碳化钨简介

      化学式WC。为黑色六方晶体,有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。熔点2870, 沸点6000℃,相对密度 15.63(18)硬度可达1200HV。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸,易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎,若掺入少量钛、钴等金属,就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物,以提高抗爆能力。碳化钨的化学性质稳定。

      在碳化钨中,碳原子嵌入钨金属晶格的间隙,并不破坏原有金属的晶格,形成填隙固溶体,因此也称填隙(或插入)化合物。碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得,氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备,产品最终必须在1500℃进行真空处理, 以除去碳氧化合物。碳化钨适宜在高温下进行机械加工,可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等。

      钨与碳的另一个化合物为碳化二钨,化学式为 W2C,熔点为2860℃,沸点6000℃,相对密度17.15。其性质、制法、用途同碳化钨。

      碳化钨号称硬王;除了硬度高以外,尚有耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特性。

      在许多重要的材料中,碳化钨是属于最强硬的材料。利用碳化钨可制成各类零件,而这些零件将担负着最坚巨的耐磨损任务。利用碳化钨可制成各式割切金属的工具。它的用途非常广泛。到底碳化钨有何特殊构造、有何种本领。下面就对碳化钨的一般状况做些简略的介绍。


一 硬王

      谈到材料之硬度,一般人似乎都晓得钢铁比铝合金硬。而在各式各类钢铁中,工具钢又比低碳钢硬。钢铁之硬度一般都靠其结构内有马氏体。如果钢铁内含马氏体愈多,它就愈硬。而这马氏体如合碳量愈多,它也就愈硬。由于大部分的钢铁靠马氏体逞强称硬,因此马氏体就有「硬祖」之称。如果钢铁之构造除了马氏体外,又加上碳化铬的颗粒,那么它的强硬度又更进一级了。许多工具钢就是靠碳化铬与马氏体之合作而达到高硬度。

      然而,工具钢尽管强硬,比起利用碳化钨为主要成份,做成的碳化物合金材料仍是差一大截。虽然氧化铝及碳化硅的硬度跟碳化钨不相上下,但它们的工业用途非常有限。虽然金钢石比碳化钨硬,但无工业用途。碳化钨除了有硬度外,还非常美观、耐用。于是乎碳化钨就轻易的登上了「硬王」的宝座。

二 碳化钨合金材料的一般成分

      虽然早期之碳化钨合金材料其主要成份是碳化钨,而以钴为黏合剂(即利用钴将碳化钨晶粒黏合在一起)。但如减少碳化钨之百分成分,而以碳化钛或碳化钽替代,也可制成不同性质之材料。此材料之一般成分,如下表所示:(重量百分成分)

碳化钨        钴          碳化钽           碳化钛

97%         3%

94%         6%

87%         13%

51%         7%          10%             32%

82%         10%                            8%

      上表所列的是一部分碳化钨合金材料的成分。含碳化钨及碳化钛之量多,其硬度就大。然而勒性就相对的减少。

三 制造方法

      (一)碳化钨粉的制取:利用选矿技术将含钨的矿石破碎分离,而变成含钨量高的精矿。将含钨的精矿与碳化铝或碳化钙混在一起加热起作用,产生的高热与碳化铝或碳化钙混在一起加热起作用,产生的高热超过摄氏二千一百多度,于是碳化钨就形成了。冷却后,此碳化钨可破碎至极细的粉末。另外一种制造方式是将钨粉与碳混在一起在高温下制成碳化钨。

      (二)合金的制成:将碳化钨与钴以一定的比例混合,加压成各种形状,然后半烧结。此烧结过程通常是在真空炉里进行。将其置于真空炉里完成烧结。此时之温度大约为摄氏一千三百至一千五百度之间。

四 碳化钨合金材料的一些性质

      在耐磨损、耐腐蚀、高温、硬度诸性质方面,碳化钨合金材料约比最硬的钢铁强百倍。任何机器或机械装置如需要好的耐磨损材料,最好先考虑使用这碳化钨合金材料。也许制品的成本会较高,但是较耐用,可以减少机件失灵或换修的机会。利用此材料制成的零件,在工业上之用途非常广泛。

激光熔覆纳米碳化钨涂层组织和性能

      采用7KW横流CO2激光器在2Crl3不锈钢基体上进行了激光熔覆纳米WC粉末的实验。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDAX)、显微硬度仪等设备检验了涂层的组织和性能。结果表明:采用激光熔覆纳米WC粉末的方法可以得到致密的复合涂层;涂层熔覆区呈现出典型的Fe的胞状树枝晶和树枝晶间的Fe-C-W组织;XRD分析表明,复合涂层主要由Fe、WC、W2C和Fe3C几种相组成;涂层的性能测试结果表明:表面硬度为1750HV.熔覆层平均硬度为1200HV,耐磨损性能比基体提高了2.5倍。

      阀门是机械工业中用量大而广的主要基础部件之一.阀门在频繁的启闭过程中,其密封面受到擦伤,加上介质的腐蚀、冲刷及高温等因素的作用,而使阀门密封面过早的损坏,成为密封不严,发生泄露的根源之一.

      采用HVOF喷涂钴基炭化钨合金粉末或镍基炭化钨合金粉末还有铬基炭化钨合金粉末硬度可以达到HV1200耐高温850度,使阀门零部件,耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化。超过手工堆焊、渡铬、渗碳、调质、工艺,可使生产效率提高2倍以上,生产费用降低50%以上,使用寿命可延长数十倍。
      喷涂零部件实例:闸板、阀座、阀心、柱塞、球体、法兰、阀杆。


与其他材料的硬度比较:

1根据平垫圈性能等级,作者推荐使用材料:

      对于100hv级的可选用st12、st13及q235、q215、q195等等,表面硬度可达到 110hv 左右;

      对于140hv级的可选用 08f、08al及10、10f等等,表面硬度可达到140hv左右;

      对于200hv和300hv级的应选用45、50、60、70钢或65mn钢,可通过热处理淬火回火达到200~300hv和300~400hv技术要求。

2、钻头的硬度是多少?

      HRC55-58左右 ____ HV600-HV650

3、白钢车刀的各种规格 硬度{HRC}62—-65度 _____HV 750-820

      超高硬度HRC-68—70,具有很高的红硬性和耐模磨性 ____ HV900-
4、磨料
     
常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系3种。船上和工厂常用的是氧化铝砂轮和碳化硅砂轮。氧化铝砂轮磨粒硬度低(HV2000-HV2400)、韧性大,适用刃磨高速钢车刀,其中白色的叫做白刚玉,灰褐色的叫做棕刚玉。

5、立方氮化硼(CB N)是人工合成的一种高硬度材料,它的硬度(HV7300~9000)仅次于金刚石

6、刀具材料的硬度一定要大于工件材料的硬度,一般常温硬度超过60HRC(HV700)以上。高速钢在63~66HRC(HV770~850)以上,硬质合金在74~81.5HRC(无对应)左右,人造金刚石10000HV。


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