Карбид вольфрама

Высокая твердость
Карбид вольфрама — чрезвычайно твердый материал, уступающий только алмазу. Твердость карбида вольфрама делает его идеальным материалом для режущих и обрабатывающих инструментов. Твердость — важное свойство карбида вольфрама, которое проверяется твердомером Роквелла. Острый алмазный индентор вдавливается в карбид вольфрама, а глубина отверстия является мерой твердости. При производстве карбида вольфрама на твердость влияют многие факторы, такие как количество кобальта, размер зерна, количество углерода, а также производственный процесс.

Высокая температура плавления
Карбид вольфрама имеет температуру плавления около 5700 градусов, что значительно выше температуры плавления большинства других металлов. Эта высокая температура плавления делает карбид вольфрама идеальным для использования в высокотемпературных приложениях. Высокая температура плавления делает карбид вольфрама невозможным для производства с помощью обычной технологии ковки. Изделия из карбида вольфрама производятся методом порошковой металлургии путем смешивания, измельчения, уплотнения, спекания и проверки.

Химически стабильный
Карбид вольфрама состоит из атомов вольфрама и углерода, которые оба устойчивы к кислороду и другим элементам. Карбид вольфрама обладает высокой устойчивостью к химическому воздействию и не подвержен коррозии в большинстве сред. Эта химическая инертность делает карбид вольфрама идеальным материалом для использования в оборудовании для химической обработки и областях, где требуется коррозионная стойкость.

Низкий коэффициент теплового расширения
Средний коэффициент теплового расширения показывает величину расширения при нагревании карбида вольфрама. Расширение карбида вольфрама следует за расширением температуры. Чем больше связующего порошка в карбиде вольфрама, тем выше будет тепловое расширение карбида вольфрама. Карбид вольфрама имеет очень низкий коэффициент теплового расширения, что означает, что он очень мало расширяется при нагревании. Это свойство делает карбид вольфрама идеальным для точных приборов и применений, где требуется размерная стабильность.

Электропроводящий
Несмотря на то, что карбид вольфрама является тугоплавким металлом, он является электропроводящим из-за присутствия углерода в его кристаллической структуре. Эта электропроводность делает карбид вольфрама идеальным для электрических применений, таких как электроды и контакты.

Свойства карбида вольфрама и вольфрама — это модуль упругости, модуль сдвига, предел текучести при растяжении, теплопроводность и твердость (по шкале Роквелла A). Ниже мы сравниваем свойства каждого из них.

Таблица 1: Сравнение свойств материалов вольфрама и карбида вольфрама

Карбид вольфрама прочнее вольфрама?
Да, карбид вольфрама обычно прочнее чистого вольфрама. Карбид вольфрама — это соединение, полученное путем соединения вольфрама с углеродом для образования очень твердого и прочного материала. Это соединение обладает исключительной твердостью, износостойкостью и прочностью, что делает его пригодным для различных промышленных применений, включая режущие инструменты, абразивы и ювелирные изделия.

Вольфрам уже имеет большой модуль упругости, больше, чем у большинства сталей; карбид вольфрама имеет еще больший модуль упругости, что показывает его впечатляющую жесткость. Жесткость материалов коррелирует с большим модулем упругости, и значения, приведенные в Таблице 1, доказывают, почему карбид вольфрама уступает только алмазу по упругой устойчивости. Его модуль упругости составляет почти 700 ГПа, что наступает на пятки алмазу (модуль упругости 1000 ГПа), что показывает как его устойчивость к деформации, так и его тенденцию к разрушению при обработке.

Модуль сдвига — это отношение напряжения сдвига к деформации сдвига в пределах испытываемого образца, его часто называют модулем жесткости. Он неразрывно связан с модулем упругости, поскольку они выводятся из одних и тех же уравнений и оба являются мерами жесткости (один из них — в ответ на упругие или линейные напряжения, а не на сдвиговые или поперечные напряжения). Значения в Таблице 1 — еще одно доказательство впечатляющего сопротивления, которое обеспечивает вольфрам. Для справки: большинство сталей имеют модуль сдвига около 80 ГПа, что составляет всего половину модуля сдвига вольфрама и треть модуля сдвига карбида вольфрама.

Большинство конструкторов выбирают материалы на основе их прочности, естественно. И вольфрам, и карбид вольфрама известны как прочные, чрезвычайно жесткие металлы — так почему же их предел прочности на разрыв такой низкий? Ответ заключается в том, что эти материалы по своей природе хрупкие и демонстрируют интересное явление в материаловедении. Благодаря своей молекулярной жесткости хрупкие материалы намного, намного прочнее при сжатии, чем при растяжении (вспомните кирпичные стены: они могут выдерживать тысячи фунтов при сжатии, но вы когда-нибудь видели кирпичную ферму?). Этот принцип становится понятным при изучении прочности на сжатие этих материалов, особенно менее металлического карбида вольфрама: он имеет прочность на сжатие 2683 МПа при комнатной температуре и сохраняет свою прочность при экстремальных перепадах температур. Эту же характеристику нельзя сказать о стали, у которой прочность на сжатие, во-первых, намного ниже, а во-вторых, колеблется в зависимости от температуры. Зная этот факт, становится совершенно ясно, что вольфрам ни в коем случае не следует использовать в приложениях, работающих на растяжение, но он является главным претендентом в приложениях, работающих на сжатие.