Wolfraamcarbide

Hoge hardheid
Wolfraamcarbide is een extreem hard materiaal, dat alleen na diamant is. De hardheid van wolfraamcarbide maakt het een ideaal materiaal voor snij- en bewerkingsgereedschappen. Hardheid is een belangrijke eigenschap van wolfraamcarbide, die wordt getest door de Rockwell Hardness Tester. Een puntige diamanten indringer wordt in het wolfraamcarbide gedwongen en de diepte van het gat is een maat voor de hardheid. Bij de productie van wolfraamcarbide hebben veel factoren invloed op de hardheid, zoals de hoeveelheid kobalt, de korrelgrootte, de hoeveelheid koolstof en ook het productieproces.

Hoog smeltpunt
Wolfraamcarbide heeft een smeltpunt van ongeveer 5.700 graden, wat aanzienlijk hoger is dan het smeltpunt van de meeste andere metalen. Dit hoge smeltpunt maakt wolfraamcarbide ideaal voor gebruik in toepassingen met hoge temperaturen. Het hoge smeltpunt zorgt ervoor dat wolfraamcarbide niet kan worden vervaardigd met normale smeedtechnologie. Wolfraamcarbideproducten worden vervaardigd door poedermetallurgie, door middel van mengen, frezen, verdichten, sinteren en controleren.

Chemisch stabiel
Wolfraamcarbide bestaat uit wolfraam- en koolstofatomen, die beide stabiel zijn voor zuurstof en andere elementen. Wolfraamcarbide is zeer resistent tegen chemische aanvallen en corrodeert niet in de meeste omgevingen. Deze chemische inertie maakt wolfraamcarbide een ideaal materiaal voor gebruik in chemische verwerkingsapparatuur en gebieden waar corrosiebestendigheid vereist is.

Lage thermische uitzettingscoëfficiënt
De gemiddelde thermische uitzettingscoëfficiënt geeft de hoeveelheid uitzetting aan wanneer het wolfraamcarbide wordt verhit. De uitzetting van het wolfraamcarbide volgt de uitzetting van de temperatuur. Hoe meer bindmiddelpoeder in het wolfraamcarbide, hoe hoger de thermische uitzetting van het wolfraamcarbide zal zijn. Wolfraamcarbide heeft een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt, wat betekent dat het zeer weinig uitzet bij verhitting. Deze eigenschap maakt wolfraamcarbide ideaal voor precisie-instrumenten en toepassingen waarbij dimensionale stabiliteit vereist is.

Elektrisch geleidend
Ondanks dat het een vuurvast metaal is, is wolfraamcarbide elektrisch geleidend vanwege de aanwezigheid van koolstof in de kristalstructuur. Deze elektrische geleidbaarheid maakt wolfraamcarbide ideaal voor elektrische toepassingen zoals elektroden en contacten.

De eigenschappen van wolfraamcarbide en wolfraam zijn elasticiteitsmodulus, schuifmodulus, treksterkte, thermische geleidbaarheid en hardheid (Rockwell A). Hieronder vergelijken we de eigenschappen van elk.

Tabel 1: Vergelijking van materiaaleigenschappen tussen wolfraam en wolfraamcarbide

Is wolfraamcarbide sterker dan wolfraam?
Ja, wolfraamcarbide is over het algemeen sterker dan puur wolfraam. Wolfraamcarbide is een verbinding die wordt gemaakt door wolfraam te combineren met koolstof om een ​​zeer hard en duurzaam materiaal te vormen. Deze verbinding vertoont uitzonderlijke hardheid, slijtvastheid en sterkte, waardoor het geschikt is voor verschillende industriële toepassingen, waaronder snijgereedschappen, schuurmiddelen en sieraden.

Wolfraam heeft al een grote elasticiteitsmodulus, een die groter is dan de meeste staalsoorten; wolfraamcarbide heeft een nog grotere elasticiteitsmodulus, wat zijn indrukwekkende stijfheid laat zien. Materiaalstijfheid correleert met een grote elasticiteitsmodulus, en de waarden in Tabel 1 bewijzen waarom wolfraamcarbide op de tweede plaats staat na diamant in elastische veerkracht. Zijn elasticiteitsmodulus is bijna 700 GPa, wat op de hielen zit van diamant (elasticiteitsmodulus van 1000 GPa), wat zowel zijn weerstand tegen vervorming als zijn neiging om te breken bij bewerking laat zien.

De schuifmodulus is de verhouding van schuifspanning tot schuifrek binnen een testmonster en wordt vaak de stijfheidsmodulus genoemd. Het is onlosmakelijk verbonden met de elastische modulus, omdat ze zijn afgeleid van dezelfde vergelijkingen en beide maten van stijfheid zijn (de ene is in reactie op elastische of lineaire spanningen versus schuif- of dwarsdoorsnedespanningen). De waarden in Tabel 1 zijn nog meer bewijs om de indrukwekkende weerstand van wolfraam te laten zien. Ter referentie: de meeste staalsoorten hebben een schuifmodulus van ongeveer 80 GPa, wat slechts de helft is van die van wolfraam en een derde van die van de schuifmodulus van wolfraamcarbide.

De meeste ontwerpers selecteren materialen op basis van hun sterkte, natuurlijk. Zowel wolfraam als wolfraamcarbide staan ​​bekend als robuuste, extreem taaie metalen – dus waarom zijn hun treksterktes zo laag? Het antwoord is dat deze materialen van nature broos zijn en een interessant fenomeen in de materiaalkunde laten zien. Vanwege hun moleculaire stijfheid zijn brosse materialen veel, veel sterker in druk dan in trek (denk aan bakstenen muren: ze kunnen duizenden kilo's in druk dragen, maar heb je ooit eerder een bakstenen spant gezien?). Dit principe wordt duidelijk wanneer de druksterkte van deze materialen wordt onderzocht, met name het minder metaalachtige wolfraamcarbide: het heeft een druksterkte van 2683 MPa bij kamertemperatuur en behoudt zijn sterkte bij extreme temperatuurveranderingen. Dezezelfde eigenschap kan niet worden gezegd van staal, waar de druksterkte ten eerste veel lager is en ten tweede fluctueert op basis van temperatuur. Met deze kennis is het overduidelijk dat wolfraam nooit mag worden gebruikt in trektoepassingen, maar een topkandidaat is in druktoepassingen.