أخبار الشركة عن لماذا تتميز كربيدات الأسمنت (كربيد التنجستن + الكوبالت) بمقاومة الحرارة؟

الكربيدات المسطرة التي تتكون من كربيد التونغستين (WC) كمرحلة صلبة والكوبالت (Co) كمرحلة ربط هي مواد صناعية نادرة تحافظ على القسوة حتى في درجات الحرارة العالية.درجة حرارة عملهم القصوى يمكن أن تصل إلى 800 درجة مئوية، ويمكنها أن تتحمل درجات حرارة قصيرة الأجل تتجاوز 1000 درجة مئوية، وتفوق بكثير على الفولاذ العادي (على سبيل المثال،45 # الفولاذ يخفف فوق 500 °C) والفولاذ السريع (W18Cr4V يفقد صلابة كبيرة حول 600 °C)هذه المقاومة الحرارية ليست بسبب عامل واحد ولكنالتأثير التآزري لثبات الكربيد التنغستروني في درجات الحرارة العالية، وخصائص الربط المتوافقة لكوبالت، وخصائص الهيكل المجهري التي تشكلهابالنسبة للإنتاج الصناعي، هذه السمة تحل نقاط الألم الحرجة في سيناريوهات درجات الحرارة العالية:من توليد الحرارة عن طريق الاحتكاك (600~800 درجة مئوية) أثناء قطع المعدن إلى درجات حرارة التشغيل (400~500 درجة مئوية) للقوالب المصبوبة بالمسدس الألومنيوم، وارتداء معدات التعدين في بيئات تحت الأرض عالية درجة الحرارة.تحلل هذه المقالة الأسباب الرئيسية لمقاومة الحرارة للكربيدات المسمنتة WC-Co من خلال خصائص المكونات ثلاثية الأبعاد، الهيكل المجهري، والتطبيقات العملية، مما يسهل فهم المبادئ.

المقاومة الحرارية للكربيدات المصنعة بالاسمنت تنبع أولاً من الخصائص المتأصلة لمكونها الأساسي: كربيد التونغستين." توفير الدعم المستقر للمادة في درجات الحرارة العاليةوينعكس هذا في ثلاثة جوانب رئيسية:

كربيد التولفستين لديه نقطة انصهار عالية للغاية تبلغ 2870 درجة مئوية أعلى بكثير من درجات الحرارة العالية النموذجية التي تظهر في البيئات الصناعية (معظم ظروف العمل عالية درجة الحرارة هي < 1 ،000°C)للمقارنة:

• الفولاذ الكربوني العادي له نقطة انصهار تبلغ حوالي 1538 درجة مئوية ويتلاشى فوق 500 درجة مئوية بسبب زيادة الحركة الذرية.
• الفولاذ السريع (W18Cr4V) له نقطة انصهار تبلغ حوالي 1400 درجة مئوية ؛ تنخفض صلابته من HRC 62 إلى أقل من HRC 50 عند 600 درجة مئوية ، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام للقطع.
• حتى عند 1000 درجة مئوية، يُصبح كربيد التنغستن ناعماً قليلاً فقط، حيث لا يتم الوصول إلى نقطة الذوبان، لذلك لا يذوب أو يخضع للانهيار الهيكلي.

الكربيد التولفستين لديهالهيكل الكريستالي السادس الأطراف (HCP)، حيث يتم ترتيب الذرات بشكل ضيق بقوى ربط قوية. يمنع هذا الهيكل الانتشار الذري أو الاضطراب الهيكلي في درجات الحرارة العالية:

• عند درجة حرارة الغرفة ، يعطي هذا الهيكل WC صلابة عالية (HRA 90 ٪ 93).
• عند درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال، 800 درجة مئوية) ، تتذبذب الذرات قليلاً ولكنها تحافظ على ترتيب منظم - على عكس المعادن العادية، والتي تتشوه عندما تتحرك الذرات وتتوسع الفجوات.
• على النقيض من ذلك ، فإن الصلب عالي السرعة له بنية مكعبة مركزة على الجسم ، حيث تتوسع الفجوات الذرية بسهولة في درجات الحرارة العالية ، مما يسبب فقدان قوة سريع.

في البيئات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية، يجب على المواد أن تقاوم ليس فقط "درجة الحرارة" ولكن أيضا "تآكل البيئة" (على سبيل المثال، الأكسدة في الهواء، والتفاعل مع سوائل القطع).كربيد التنغستن يظهر خصائص كيميائية مستقرة في درجات الحرارة العالية:

• تحت 800 درجة مئوية ، يتشكل فيلم أكسيد رقيق (WO3) فقط على سطحه عند التعرض للهواء. هذا الفيلم كثيف ويمنع مزيد من أكسدة المواد الداخلية.
• لا يتفاعل (على سبيل المثال ، يذوب أو يتآكل) مع الوسائط الصناعية الشائعة مثل سوائل قطع المعادن أو سبائك الألومنيوم المنصهر.
• على عكس المواد السيرامية (مثل الألومينا) ، والتي لها أيضًا نقاط انصهار عالية ، تميل السيراميك إلى التفاعل مع المعادن المنصهرة في درجات حرارة عالية ، مما يتسبب في تمزيق السطح - وهي مشكلة تتجنبها WC.

يطرح سؤال شائع: الكوبالت لديه نقطة انصهار 1495 درجة مئوية فقط أقل بكثير من WC لماذا لا يقوض مقاومة الحرارة؟الكوبالت (عادة ما يكون 6~15% من الوزن) يعمل كـ"مرحلة رابطة" ولا يوجد في عزلةوبدلاً من ذلك، يتم تشتيتها بالتساوي بين حبات WC، وتشكيل بنية صغيرة حيث يتم تغليف حبات WC بواسطة مرحلة Co. يركز دورها في درجات الحرارة العالية على وظيفتين رئيسيتين:

في درجة حرارة الغرفة، الكوبالت هو معدن متسق ′′يربط" الحبوب الصلبة ولكن هشة المرحاض معا لمنع الشقوق. في درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال، 600 ′′ 800 درجة مئوية،الكوبالت يتلاشى قليلاً (يتحول إلى شبه صلب) ولكن لا يذوب بالكامل أو يتدفق بعيداً:

• هذا التلويح الخفيف في الواقع "يعزز" الإجهاد الحراري بين حبات WC (المواد المختلفة تتوسع بمعدلات مختلفة عند درجات الحرارة العالية ، مما يخلق الإجهاد)منع المواد من التشقق بسبب تراكم التوتر.
• وفي الوقت نفسه، بقوة الارتباط (الارتباط المعدني) بين الكوبالت وحبوب WC لا يزال قويا في درجات الحرارة العالية على عكس المواد الارتباطية المصنوعة من المعادن الأخرى منخفضة الانصهار (على سبيل المثال، النحاس، نقطة الانصهار 1،085 درجة مئوية، والتي ستذوب وتفقد قدرتها على الارتباط عند 800 درجة مئوية.

عند درجات الحرارة العالية، تميل الحبوب المادية إلى "النمو" (الحبوب الصغيرة تتحد في أكبر منها) ، مما يؤدي إلى فقدان القسوة.يعمل الكوبالت كـ"مثبط" لمنع نمو حبوب WC المفرط عند درجات الحرارة العالية:

• تلتصق ذرات الكوبالت على سطح حبوب WC (في حدود الحبوب) ، وتشكل طبقة حاجزية تبطئ انتشار ذرات WC وتمنع اندماج الحبوب.
• بدون الكوبالت ، تنمو حبات WC من 3 ميكرومتر إلى أكثر من 8 ميكرومتر بعد 10 ساعات عند 800 درجة مئوية ، مما يقلل من صلابة بنسبة 20٪. مع الكوبالت ، يقتصر نمو الحبوب على أقل من 10٪ ، وتبقى الصلابة مستقرة تقريبًا.

وبالإضافة إلى الخصائص الفردية لمكوناتها، فإن "الهيكل المجهري الكثيف" الذي تشكله WC والكوبالت يزيد من مقاومة الحرارة.الكربيدات المسمدة عالية الجودة من WC-Co تخضع للتخمير في درجة حرارة عالية (1،400 ≈ 1500 °C) لتشكيل هيكل حيث تتوزع حبوب ¥WC بالتساوي ، Co يملأ الفجوات ، وليس هناك منافذ كبيرة " (الكثافة عادة ≥ 14.5g / cm3).

إذا كانت المادة تحتوي على مسامات، يمكن أن يختفي الهواء عالي درجة الحرارة أو الوسائط الآكلة إلى الداخل من خلال هذه المسام، وتسريع الأكسدة (على سبيل المثال،السيراميك ذات التجاعيد العالية تتأكسد بسرعة 3 مرات أكثر من WC-Co)الهيكل الكثيف لـ WC-Co:

• لا يحتوي على أي مسام مرئية تقريبا، لذلك الأكسجين الخارجي يمكن أن يلامس فقط سطح المادة ولا يمكن أن يخترق إلى الداخل.
• يتعلق فيلم أكسيد WO3 الذي يتشكل على السطح (أقل من 800 درجة مئوية) بالبنية الكثيفة ، مما يوفر "حماية مزدوجة" ضد مزيد من الأكسدة.

في سيناريوهات درجات الحرارة العالية ، غالباً ما تتحمل المواد الأحمال (على سبيل المثال ، قوى القطع ، ضغط القالب).التوزيع الموحد لحبوب WC في WC-Co يضمن أن يتم نقل الأحمال بشكل متساو من خلال مرحلة Co إلى كل حبة WCتجنب تركيز الضغط المحلي:

• على سبيل المثال، في القوالب التي يتم صبها في سبائك الألومنيوم، يجب أن يتحمل القالب 20MPa من الضغط عند 400 درجة مئوية.الوقاية من التشوه الناجم عن الترطيب المحلي عند درجات الحرارة العالية.
• على النقيض من ذلك ، يظهر الصلب عالي السرعة صلابة غير متساوية عند درجات الحرارة العالية ، مما يؤدي إلى التدفق في المناطق الأكثر ليونة وفشل القالب.

لتسليط الضوء على مزاياه ، فيما يلي مقارنة لـ WC-Co مع مواد أخرى شائعة "مقاومة للاستعمال ، المقاومة للحرارة" المستخدمة في الصناعة:

كما هو موضح ، في حين أن مقاومة WC-Co ٪ للحرارة أقل قليلاً من مقاومة السيراميك الألومينا ، فإنه يوازن "مقاومة الحرارة + مقاومة الصدمة" (السيراميك عرضة للتشقق عند درجات الحرارة العالية).بالمقارنة مع الصلب السريع والصلب الكربوني، مزاياه في مقاومة الحرارة والصلابة الاحتفاظ هي كبيرة، مما يجعلها واحدة من أفضل الخيارات لـ "ارتداء درجة حرارة عالية + تحمل الحمل" السيناريوهات.

المقاومة الحرارية لـ WC-Co تختلف مع صياغته، وتتأثر بشكل أساسيمحتوى الكوبالتوحجم حبة الكربيد التنغستنضع في اعتبارك هذه العوامل عند اختيار الدرجة:

مع صلابة كافية لمنع الشقوق، فإن انخفاض محتوى الكوبالت يعني نسبة أعلى من WC ‬ ومقاومة أفضل للحرارة:

• الكوبالت المنخفض (6 ٪ ٪ ، على سبيل المثال ، YG6): محتوى WC مرتفع ، والحفاظ على صلابة ≥ 92٪ في درجات الحرارة العالية. مناسبة لسيناريوهات تأثير منخفضة درجة حرارة عالية (على سبيل المثال ، أدوات الطحن الدقيقة).
• الكوبالت المتوسط (8 ٪ 12٪ ، على سبيل المثال ، YG8): يوازن مقاومة الحرارة والصلابة. مناسبة لسيناريوهات التأثير المتوسط ودرجة الحرارة المتوسطة (على سبيل المثال ، أدوات القطع العامة).
• الكوبالت المرتفع (12 ٪ ، على سبيل المثال ، YG15): صلابة ممتازة ومقاومة للصدمات ولكنها تحتفظ بقسوة ≤85٪ عند درجات الحرارة العالية. مناسبة لسيناريوهات الضربات العالية والدرجات الحرارية المنخفضة (على سبيل المثال ،حفر التعدين).

يحتوي WC ذو الحبوب الدقيقة (1 ′′ 3μm) على حدود حبوب أكثر ، حيث تعمل ذرات الكوبالت كـ"مثبطين" أقوى لمنع نمو الحبوب في درجات الحرارة العالية:

• الحبوب الدقيقة WC-Co (على سبيل المثال، YG6X): بعد 10 ساعات عند 800 درجة مئوية، نمو الحبوب هو < 5٪ وتبقى صلابة دون تغيير تقريبا.
• WC-Co للحبوب الخام (على سبيل المثال ، YG15): في نفس الظروف ، يتجاوز نمو الحبوب 15 ٪ ، وتقل صلابة بحوالي 10 ٪.
• بالنسبة لسيناريوهات الدقة عالية درجة الحرارة (مثل الأجهزة المكونة من أشباه الموصلات عالية درجة الحرارة) ، يجب إعطاء الأولوية للصفات الدقيقة.

يفترض الكثيرون أن WC-Co يفتقر إلى مقاومة الحرارة لأن الكوبالت له نقطة انصهار منخفضة (1,495 درجة مئوية) ‬هذا سوء فهم نموذجي يتجاهل بنية المادة الصغيرة:

• في WC-Co ، لا يوجد الكوبالت "في عزلة" ولكن كـ"فيلم رقيق" يحيط بحبوب WC. محميًا بواسطة WC ، فإنه لا يرن أو يتدفق مثل الكوبالت النقي (الذي يصبح شبه سائل عند 800 درجة مئوية).
• أظهرت الاختبارات العملية: عند 800 درجة مئوية ، فإن مرحلة Co في WC-Co لا تربل إلا قليلاً (صلابة ~ HRC 20) ولكنها لا تزال تربط حبوب WC. على النقيض من ذلك ، فإن الكوبالت النقي هو بالفعل شبه سائل عند 800 درجة مئوية وليس لديه قوة.

المقاومة الحرارية للكربيدات المسمنتة WC-Co ليست بسبب مكون واحد ولكن التآزر بين الهيكل الهيكلي المستقر لـ WC ، والربط عالية درجة الحرارة والتخزين ،بنية صغيرة موحدةهذه السمة تسمح لها بالاحتفاظ بقسوة عند 600 ≈ 800 درجة مئوية مع مقاومة الأثر والحمل المعتدل مما يجعلها مثالية للسيناريوهات الصناعية مثل قطع المعادن والقوالب عالية درجة الحرارة ،وبيئات التعدين عالية الحرارة.

للمحترفين في صناعة الكربيد التونغستين، عند التوصية المنتجات WC-Co، وتوفيق الدرجة مع العميلاختار الجودات الدقيقة منخفضة الكوبالت (eعلى سبيل المثال ، YG6X) لسيناريوهات درجة الحرارة العالية ، وانخفاض الأثر ؛ الجودة المتوسطة من الكوبالت (على سبيل المثال ، YG8) لسيناريوهات درجة الحرارة المتوسطة ، وانخفاض الأثر ؛ والجودة العالية من الكوبالت (على سبيل المثالYG15) لخفض درجة الحرارةسيناريوهات ذات تأثير كبير.