wiadomości o firmie Co to jest węglik spiekany?

Jeśli pracujesz w przemyśle wytwórczym, górniczym lub narzędziowym, prawdopodobnie słyszałeś termin „węglik spiekany” – ale co to dokładnie jest? Czy to samo co węglik wolframu? I dlaczego jest tak szeroko stosowany w trudnych zadaniach przemysłowych?Węglik spiekany (często nazywany „twardym metalem”) to materiał kompozytowy wytwarzany przez łączenie twardych cząstek ceramicznych (takich jak węglik wolframu) z miękkim spoiwem metalowym (takim jak kobalt lub nikiel) za pomocą wysokiej temperatury i ciśnienia.Łączy w sobie ekstremalną twardość cząstek ceramicznych z wytrzymałością spoiwa metalowego, co czyni go jednym z najtrwalszych materiałów do zastosowań odpornych na zużycie i skrawanie. W tym artykule omówimy jego skład, sposób wytwarzania, kluczowe właściwości, typowe rodzaje i zastosowania w świecie rzeczywistym. Cała treść jest uproszczona dla przejrzystości, z praktycznymi przykładami, które mogą odnieść się do profesjonalistów z branży.

Wydajność węglika spiekanego wynika z jego dwóch głównych składników – cząstek „fazy twardej” i metalu „fazy spoiwa”. Współpracują one ze sobą, aby zrównoważyć twardość i wytrzymałość, czego żaden pojedynczy materiał (jak czysty metal lub ceramika) nie może zrobić samodzielnie.

Uwaga: Węglik wolframu (WC) jest najpopularniejszą fazą twardą – ponad 90% przemysłowych produktów z węglika spiekanego wykorzystuje WC jako główny twardy składnik. Dlatego „węglik spiekany” jest często potocznie nazywany „węglikiem wolframu” (choć technicznie rzecz biorąc, węglik wolframu jest tylko częścią kompozytu).

Węglik spiekany nie jest odlewany ani kuty jak metal – jest wytwarzany przy użyciu metalurgii proszków, procesu, który zamienia drobne proszki w gęsty, stały materiał. Kroki są proste i ściśle kontrolowane, aby zapewnić jakość:

1. Przygotowanie proszku:

   • Faza twarda (np. WC) i spoiwo (np. Co) są mielone na ultra-drobne proszki (wielkość cząstek: 0,5–10 mikrometrów, około 1/20 szerokości ludzkiego włosa).
   • Proszki są suszone w celu usunięcia wilgoci (wilgoć powoduje powstawanie porów w produkcie końcowym) i przesiewane w celu usunięcia grudek.

2. Mieszanie proszków:

   • Proszki są mieszane w precyzyjnych proporcjach (np. 94% WC + 6% Co) za pomocą młynów kulowych. Dodaje się ciecz (np. alkohol) lub smar (np. wosk), aby zapewnić równomierne rozprowadzenie spoiwa wokół twardych cząstek.
   • Mieszanie trwa 4–24 godziny – jednolitość jest tutaj krytyczna: nierównomierne rozprowadzenie spoiwa prowadzi do słabych punktów w produkcie końcowym.

3. Kompaktowanie:

   • Zmieszany proszek jest prasowany w „zielony kompakt” (zgrubny kształt produktu końcowego) za pomocą pras hydraulicznych. Ciśnienie wynosi od 150 do 600 MPa (1500–6000 razy ciśnienie atmosferyczne), aby mocno upakować proszek.
   • Zielony kompakt jest kruchy (jak wyschnięty zamek z piasku), ale zachowuje swój kształt – jest teraz gotowy do spiekania.

4. Spiekanie (etap „utwardzania”):

   • Zielony kompakt umieszcza się w piecu i podgrzewa do temperatury 1300–1600°C (2372–2912°F) w atmosferze ochronnej (argon lub azot, aby zapobiec utlenianiu).
   • W wysokich temperaturach metal spoiwa topi się i przepływa wokół cząstek fazy twardej, „sklejając” je razem. Kompakt kurczy się o 5–20%, gdy luki między proszkami się zamykają.
   • Piec chłodzi się powoli (2–5°C na minutę), aby uniknąć pękania – ten krok zamienia kruchy kompakt w gęstą, twardą część z węglika spiekanego.

5. Obróbka końcowa (opcjonalna):

   • W przypadku precyzyjnych części (np. narzędzi skrawających, pierścieni uszczelniających) spiekana część jest szlifowana tarczami diamentowymi (ponieważ węglik spiekany jest twardszy niż stal), aby dopracować rozmiar i kształt.
   • Niektóre części są polerowane lub powlekane (np. azotkiem tytanu, TiN), aby zwiększyć odporność na zużycie lub zmniejszyć tarcie.

Popularność węglika spiekanego wynika z czterech niezrównanych właściwości, które sprawiają, że jest idealny do trudnych warunków przemysłowych:

• Twardość: 8,5–9 w skali twardości Mohsa (tylko diament, sześcienny azotek boru i kilka innych są twardsze).
• Odporność na zużycie: Wytrzymuje 5–10 razy dłużej niż stal wysokowęglowa w ciężkich zadaniach związanych ze zużyciem. Na przykład, wykładzina górnicza z węglika spiekanego może wytrzymać kontakt z ziarnistą rudą przez 6–24 miesiące, podczas gdy wykładzina stalowa wytrzymuje tylko 1–3 miesiące.

• W przeciwieństwie do czystej ceramiki (która rozpada się po uderzeniu), metalowe spoiwo sprawia, że węglik spiekany jest wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać wstrząsy. Wiertło z węglika spiekanego może uderzyć w twardą skałę bez pękania, podczas gdy wiertło ceramiczne pęknie natychmiast.

• Zachowuje twardość w wysokich temperaturach (do 500–800°C, 932–1472°F, w zależności od spoiwa). To sprawia, że jest idealny do narzędzi skrawających – podczas obróbki metalu końcówka narzędzia nagrzewa się, ale węglik spiekany nie mięknie ani nie traci krawędzi.

• Odporny na rdzę, korozję i atak chemiczny (szczególnie węglik spiekany wiązany niklem). Działa w wodzie morskiej (np. uszczelnienia pomp) lub zakładach chemicznych (np. części zaworów) bez degradacji.

Nie wszystkie węgliki spiekane są takie same – stosunek fazy twardej do spoiwa oraz rodzaj fazy twardej są dostosowywane do konkretnych zadań. Oto najczęstsze rodzaje stosowane w przemyśle:

Węglik spiekany jest wszędzie w przemyśle ciężkim – jeśli część musi być twarda, wytrzymała lub odporna na zużycie, prawdopodobnie jest wykonana z węglika spiekanego. Oto najczęstsze zastosowania:

• Największe zastosowanie: Wiertła, narzędzia tokarskie, płytki frezarskie i brzeszczoty do obróbki metalu, drewna lub betonu. Wymienna płytka skrawająca z węglika spiekanego może obrobić tysiące części metalowych przed koniecznością wymiany.

• Części zużywalne, takie jak zęby kruszarek, skrobaki taśmociągów i wiertła górnicze. Części te obsługują ścierne rudy i skały – odporność na zużycie węglika spiekanego zmniejsza koszty wymiany.

• Pierścienie uszczelniające do pomp (zapobiegają wyciekom i są odporne na zużycie), tuleje łożysk (zmniejszają tarcie w ciężkich maszynach) i matryce do wytłaczania (kształtują metal lub plastik bez zużywania się).

• Małe, precyzyjne części, takie jak dysze (do druku 3D lub wtrysku paliwa), koła zębate zegarków (twarde i odporne na zarysowania) oraz narzędzia medyczne (np. wiertła dentystyczne, które muszą być twarde i sterylne).

1. Mit: „Węglik spiekany jest tym samym co węglik wolframu.”
   Fakt: Węglik wolframu (WC) jest tylko fazą twardą w większości węglików spiekanych. Węglik spiekany jest kompozytem – potrzebuje spoiwa (takiego jak kobalt), aby utrzymać razem cząstki WC. Pomyśl o tym jak o ciasteczku: WC to kawałki czekolady, a kobalt to ciasto.

2. Mit: „Węglik spiekany jest zbyt drogi w użyciu.”
   Fakt: Chociaż kosztuje więcej z góry niż stal, wytrzymuje 5–10 razy dłużej. Na przykład, wiertło z węglika spiekanego za 50 dolarów wytrzymuje 10 razy dłużej niż wiertło stalowe za 10 dolarów – z czasem jest tańsze, ponieważ rzadziej je wymieniasz.

Wyjątkowe połączenie twardości, wytrzymałości i odporności na ciepło sprawia, że węglik spiekany jest niezastąpiony w trudnych zadaniach przemysłowych. Niezależnie od tego, czy obrabiasz metal, wydobywasz rudę, czy budujesz pompy, jest to materiał, który utrzymuje sprzęt w ruchu dłużej i bardziej niezawodnie.

Kluczem do uzyskania jak największych korzyści z węglika spiekanego jest wybór odpowiedniego rodzaju do danego zastosowania: WC-Co dla wszechstronności, WC-Ni dla odporności na korozję i WC-TiTaC-Co dla szybkiej obróbki skrawaniem.

Jeśli nie masz pewności, który rodzaj węglika spiekanego jest najlepszy dla Twojego projektu (np. nowe narzędzie skrawające lub część zużywalna), skontaktuj się z nami. Możemy pomóc dopasować materiał do Twoich potrzeb i budżetu.