Что такое цементированный карбид?
Цементированный карбид — это уникальный материал, который славится своей исключительной твердостью и способностью выдерживать экстремальные условия, такие как высокие скорости, повышенные температуры и обработка твердых материалов. Этот материал также известен под названиями гарметалл, Widia™ или карбид вольфрама. Он широко используется в промышленности для производства инструментов, которые работают с нержавеющей сталью, углеродистой сталью и другими прочными материалами.
Состав и производство цементированного карбида
Современный цементированный карбид представляет собой комбинацию частиц карбида вольфрама и металлического кобальта. Иногда в состав добавляют карбид тантала и никель для улучшения свойств материала. Процесс производства включает спекание или горячее изостатическое прессование (ГИП). В ходе этих процессов расплавленный кобальт смешивается с твердыми зернами карбида вольфрама, создавая прочный и износостойкий материал.
Конечные свойства цементированного карбида зависят от пропорций ингредиентов в смеси. Например, увеличение доли кобальта делает материал более пластичным, но менее твердым, тогда как большее количество карбида вольфрама повышает твердость, но делает материал более хрупким.
Преимущества цементированного карбида
Высокая твердость
Цементированный карбид превосходит большинство металлов по твердости, что делает его идеальным для обработка твердых материалов.
Износостойкость
Материал устойчив к истиранию, что продлевает срок службы инструментов.
Термостойкость
Цементированный карбид сохраняет свои свойства даже при высоких температурах, что важно для процессов резания и сверления.
Универсальность
Материал используется в различных отраслях, включая металлообработку, горнодобывающую промышленность и производство электроники.
Недостатки цементированного карбида
Несмотря на свои преимущества, цементированный карбид имеет и недостатки:
Хрупкость
Материал склонен к сколам и поломкам при ударных нагрузках.
Высокая стоимость
Производство цементированного карбида требует дорогостоящего сырья и сложных технологий.
Для снижения затрат часто используют комбинированные инструменты, где хвостовик изготавливается из более дешевого материала, например, углеродистой стали, а рабочая часть — из цементированного карбида.
Применение цементированного карбида
Металлообработка
Используется для изготовления режущих инструментов, таких как фрезы, сверла и токарные резцы.
Горнодобывающая промышленность
Применяется в буровых коронках и долотах для бурения твердых пород.
Электроника
Используется в производстве прецизионных деталей, таких как микросхемы и полупроводники.
Медицина
Применяется в хирургических инструментах и имплантатах благодаря своей биосовместимости.
Улучшение свойств с помощью покрытий
Для повышения эффективности инструментов из цементированного карбида их часто покрывают специальными материалами, такими как карбид-нитрид титана, нитрид алюминия или алмазоподобный углерод. Эти покрытия выполняют несколько функций:
Увеличение смазки
Снижают трение между инструментом и обрабатываемым материалом.
Снижение температуры
Помогают отводить тепло, что уменьшает износ инструмента.
Продление срока службы
Покрытия защищают инструмент от коррозии и механических повреждений.
История создания цементированного карбида
Первый цементированный карбид был создан в конце XIX века французским химиком Анри Муассаном. Он пытался синтезировать алмазы, но в результате получил пористый и хрупкий материал, похожий на современный карбид вольфрама.
Позже немецкие ученые Карл Шретер и Генрих Баумхауэр обнаружили, что добавление кобальта делает материал более прочным и пригодным для промышленного использования. В 1920-х годах в Германии началось коммерческое производство цементированного карбида под брендом Widia™, что в переводе с немецкого означает «подобный бриллианту».
В 1930-х годах была разработана более прочная версия материала, в которой карбид вольфрама заменялся смесью карбида тантала и никеля. С тех пор состав цементированного карбида постоянно совершенствуется, но его основная структура остается неизменной: твердые зерна карбида вольфрама, связанные расплавленным металлом.
Современные разработки
Сегодня цементированный карбид изготавливается с использованием различных комбинаций материалов, что позволяет адаптировать его свойства под конкретные задачи. Например, добавление карбида титана повышает термостойкость, а использование никеля вместо кобальта улучшает коррозионную стойкость.
Кроме того, современные технологии позволяют создавать нанопорошки карбида вольфрама, которые обеспечивают более однородную структуру материала и повышают его прочность.
Будущее цементированного карбида
С развитием технологий цементированный карбид продолжает совершенствоваться. Ученые работают над созданием
