Kovuuden vuosisata: Volframikarbidin historia

Hehkulampuista kallioperään: The Discovery

Tarina volframikarbidista (WC) on teollinen välttämättömyys materiaalitieteen läpimurron saavuttamiseksi.

Elementti volframi

Matka alkaa 1700-luvulla elementin löytämisellä Volframi (W) . Tunnettu uskomattomasta tiheydestä ja kaikkien metallien korkein sulamispiste (over $3,400^{\circ}\text{C}$), it quickly became the material of choice for hehkulamppujen filamentit 1900-luvun alussa. Tämän uskomattoman kovan metallin vetäminen hienoiksi langoiksi vaati meistit, jotka olivat lähes yhtä kovia kuin timantti.

Sementoidun karbidin synty

Ratkaiseva läpimurto tapahtui vuonna Saksa 1920-luvulla . Sähkölamppuyhtiö Osramin insinöörit etsivät epätoivoisesti halvempaa, tiukempaa vaihtoehtoa kalliille timanttimuotteille, joita käytetään volframilangan vetämiseen. Tämä tarve johti keksimiseen sementoitu kovametalli (tai hardmetal), kirjoittanut Karl Schröter.

• Idea: Yhdistä volframikarbidijauheen (WC) äärimmäinen kovuus sitkeään, metalliseen "liimaan" - koboltti .
• Tulos: Ensimmäinen moderni kovametalli: komposiittimateriaali, joka kestää keramiikkaa naarmuuntumista, mutta jolla on metallin sitkeys ja iskunkestävyys. Tämä vallankumouksellinen materiaali syrjäytti nopeasti timantin vetomuotissa ja levisi pian leikkauksen ja porauksen maailmaan.

Voimatiede: Miksi WC on niin kova

Mikä antaa volframikarbidille sen timantinomaisen kovuuden? Vastaus piilee atomitason sidoksessa volframi- ja hiiliatomien välillä.

Kristallirakenne

Volframikarbidi muodostaa ainutlaatuisen kidehilan. Yhdisteessä (WC) hiiliatomit sopivat paljon suurempien volframiatomien välisiin tiloihin. Tuloksena oleva rakenne on erittäin vahva kovalenttiset sidokset volframin ja hiilen välillä yhdistettynä vahvaan metalliset sidokset itse volframiatomien välillä.

Tämä yhdistelmä luo kuuluisat ominaisuudet:

• Äärimmäinen kovuus: Vahva, suuntaava kovalenttiset sidokset kestää muodonmuutoksia ja naarmuuntumista. Se tekee yleensä pisteitä 9-9,5 Mohsin asteikolla , toiseksi vain timantti (10).
• Suuri lujuus ja sitkeys: Metallinen koboltti binder joka pitää WC-hiukkaset yhdessä, tarjoaa tarvittavan sitkeys – murtumis- tai särkymiskestävyys iskun vaikutuksesta – mikä puuttuisi puhtaalta, hauraalta volframikarbidijauheelta.

Volframikarbidin hienot hiukkaset jakautuvat kobolttimatriisiin, jolloin syntyy a metallimatriisikomposiitti joka on paljon parempi kuin mikä tahansa yksittäinen materiaali raskaisiin sovelluksiin.

Volframikarbidi nykymaailmassa: teollinen muutos

Sementoidun kovametallin laaja käyttö johti teolliseen vallankumoukseen, joka lisäsi tuottavuutta lähes kaikilla raskaan teollisuuden aloilla.

Tehokkuus koneistuksessa

Volframikarbidityökalut voivat säilyttää terävän reunan lämpötiloissa, jotka aiheuttavat perinteisen terästyökalun nopeasti tylsymisen (ominaisuus ns. kuuma kovuus ).

• Vaikutus: Tämän ansiosta valmistajat voivat lisätä leikkausnopeuksia ja syöttönopeuksia sorveissa ja jyrsinkoneissa jopa viisi kertaa nopeampi kuin nopean teräksen (HSS) työkaluilla, mikä vähentää merkittävästi tuotantoaikaa ja -kustannuksia.

Dominointi kaivostoiminnassa

Resurssialalla volframikarbidikärjet ovat kirjaimellisesti pureskella läpi planeetan kovimmat materiaalit.

• Kallioporaus: Öljyn ja kaasun etsintään sekä kiven murtamiseen käytettävät terät on nastoitettu WC-osilla. Nämä palat voivat kestää 10 kertaa pidempään kuin terästyökalut, mikä vähentää kalliita huoltoseisokkeja.
• Rakenne: Tunneliporauskoneet (TBM) käyttävät volframikarbidikärkisiä kiekkoja, jotka hiovat vuorten läpi ja rakentavat uusia metrotunneleita tai infrastruktuuria.

Kovin kilpailu: WC vs. Titaani

Vaikka volframikarbidi ja titaani sekoitetaan usein, ne palvelevat hyvin erilaisia tarkoituksia ydinominaisuuksiensa vuoksi.

Lyhyesti sanottuna, jos tarvitset kevyttä, iskunkestävää materiaalia (kuten lentokoneen siipeen tai kehon implanttiin), valitset Titanium . Jos tarvitset kovimman, kulutusta kestävän materiaalin leikkaamiseen tai hiomiseen, valitset Volframikarbidi .