Введение в карбид вольфрама

Карбид вольфрама — это сплав, состоящий из карбида вольфрама (WC) и кобальта (Co), который обладает чрезвычайно высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью. Этот сплав широко используется в производстве режущих инструментов, форм и износостойких деталей. Процесс производства карбида вольфрама включает порошковую металлургию, в которой карбид вольфрама действует как «твердое ядро», а кобальт действует как связующее вещество, прочно соединяя частицы карбида вольфрама вместе. Кроме того, другие элементы, такие как карбид титана (TiC) или карбид тантала (TaC), могут быть добавлены по мере необходимости для улучшения характеристик сплава.

Прошло ровно сто лет с момента изобретения карбида вольфрама.

В начале 1920-х годов Карл Шрётер, инженер немецкой компании OSRAM, производившей лампочки, изобрел карбид вольфрама WC-Co, чтобы найти альтернативный материал для дорогостоящей алмазной формы, используемой для вытяжки вольфрамовых нитей. Он подал заявку на первый патент на карбид вольфрама (немецкий патент № 420 689) в 1923 году и получил разрешение в 1925 году.

В 1926 году военный гигант KRUPP, получивший патент, выпустил первую партию коммерческого твердого сплава, который использовался в качестве режущей головки для обработки, что экспоненциально увеличивало эффективность обработки, вызвав сенсацию в мире и быстро став стратегическим материалом с высокой ценой. В то время цена одного грамма твердого сплава была выше, чем цена одного грамма золота.

Типы твердого сплава

01 Вольфрам-кобальтовый твердый сплав

Этот тип твердого сплава содержит только карбид вольфрама и кобальт, или чистый карбид WC-Co с очень небольшим количеством (обычно не более 1%) других добавок. Международный стандарт (ISO) называет его карбидом типа K, а национальный стандарт моей страны называет его карбидом типа вольфрам-кобальт (YG); например, YG6 (WC-6Co), то есть карбид, содержащий 6% кобальта (массовая доля), а остальное — карбид вольфрама. Это состав первого в мире коммерческого карбида вольфрама.

02 Твердый сплав вольфрама-кобальта-титана

Вольфрам-кобальт-титановый цементированный карбид, в дополнение к карбиду вольфрама и кобальту, также добавляет определенное количество (более 1%) карбида титана (TiC) к вольфрам-кобальт-титановому (WC-TiC-Co) цементированному карбиду, который в международном стандарте называется P-типом, а в национальном стандарте - YT-типом. Количество карбида титана обычно меньше, чем карбида вольфрама; если количество карбида титана превышает количество карбида вольфрама, он становится «цементированным карбидом на основе карбида титана» или более профессиональное название «кермет на основе карбида титана».

03 Вольфрам-кобальт-титан-тантал (ниобий) цементированный карбид

Третья категория — это карбид WC-TiC-TaC(NbC)-Co с добавлением определенного количества карбида тантала (TaC) и/или карбида ниобия (NbC) ко второй категории. В международных стандартах она называется категорией M, а в национальных стандартах — категорией YW.

Существуют также карбиды WC-Ni, в которых вместо кобальта используется никель (Ni), или карбиды на стальной связке, в которых вместо кобальта используется железный сплав (сталь). Инженеры могут разрабатывать различные составы для получения карбидов с различными свойствами, чтобы соответствовать требованиям использования в различных областях применения, заменяя WC и Co в WC-Co карбидами металлов, такими как карбид титана, карбид тантала, карбид ниобия, карбид молибдена, карбид хрома, или металлами, такими как никель, железо и хром.

Эксплуатационные характеристики твердого сплава

(1) Высокая твердость и хорошая износостойкость. Твердость твердого сплава составляет от 80 до 94 HRA, в то время как максимальная твердость инструментальной стали после закалки и упрочнения составляет всего 80 HRA или немного выше. Долгое время твердый сплав был материалом со второй по твердости твердостью после алмаза. Фактически, первое поколение твердого сплава было названо «Widia» (происходит от немецкого слова Wie Diamant, что означает «подобный алмазу»), которое было изобретено для замены алмаза. Поэтому можно сказать, что твердый сплав был рожден для твердости.

(2) Высокая прочность и модуль упругости. Прочность на изгиб типичного твердого сплава может достигать 3000–5000 МПа (Н/мм2), и его нелегко деформировать.

(3) Термостойкость и коррозионная стойкость. Как правило, он хорошо противостоит атмосферной, кислотной, щелочной и другой коррозии, а также не подвержен окислению.

Эти характеристики делают его лучшим материалом для износостойких конструкционных деталей, используемых в условиях высоких температур и агрессивных сред.

Применение твердого сплава

Материал инструмента

В качестве инструмента для обработки твердый сплав является наиболее важным применением твердого сплава, потребляя более половины производства твердого сплава. Твердый сплав был лучшим материалом для инструмента для обработки с момента его появления.

Материал пресс-формы

Твердый сплав в основном используется для изготовления штампов для холодной вытяжки, штампов для холодной штамповки, штампов для холодной экструзии, штампов для холодной высадки и других штампов для холодной обработки.

Измерительные инструменты и износостойкие детали

Твердый сплав применяется для изготовления легкоизнашиваемых поверхностных вкладышей и деталей измерительных инструментов, прецизионных подшипников шлифовальных станков, направляющих пластин и направляющих стержней бесцентрово-шлифовальных станков, центров токарных станков и других износостойких деталей.

Специальный цементированный карбид

С развитием науки и техники производство высококачественных материалов из твердого сплава также быстро развивалось. С ростом технических требований к продукции в отраслях, перерабатывающих промышленность, рыночный спрос на материалы из твердого сплава продолжал расти. Технология производства материалов из твердого сплава также была улучшена, и соответствующие специальные материалы из твердого сплава в настоящее время широко используются в военной промышленности, аэрокосмической отрасли, механической обработке, металлургии, бурении нефтяных скважин, горнодобывающем оборудовании, электронных коммуникациях, строительстве и других областях. В областях производства высокотехнологичного оружия и оборудования, развития передовой науки и техники и ядерной энергетики также используются изделия из твердого сплава с высоким технологическим содержанием и высокой стабильностью качества.