Карбід вольфраму

Висока твердість
Карбід вольфраму - надзвичайно твердий матеріал, який поступається лише алмазу. Твердість карбіду вольфраму робить його ідеальним матеріалом для різання та обробки інструментів. Твердість є важливою властивістю карбіду вольфраму, яка перевіряється твердоміром Rockwell. Загострений алмазний індентор вставляється в карбід вольфраму, а глибина отвору є мірою твердості. При виробництві карбіду вольфраму багато факторів впливатимуть на твердість, наприклад кількість кобальту, розмір зерна, кількість вуглецю, а також процес виробництва.

Висока температура плавлення
Карбід вольфраму має температуру плавлення приблизно 5700 градусів, що значно вище, ніж температура плавлення більшості інших металів. Така висока температура плавлення робить карбід вольфраму ідеальним для використання в умовах високої температури. Через високу температуру плавлення карбід вольфраму неможливо виготовити за допомогою звичайної технології кування. Вироби з карбіду вольфраму виготовляються методом порошкової металургії шляхом змішування, фрезерування, ущільнення, спікання та перевірки.

Хімічно стійкий
Карбід вольфраму складається з атомів вольфраму та вуглецю, які є стійкими до кисню та інших елементів. Карбід вольфраму дуже стійкий до хімічного впливу та не піддається корозії в більшості середовищ. Така хімічна інертність робить карбід вольфраму ідеальним матеріалом для використання в хімічному обладнанні та в областях, де потрібна стійкість до корозії.

Низький коефіцієнт теплового розширення
Середній коефіцієнт теплового розширення вказує на величину розширення при нагріванні карбіду вольфраму. Розширення карбіду вольфраму відбувається за розширенням температури. Чим більше сполучного порошку в карбіді вольфраму, тим вищим буде теплове розширення карбіду вольфраму. Карбід вольфраму має дуже низький коефіцієнт теплового розширення, тобто він дуже мало розширюється при нагріванні. Ця властивість робить карбід вольфраму ідеальним для точних інструментів і застосувань, де потрібна стабільність розмірів.

Електропровідний
Незважаючи на тугоплавкий метал, карбід вольфраму є електропровідним завдяки наявності в його кристалічній структурі вуглецю. Ця електропровідність робить карбід вольфраму ідеальним для електричних застосувань, таких як електроди та контакти.

Властивості карбіду вольфраму і вольфраму — модуль пружності, модуль зсуву, межа текучості при розтягуванні, теплопровідність і твердість (Роквелл А). Нижче ми порівнюємо властивості кожного.

Таблиця 1: Порівняння властивостей матеріалу між вольфрамом і карбідом вольфраму

Карбід вольфраму міцніший за вольфрам
Так, карбід вольфраму, як правило, міцніший за чистий вольфрам. Карбід вольфраму — це сполука, отримана шляхом з’єднання вольфраму з вуглецем для утворення дуже твердого та міцного матеріалу. Ця суміш демонструє виняткову твердість, зносостійкість і міцність, що робить її придатною для різних промислових застосувань, включаючи ріжучі інструменти, абразиви та ювелірні вироби.

Вольфрам вже має великий модуль пружності, один більший, ніж більшість сталей; Карбід вольфраму має ще більший модуль пружності, що свідчить про його вражаючу жорсткість. Жорсткість матеріалів корелює з великим модулем пружності, і значення, наведені в таблиці 1, доводять, чому карбід вольфраму поступається лише алмазу за еластичною пружністю. Його модуль пружності становить майже 700 ГПа, що поступається алмазу (модуль пружності 1000 ГПа), що свідчить як про його стійкість до деформації, так і про його схильність розбиватися під час обробки.

Модуль зсуву — це відношення напруги зсуву до деформації зсуву в зразку для випробування, і його часто називають модулем жорсткості. Він нерозривно пов’язаний із модулем пружності, оскільки вони виводяться з тих самих рівнянь і обидва є мірами жорсткості (один є реакцією на пружні, або лінійні напруги, проти зсуву, або напруги поперечного перерізу). Значення в таблиці 1 є ще одним доказом того, що вольфрам надає вражаючий опір. Для довідки, більшість сталей мають модуль зсуву близько 80 ГПа, що становить лише половину від модуля зсуву вольфраму і третину від модуля зсуву карбіду вольфраму.

Більшість дизайнерів вибирають матеріали, природно, виходячи з їх міцності. І вольфрам, і карбід вольфраму відомі як міцні, надзвичайно міцні метали – тож чому їх міцність на розрив така низька. Відповідь полягає в тому, що ці матеріали є крихкими за своєю природою, і демонструє цікавий матеріалознавчий феномен. Завдяки своїй молекулярній жорсткості крихкі матеріали набагато, набагато міцніші при стисненні, ніж при розтягуванні (подумайте про цегляні стіни: вони можуть витримувати тисячі фунтів при стиску, але чи бачили ви коли-небудь раніше цегляну ферму?). Цей принцип стає зрозумілим при дослідженні міцності на стиск цих матеріалів, особливо менш металевого карбіду вольфраму: він має міцність на стиск 2683 МПа при кімнатній температурі та зберігає свою міцність при екстремальних змінах температури. Ці ж характеристики не можна сказати про сталь, де її міцність на стиск, по-перше, значно нижча, а по-друге, коливається в залежності від температури. Знаючи цей факт, абсолютно ясно, що вольфрам ніколи не слід використовувати для розтягування, але є головним претендентом на стиснення.