Свойства
Рассматриваемое вещество представлено серым порошком в двух кристаллографических вариантах: с кубической (полукарбид) и гексагональной (монокарбид) решетками. Обе модификации встречаются в температурном диапазоне 2525 — 2755°С. Вторая фаза ввиду отсутствия области гомогенности при отклонении от стехиометрического состава образует графит или переходит в W2C, а при температуре более 2755°С разлагается до углерода и первой фазы. Последняя отличается обширной областью гомогенности, сокращающейся при снижении температуры.
Монокарбид вольфрама менее тверд в сравнении с полукарбидом, но способен формировать кристаллы. Второй вариант значительно более температуро- и износоустойчив. К тому же он способен к внедрению в твердые растворы.
Карбид вольфрама отличается хрупкостью, но под влиянием нагрузки проявляет пластичность полосами скольжения.
Кристаллы рассматриваемого вещества характеризуются анизотропией твердости от 13 до 22 ГПа на разных кристаллографических плоскостях.
По сравнению со сталями карбид вольфрама прочнее, но более хрупок и менее подвержен обработке.
Монокарбид имеет температуру плавления 2870°C, кипения — 6000°C. Его молярная теплоемкость равна 35,74 Дж/(моль-*К), теплопроводность — 29,33 кДж/моль. Плотность карбида вольфрама данного типа составляет 15,77 г/см3.
Несмотря на то, что температура плавления большая, термостойкость рассматриваемого материала низка. Это обусловлено отсутствием термического расширения ввиду жесткой структуры. При этом карбид вольфрама характеризуется высокой теплопроводностью. С повышением температуры данный параметр у монокарбида возрастает вдвое быстрее, чем у полукарбида.
Кольцо из карбида вольфрама
Рассматриваемые материалы имеют хорошую электропроводность, особенно полукарбид (в 4 раза выше, чем монокарбид). Удельное электросопротивление возрастает с повышением температуры, но при этом снижается упругость. Это обуславливает обрабатываемость электрофизическими методами. Так, при введении источника тепла в области обработки возрастает температура, способствуя размеренному разрушению структуры материала.
Твердость определяется температурой формирования карбидов в вольфрамовом порошке и (в меньшей степени) их пористостью. С ростом температуры увеличивается подвижность атомов составляющих соединения элементов, вследствие чего устраняются дефекты в зернах. Анизотропия параметров карбидов вольфрама меньше, чем для металлов. К тому же данные материалы отличаются наилучшей для тугоплавких металлов упругостью, которая увеличивается с ростом пористости. Однако пластичность низкая (до 0,015%).
Микроструктура карбида вольфрама
Карбид вольфрама характеризуется стойкостью к многим кислотам, а также их смесям при обычной температуре, но растворим в некоторых кислотах при кипении. Не подвержен растворению в 20% и 10% гидроксиде натрия. Ввиду высокой летучести оксида вольфрама начинает окисляться при 500 — 700°C и завершает окисление при более 800°C.
Наконец, ввиду химической инертности данное соединение нетоксично.
Токарная обработка вольфрама
Техническая характеристика
Были проведены исследования по точению вольфрама резцами, оснащенными пластинами из быстрорежущих сталей Р18, Р12Ф5М и твердых сплавов ВК8, ВК60М, ВК15М. Геометрия резцов: а=10−12°, γ=15°, γ f= 0°, φ = 45°, φ1 = 15°. Заточка резцов из твердых сплавов производилась алмазным кругом АСВ, из быстрорежущих сталей — кругом ЭБ, после заточки резцы доводили на чугунной плите с помощью порошка карбида бора. Критерием затупления служит износ по задней поверхности h3 = 0,6 мм.
Стойкость режущего инструмента
Исследования показали, что стойкость режущего инструмента не превышает нескольких минут. Поэтому целесообразнее оценивать режущие свойства по обработанной площади. При точении твердосплавным резцом из сплава ВК60М уменьшение скорости резания с 60 до 5 м/мин позволяет увеличить стойкость с 2 до 4 мин. Однако площадь поверхности, обработанной до затупления резца, уменьшается более чем в 5 раз (с 22•103 до 4•103 мм2). Таким образом, стремление к увеличению стойкости приводит к очень большому снижению производительности (более чем в 10 раз).
Особенность механической обработки вольфрама
Лучшие результаты имеют вольфрамо-кобальтовые сплавы марок ВК60М и ВК10ОМ с особомелкозернистой структурой, которые на оптимальных рeжимах позволяют увеличить площадь обрабатываемой поверхности в 3,5 и 2,5 раза соответственно по сравнению с твердым сплавом ВК8. Зависимость износостойкости инструмента от режимов резания при обработке вольфрама имеют сложный характер. Наибольшая износостойкость достигается при работе в узком диапазоне скоростей резания (υ = 30−40 м/мин для сплава ВК15М и υ = 45−60 м/мин для сплавов ВК8 и ВК60М) и подач (s = 0,3−0,4 мм/об).
Поставщик
Предлагаем купить вольфрам и его сплавы со специализированных складов поставщика Evek GmbH с доставкой в любой город. Полное соответствие современным требованиям качества. Поставщик Evek GmbH предлагает купить вольфрам и его сплавы, цена — оптимальная в данном сегменте металлопроката.
Купить, выгодная цена
Поставщик Evek GmbH предлагает тугоплавкие сплавы, цена — определяется технологическими особенностями производства без включения дополнительных затрат. Можно купить продукцию нестандартных параметров. У нас наилучшее соотношение цена-качество на вольфрам и другие жаропрочные металлы. В сегменте редких и тугоплавких металлов компания Evek GmbH — выгодный поставщик.
Получение
Существует несколько методов получения рассматриваемого соединения.
Первый — углеродное насыщение вольфрама. В результате на поверхности вольфрамовых частиц образуется монокарбид. Из него диффундирует углерод, формируя слой полукарбидного состава.
Для данных работ применяют вольфрамовый порошок и сажу. Данные материалы смешивают в определенном соотношении, наполняют ими, утрамбовывая, емкости и ставят в печь. Во избежание окисления операцию производят в водородной среде, так как в результате взаимодействия данного элемента с углеродом при 1300°С формируется ацетилен. Рассматриваемая технология предполагает формирование карбида вольфрама преимущественно за счет углерода. Температурный режим определяется гранулометрическим составом порошка. Так, для мелкозернистого используется температурный интервал 1300 — 1350°С, для крупнозернистого — 1600°С. Длительность выдержки равна 1 — 2 ч. В завершении получается карбид вольфрама, представленный немного спекшимися блоками.
Вольфрам
Второй вариант — углеродное восстановление вольфрамового оксида с карбидизацией. Данный метод предполагает совмещение карбидизации и восстановления. Процесс идет в среде CO и водорода.
Кроме того, карбид вольфрама получают из газовой фазы путем осаждения. Такое производство предполагает разложение при 1000°С карбонила вольфрама.
Восстановление вольфрамовых соединений с карбидизацией. Данную операцию осуществляют путем нагрева в водородной среде смеси паравольфрамата аммония либо вольфрамового ангидрида и вольфрамовой кислоты при 850 — 1000°С.
Наконец, выращивают кристаллы данного соединения из расплава. При этом используют смесь из Co и 40% монокарбида. Ее расплавляют при 1600°С в тигле из оксида алюминия. После гомогенизации температуру постепенно (1 — 3°С/мин) снижают до 1500°С и выдерживают 12 ч. Далее материал охлаждают и в кипящей соляной кислоте растворяют матрицу.
Кроме того, большие монокристаллы (до 1 см) выращивают по методу Чохральского.
Какие используются резцы?
Широкий спектр токарных работ обеспечивается разнообразием обрабатывающих инструментов. Наиболее распространенным инструментом являются резцы.
Ключевое отличие всех резцов — форма режущей кромки, влияющей на тип обработки.
Видео:
Все режущие приспособления изготовлены из металлов, прочность которых превышает прочность обрабатываемого изделия: вольфрама, титана, тантала.
Также можно встретить резцы керамические и алмазные, использующиеся для обточки, требующей высокой точности.
На эффективность работы оборудования влияет глубина и скорость обработки, величина продольной подачи заготовки.
Данные параметры обеспечивают:
-
высокую скорость вращения шпинделя механизма и обточки детали,
-
высокую устойчивость устройства для рассекания,
-
максимально допустимое количество образовывающейся стружки.
Скорость резки зависит от вида металла, типа и качества режущего приспособления. Показатель обточки и скорость рассекания устанавливают частоту вращения шпинделя.
Токарный механизм может иметь чистовые или черновые резцы.
Геометрические размеры режущего приспособления позволяют срезать малые и большие площади слоя. По направлению движения резцы делятся на правые и левые.
По размещению лезвия и форме резцы бывают следующих видов:
-
отогнутые,
-
прямые,
-
оттянутые (когда ширина резца меньше ширины крепления).
По назначению режущие приспособления подразделяются на:
- резьбовые,
- расточные,
- фасонные,
- проходные,
- канавочные,
- подрезные,
- отрезные.
ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология резки металла резаком
Эффективность токарной обработки значительно увеличивается при грамотном подборе геометрии резца, влияющей на качество и скорость обработки.
Для правильного выбора нужно знать про углы, представляющие собой углы между направлением подачи и кромками режущего инструмента.
Углы бывают следующих видов:
- вспомогательные,
- главные,
- при вершине.
Угол при вершине выставляется в зависимости от расточки резца, а главный и вспомогательный – от установки резца.
При больших показателях главного угла снизится стойкость резца, так как в работе будет только небольшая часть кромки.
При низких показателях главного угла, резец будет устойчивым, что обеспечит эффективную обработку резцом.
Для тонких деталей средней жесткости главный угол выставляется в значении 60-90°, для деталей с большим сечением выставляется угол в 30-45°.
Вспомогательный угол для создания деталей должен составлять 10-30°. Большое значение угла ослабит вершину резца.
Для торцовых, сферических и цилиндрических поверхностей деталей одновременно используются упорные проходные резцы.
Видео:
Для наружных поверхностей используются отогнутые и прямые резцы, отрезные резцы применяются для обточки канавок и отрезания определенных частей изделия.
Обточка фасонных поверхностей, у которых образуется линия длиной до 4 см, осуществляется фасонными резцами круглыми, стержневыми, тангенциальными и радиальными по направлению подачи.
Применение
Благодаря приведенным выше свойствам, существует несколько сфер применения карбида вольфрама.
- Его применяют для выпуска деталей большой коррозионной и износоустойчивости и твердости: фрез, абразивных материалов, резцов, сверл, долот и т. д.
- Рассматриваемое соединение применяют для наплавки и газотермического напыления с целью повышения износостойкости путем создания твердой поверхности.
- Карбид вольфрама служит материалом для часовых браслетов, пулевых и снарядных сердечников, ювелирных изделий и т. д.
Применение карбида вольфрама
Оптимальным температурным режимом для предметов из него считают диапазон 200 — 300°С. Упругость данного материала обеспечивает его применение при знакопеременных нагрузках.