Tungsten karbür basınç dayanımı ve çekme akma dayanımı

Tungsten karbür tungsten ve karbon atomlarının yüksek sıcaklıkta bağlanması yoluyla yoğun bir şekilde sinterlenmiş kristal bir yapı oluşturur ve malzemeye olağanüstü sertlik kazandırır. Bir seramik malzeme olarak saf tungsten karbür, üretim süreçlerinden (örneğin sinterleme yoğunluğu, tane boyutu) önemli ölçüde etkilenen nispeten düşük gerilme mukavemeti ile yüksek sertlik ve kırılganlık sergiler. Saf tungsten karbür 344 MPa gerilme mukavemetine sahiptir. Endüstriyel sınıf tungsten karbür, tungsten karbür parçacıklarını bağlamak için tipik olarak kobalt (Co) ve nikel (Ni) gibi bağlayıcı metallerle birleştirilir, kırılganlığı önemli ölçüde iyileştirir ve gerilme mukavemetini arttırır. Bu kompozit malzeme genellikle semente karbür olarak adlandırılır. Çimentolu tungsten karbürlerin basınç dayanımları genellikle 4,000 ila 6,000 MPa (580,151-870,226 psi) arasında değişmektedirMilimetre kare başına 400-600 kilograma dayanmaya eşdeğerdir. Aşağıdaki tablo, belirli kaliteler için semente tungsten karbür çekme ve akma dayanımlarını göstermektedir:

Semente karbür	Sınıf	Kimyasal bileşim	Çekme mukavemeti （MPa）	Akma dayanımı（MPa)
WC-Co Düşük kobalt	YG6	WC-6%Co	1400~1800	1500~1800
WC-Co Orta kobalt	YG8	WC-8%Co	1800~2200	1600~2000
WC-Co Yüksek kobalt	YG15	WC-15%Co	2400~2800	1200~1500
Ultra ince tane boyutu WC-Co	YG10X	Ultra ince tane boyutu WC-10% Co	3000~3500	2000~2500
WC-TiC-Co	YT15	WC-15%TiC-6%Co	1100~1500	1000~1300
WC-Ni-Fe	YN10	WC-10%Ni-5%Fe	1600~2000	1400~1700

Semente tungsten karbür çekme akma dayanımı, malzemenin gerilim altında kırılmaya direnme kabiliyetini yansıtır. Test sırasında numune uçları bir çekme testi makinesine sıkıştırılır. Çekme kuvveti arttıkça, malzemenin elastik deformasyondan plastik deformasyona geçtiği geçiş noktası çekme akma dayanımıdır. Semente karbürlerin önemli kırılganlığı nedeniyle, tungsten karbürün çekme akma dayanımı, tipik olarak 1000 ila 1500 MPa arasında değişen basınç dayanımından belirgin şekilde daha düşüktür. Bu özellik, kesici takım kenarlarında yuvarlatılmış geçişler kullanmak gibi tungsten karbür bileşenleri tasarlarken çekme gerilimi konsantrasyonlarından kaçınmaya özel dikkat gösterilmesini gerektirir.

Malzeme bileşim oranı mekanik özellikleri doğrudan etkilemektedir. Bağlayıcı faz olarak kobalt içeriğindeki her 1%'lik artış için, basınç dayanımı yaklaşık 80 MPa azalır, ancak tokluk artar. Örneğin, 6% kobalt içeren belirli bir madencilik kaya delme alaşımı modeli 5800 MPa basınç dayanımına ulaşırken, 15% kobalt içeren bir kesici ucun basınç dayanımı 4200 MPa'ya düşmektedir. Tungsten karbür tane boyutunun 0,5 ila 2 mikrometre arasında kontrol edilmesi optimum mukavemet dengesini sağlar; çok ince taneler bağlayıcı fazın düzensiz dağılımına neden olabilirken, çok kaba taneler çatlak başlatma bölgeleri oluşturmaya eğilimlidir.

Sıcaklık değişimleri doğrusal olmayan bir şekilde mukavemet göstergelerini etkiler. Deneysel veriler, çalışma sıcaklığı 600°C'yi aştığında, tungsten karbürün basınç dayanımının santigrat derece başına 0,8% oranında azaldığını göstermektedir. Örneğin, 800°C'de çalışan bir uçak motoru sızdırmazlık halkasının basınç dayanımı oda sıcaklığında 5200 MPa'dan 3200 MPa'ya düşer. Yüksek sıcaklıkta mukavemet azalmasının birincil nedeni termal strese bağlı mikro çatlak yayılımıdır; krom ve vanadyum gibi elementlerin eklenmesi yüksek sıcaklık stabilitesini artırabilir.

Petrol sondajında, PDC kesicilerin formasyon sıkıştırmasına ve darbe gerilimine aynı anda dayanması gerekir. Belirli bir kesici modeli gradyan yapı tasarımı kullanır: yüzey katmanı 0,8 mikrometreye kadar rafine edilmiş tungsten karbür taneleri içerirken, çekirdek 2 mikrometre taneleri korur. Testler, 5500 MPa basınç dayanımı ve 1300 MPa çekme dayanımı göstererek homojen bir yapıya kıyasla 40% daha uzun hizmet ömrü sağlar. Metal kesmede, kesici takımın eğim açısı tasarımı gerilme durumunu doğrudan etkiler; negatif eğim açısı tasarımı kesme kuvvetlerini sıkıştırma gerilimine dönüştürerek malzemenin sıkıştırma dayanımı avantajını tam olarak kullanır.

Kalite kontrol, kusur tespitine özel dikkat gerektirir. 0,05%'yi aşan gözeneklilik, basınç dayanımını 15% azaltabilir. Ultrasonik test, 0,1 mm'den büyük iç kusurları tespit edebilir. Bir grup soğuk dövme kalıbının arıza analizi, kalıbın içinde 0,3 mm'lik sinterlenmemiş bir gözenek olduğunu ortaya çıkardı ve gerçek basınç dayanımının nominal değerin yalnızca 72%'si olmasına neden oldu.

Malzeme modifikasyonu araştırmaları çığır açtı: nano-katmanlı yapılandırılmış tungsten karbür, çekme mukavemetini 1800 MPa'ya çıkarırken 4800 MPa'lık bir basınç mukavemetini korur. Dönüşümlü olarak 5 nm kalınlığında tungsten karbür katmanlar ve 2 nm kalınlığında metal katmanlar biriktirilerek oluşturulan bu yapı, çatlak ilerlemesini etkili bir şekilde engeller. Laboratuvar verileri, modifiye edilmiş malzemenin kırılma tokluğunun 2,3 kat arttığını ve hassas damgalama kalıbı üretiminde uygulandığını göstermektedir.

Gerçek seçim, çalışma koşullarını kapsamlı bir şekilde dikkate almalıdır. Sık darbe yükü olan uygulamalar için, daha düşük basınç dayanımına ancak daha yüksek tokluğa sahip formülasyonlar seçilmelidir. Sürekli yüksek basınçlı ortamlar için, en yüksek basınç dayanımına sahip malzemelere öncelik verilir. Örneğin, bir maden kırıcının çekiç kafası yüksek kobaltlı (12%) bir formülle değiştirildikten sonra, basınç dayanımı 4500 MPa'ya düşmesine rağmen, artan malzeme tokluğu döngüsel darbelere etkili bir şekilde direndiği için hizmet ömrü 3 kat artmıştır.

Arıza vakası analizi, mukavemet göstergelerinin birbirine bağımlılığını ortaya koymaktadır. Hassas bir rulman kafesinin kırılması, hammaddenin gerilme mukavemetinin 1200 MPa'lık tasarım gereksiniminin altında, sadece 980 MPa olmasına bağlanmıştır. Daha ileri analizler, düşük sinterleme sıcaklığının yetersiz tane sınırı bağlanma mukavemetine yol açtığını gösterdi; sertlik standardı karşılamasına rağmen, gerçek mukavemet yetersizdi. Bu vaka, malzeme seçiminin yalnızca sertliğe dayanamayacağını göstermektedir; kapsamlı mekanik özellik testi gereklidir.

Şirketimiz Çin'in ilk on şirketi arasındadır. semente karbür üreticileri. Semente karbür ürünlere ihtiyacınız varsa, lütfen Bize ulaşın.