стальные изделия: Сверла из науглероженной стали или легированной стали.

Конкретный пример:

При бурении нефтяных и газовых скважин и добыче полезных ископаемых буровые долота, используемые для ударного бурения (например, щелевые и крестообразные), непосредственно сталкиваются и трутся о твердую породу.

Альтернативное решение: Современные буровые коронки для скальных пород имеют твердосплавные зубья, встроенные в режущую кромку (как правило, тип YG, который обеспечивает отличную ударопрочность). Преимущества:

Его твердость и износостойкость позволяют ему легко дробить породу, в то время как стальные буровые долота быстро изнашиваются и выходят из строя. Это один из самых успешных и распространенных примеров замены стали цементированным карбидом.

Основные выводы и ограничения:

Цементированный карбид - не панацея, его замена условна:

Преимущества: Высокая твердость (HRA 82-94), хорошая износостойкость и высокая прочность на сжатие.

Недостатки: Хрупкость, низкая прочность на изгиб, плохая вязкость и высокая цена.

Поэтому он не может заменить стальные конструкции, которые должны выдерживать значительные удары, изгибающие нагрузки или требовать общей прочности, например, автомобильные рамы, кузова машин и шасси.

Стальные конструкции в мостах, пружинах, гаечных ключах и других инструментах.

Замена цементированного карбида - это, по сути, компромисс между износостойкостью и прочностью. В областях, где износостойкость имеет первостепенное значение, он идеально заменяет сталь, обеспечивая революционный прогресс.

В целом, карбид вольфрама, несомненно, превосходит все стали по чистой твердости. Однако он не лишен недостатков: его хрупкость ограничивает его применение во многих областях, требующих ударопрочности. Эти два материала являются важными промышленными материалами с взаимодополняющими свойствами.

Наша компания входит в десятку крупнейших в Китае изделия из карбида вольфрама производители. Если вам нужна продукция из цементированного карбида, пожалуйста связаться с нами.