Кнопки из карбида вольфрама представляют собой чрезвычайно твердый и прочный материал, используемый в сложных условиях эксплуатации, где требуется высокая износостойкость. Часто называемый просто "карбид", этот передовой материал позволяет деталям, компонентам и изделиям выдерживать жесткие условия эксплуатации.
Твердосплавные кнопки обладают уникальными свойствами, которые делают их универсальными для использования в различных отраслях промышленности, включая обрабатывающую, нефтегазовую, горнодобывающую, строительную, транспортную и другие. Они значительно превосходят другие материалы в абразивных условиях, обеспечивая длительный срок службы для поддержания оптимального функционирования.
Эта статья представляет собой исчерпывающее руководство по кнопкам из карбида вольфрама. Мы рассмотрим состав твердосплавных кнопок, типы, основные свойства, производственные процессы, области применения, популярные размеры и марки, конструктивные особенности, мировые стандарты, лучших поставщиков, цены и многое другое. Если вы инженер, изучающий возможности применения твердого сплава, или менеджер по закупкам, подбирающий износостойкие детали, в этом руководстве вы найдете важные сведения, которые помогут вам принять решение.
Состав Кнопки из карбида вольфрама
Карбид вольфрама (WC) - это керамический материал, содержащий частицы карбида вольфрама (W) в связующей матрице из кобальта (Co). Он производится путем смешивания порошка вольфрама и углерода при высокой температуре в процессе, называемом науглероживанием.
Большинство твердосплавных кнопок состоят из тщательно контролируемых частиц карбида вольфрама, вкрапленных в кобальтовую связку от 6% до 25%. Кобальт действует, чтобы цементировать твердые зерна WC вместе, так что они могут быть сформированы в пригодный для использования продукт.
Относительное процентное содержание кобальтовой связки определяет твердость и прочность. Низкокобальтовые марки более твердые и износостойкие, но, как правило, хрупкие. Более высокие сорта кобальта более твердые, но немного мягкие.
Типичный состав твердосплавных кнопок
| Учредитель | Состав по массе % |
|---|---|
| Вольфрам (W) | 72.0 – 97.5% |
| Углерод (C) | 0.6 – 6.0% |
| Кобальтовое (Co) связующее | 3.0 – 25% |
Широкий диапазон возможных марок твердого сплава и процентного содержания кобальта позволяет производителям адаптировать кнопки к конкретным условиям эксплуатации.
Виды твердосплавных кнопок по способу производства
Твердосплавные кнопки производятся различными методами, в результате чего получаются материалы разного качества, подходящие для конкретного применения:
Кнопки из литого карбида
- Производится путем жидкофазного спекания вольфрамового порошка и связующего вещества
- Большие пуговицы диаметром до 3 дюймов
- Более высокая пористость по сравнению с другими сортами
Кнопки из спеченного карбида
- Изготовлен из частиц карбида вольфрама, спрессованных и спеченных в твердой фазе
- Низкая пористость для превосходной твердости
- Пуговицы диаметром до 1 дюйма
Кнопки из гранулированного карбида
- Спрессован из гранул карбида вольфрама, а не порошка
- Средняя плотность и твердость
- Экономичный сорт
Кнопки из цементированного карбида
- Порошки науглероженного вольфрама, сцементированные кобальтовым связующим
- Очень равномерная твердость и плотная структура
- Более высокая стоимость по сравнению с гранулированным карбидом
Стержни из карбида вольфрама
- Вытягивается в стержни, затем разрезается на пробки
- Очень жесткие допуски
- Равномерная твердость и износостойкость
Твердосплавные вставки для кнопок
- Прессованные в различные распространенные формы вкладыши
- Реверсивные сменные вставки с несколькими кромками
- Цилиндрические, конические, радиусные, тригонные, алмазные и т.д.
Основные свойства и характеристики
Исключительная твердость и износостойкость твердосплавных кнопок в широком диапазоне температур обусловливают значительные преимущества, которые делают их идеальной заменой другим материалам в различных областях применения.
Свойства кнопок из карбида вольфрама
| Недвижимость | Описание |
|---|---|
| Твердость | 89 - 93 HRA при комнатной температуре |
| Прочность на сжатие | Выше, чем у инструментальных сталей |
| Прочность на разрыв | В два раза выше, чем у инструментальных сталей |
| Диапазон рабочих температур | До 600°C для кобальтовых марок |
| Коэффициент трения | 0,2 динамический, 0,6 статический |
| Плотность | Втрое больше, чем у стали |
| Коррозионная стойкость | Устойчив к коррозии, кроме как в присутствии HCl и H2SO4 |
| Теплопроводность | Ниже, чем у инструментальной стали, поэтому теплоотдача медленнее |
Ключевые характеристики, которые приводят к повышению производительности:
- Чрезвычайная твердость обеспечивает устойчивость к истиранию и эрозии
- Прочность сохраняет форму и функциональность при больших нагрузках
- Плотная структура выдерживает удары без образования трещин
- Кобальтовое связующее придает прочность на излом
- Химически инертен в большинстве сред
- Стабильность размеров в широком диапазоне температур
Разновидности твердосплавных кнопок
- Твердость напрямую зависит от содержания кобальта
- Кобальт более твердый, но более хрупкий.
- Кобальт с высоким содержанием кобальта более жесткий, но немного мягкий.
- Должен соблюдаться баланс между износостойкостью и необходимой прочностью
Карбид вольфрама кнопка производственный процесс
Твердосплавные пуговицы проходят ряд сложных производственных этапов с использованием экстремального тепла и давления для достижения уникальных металлургических свойств.
Четыре ключевых этапа:
1. Фрезерование
- Чистый металлический порошок вольфрама измельчается до точного среднего размера частиц, оптимизированного для требуемой марки карбида
2. Смешивание
- Отмеренные количества вольфрамового порошка и углерода смешиваются и измельчаются в равномерно диспергированную смесь
3. Нажмите
- Порошковая смесь прессуется в "зеленую" компактную форму, отражающую конечные размеры
4. Спекание
- Зеленые компакты подвергаются резистивному спеканию в вакуумной печи при температуре 2 500°F, что позволяет получить продукт практически без пор
Передовая технология сочетает углерод и вольфрам путем диффузии для создания чрезвычайно твердого материала, способного выдерживать экстремальное давление и нагрев.
Основные области применения и использования
Обладая превосходными износостойкими характеристиками и физическими свойствами, твердосплавные кнопки обеспечивают преимущества в различных отраслях промышленности и сферах применения, включая:
Типичные области применения твердосплавных кнопок
| Промышленность | Общие приложения |
|---|---|
| Производство | Втулки, уплотнения, насадки, направляющие, клапаны, оснастка, пресс-формы |
| Строительство | Прокладка дорог, забивка свай, инструменты для проходки, кнопки для бурения скальных пород |
| Добыча | Дробильные, шлифовальные средства, экскаваторные зубья и крюки |
| Транспорт | Отвалы для грейдеров и снегоочистителей, вкладыши для грузовых автомобилей |
| Лесное хозяйство | Зубья пил, окорки, ножи для колки дров, ножи для измельчения. |
| Нефть и газ | Скважинные инструменты, канатные инструменты, каротажные приборы |
| Производство стали | Фильеры для непрерывного литья, конусы для горячего верха печи |
| Железнодорожный транспорт | Тормозные колодки и накладки, измерительные приборы для контроля рельсов |
Основные причины, по которым карбид вольфрама выбирают вместо стальных альтернатив:
- Износостойкость превышает аналогичные стальные детали в 8-30 раз.
- Выдерживает высокие скорости скольжения без заеданий и теплового повреждения
- Работает в абразивных или коррозионных средах, которые быстро разрушают сталь
- Обеспечивает экономическую эффективность за счет более длительных циклов замены
Марки твердого сплава и соотношение связующего могут быть оптимизированы в соответствии с эксплуатационными требованиями, будь то повторяющиеся удары, постоянное истирание или циклические эрозионные механизмы, разрушающие компоненты.
Популярные размеры твердосплавных кнопок
Кнопки из карбида вольфрама производятся стандартных размеров со склада или по индивидуальным размерам для конкретной конструкции оборудования.
Наиболее распространенные диаметры кнопок
- 3/8 дюйма
- 1/2 дюйма
- 5/8 дюйма
- 3/4 дюйма
- 7/8 дюйма
- 1 дюйм
Производятся также заглушки большего диаметра, вплоть до 3 дюймов, хотя они реже встречаются в продаже.
Маленькие кнопки и вставки диаметром до 1/8 дюйма, изготовленные из спеченного или цементированного карбида, используются в легких условиях эксплуатации.
Стандартные соотношения высоты и диаметра
- Кнопки в соотношении 1:1
- Кнопки с соотношением 1:2
- Кнопки с соотношением 2:1
- Кнопки с соотношением сторон 3:1
1:1 - наиболее часто используемое соотношение твердосплавных кнопок, обеспечивающее универсальность при различных конфигурациях крепления. Нестандартные соотношения длины и диаметра изготавливаются на заказ.
Степени, стандарты качества и спецификации
Система градации твердосплавных кнопок
Кнопки из карбида вольфрама классифицируются по единой структуре градации, разработанной Международной организацией по стандартизации (ISO).
Эта система классифицирует марки твердых сплавов по размеру зерна и содержанию кобальта с помощью буквенно-цифрового кода.
Типичные марки твердого сплава для кнопок
| Класс | Описание |
|---|---|
| K10 / K01 | Сверхмелкое зерно размером от 0,2 до 0,4 микрона с низким содержанием кобальта обеспечивает максимальную износостойкость там, где не требуется высокая прочность |
| K20 / K02 | Очень мелкое зерно размером от 0,5 до 1 микрона со средним содержанием кобальта для превосходной прочности и жесткости |
| K30 / K03 | Мелкие зерна размером 1-2 микрона с повышенным содержанием кобальта для увеличения сопротивления разрушению при ударе |
| K40 / K04 | Зерна среднего размера от 1 до 5 микрон с высоким содержанием кобальта, обеспечивающие прочность, а не высокие износостойкие характеристики |
Чем ниже номер марки ISO, тем меньше размер частиц карбида вольфрама и, следовательно, как правило, тем выше износостойкость. Производство карбида с более мелким зерном обходится дороже.
Стандарты качества и согласованности
Авторитетные производители твердосплавных кнопок контролируют производство с помощью статистического управления процессом и стандартов качества ISO:
- ISO 9001 - Управление качеством
- ISO 14001 - Экологический менеджмент
- ISO 45001 - Охрана труда и техника безопасности
Соответствие требованиям обеспечивает постоянство и надежность характеристик твердого сплава. Валидационные испытания могут быть проведены на образцах в соответствии с требованиями заказчика.
Лучшие практики проектирования и спецификации
Учет требований к твердосплавным кнопкам:
- Условия эксплуатации - умеренное, сильное или экстремальное истирание
- Материал основания - камень, бетон, грунт, сталь, дерево и т.д.
- Твердость абразивных материалов, если применимо
- Нагрузки, скорость вращения, температура, химическое воздействие
- Метод фиксации - паяный или зажимной
Получите рекомендации специалиста по выбору оптимальной марки твердого сплава, процентного содержания связующего и способа фиксации, если предыдущие модели кнопок не доказали свою эффективность в той же области применения.
Укажите марку ISO, размеры, допуски на размеры, отделку поверхности, процентное содержание кобальта, метод изготовления и любые нестандартные требования.
Глобальные поставки и производители
Китай, Европа и США являются ведущими производителями изделий из цементированного карбида вольфрама. Многие крупные поставщики имеют предприятия, стратегически расположенные в этих регионах.
Известные производители твердосплавных кнопок
| Компания | Штаб-квартира |
|---|---|
| Kennametal | Соединенные Штаты |
| Sandvik | Швеция |
| Ceratizit | Люксембург |
| Mitsubishi Materials | Япония |
| Гуандун Сянлу Вольфрам | Китай |
| Федеральный карбид | США |
| TaeguTec | Южная Корея |
При выборе предпочтительного поставщика твердосплавных кнопок убедитесь в том, что:
- Технически квалифицированные инженеры по продажам помогут выбрать продукт
- Возможность поставки как стандартных, так и индивидуальных опций
- Строгое соблюдение стандартов контроля качества
- Конкурентоспособные цены и оперативная доставка в масштабе
- Прочная репутация, подтвержденная отзывами клиентов
Цены на твердосплавные кнопки
Твердосплавные кнопки имеют более высокую цену по сравнению со стальными альтернативами. Однако более длительный срок службы приводит к снижению общей стоимости детали в час или за единицу продукции.
Диапазоны стоимости для марок твердого сплава
| Степень твердости | Индекс относительных цен |
|---|---|
| K10/K01 | Самая высокая стоимость из-за длительной обработки |
| K20/K02 | средний ценовой диапазон |
| K30/K03 | более низкая стоимость по сравнению с ультратонкими сортами |
| K40/K04 | наименее дорогой сорт вольфрама |
Драйверы цен:
- Ценообразование на рынке вольфрамового сырья
- Сложность метода производства
- Требуемая жесткость допусков размеров
- Количество заказов - индивидуальные и оптовые
- Нестандартные опции, такие как снятие фаски или сверление отверстий
Цены также варьируются в зависимости от поставщика:
- Страна происхождения продукции
- Производственные мощности и экономия от масштаба
- Наценки и тарифы торговых посредников
Сравнение твердосплавных и стальных кнопок
Карбид вольфрама значительно превосходит сталь по важнейшим свойствам и при этом отличается экологической стабильностью.
Противопоставление стали и твердого сплава
| Недвижимость | Кнопка из карбида вольфрама | Стальная кнопка |
|---|---|---|
| Твердость | До 93 HRA | Максимум 60 HRC |
| Прочность | В 2 раза больше, чем у стали | Умеренная прочность |
| Жесткость | Твердый, хрупкий материал | Менее твердый, но более пластичный |
| Износостойкость | Превосходно благодаря твердости | восприимчивы к механизмам износа |
| Коррозионная стойкость | Инертен к большинству химических веществ | Склонны к окислению |
| Диапазон рабочих температур | До 600°C | Теряет твердость при температуре выше 250°C |
| Коэффициент трения | Низкий уровень ~0,2 | ~0,7 и помутнение или уплотнение |
| Ключевые соображения | Твердосплавные кнопки | ** Стальные кнопки ** |
| Начальная цена | Во много раз выше | Очень экономично |
| Срок службы | От 8 до 30 раз больше | Низкая прочность и срок службы |
| Вес | В два раза тяжелее | Небольшой вес |
| Теплопроводность | Низкий уровень для сохранения тепла | Высокая степень рассеивания тепла |
| Время выполнения | Более длительное время изготовления | В свободном доступе |
Твердосплавные кнопки обеспечивают снижение времени простоя, экономию затрат на расходные материалы и повышение эффективности оборудования.
Лучшие практики проектирования и выбора твердосплавных кнопок
Правильное проектирование и контролируемое изготовление компонентов из твердого сплава повышают технические характеристики, избегая при этом распространенных ошибок.
Проверенные принципы проектирования
- Соответствие твердости твердого сплава механизмам износа в конкретном случае
- Обеспечение равномерной толщины поперечного сечения
- Устранение особенностей концентрации напряжений
- Конструкция позволяет избежать повреждений, вызывающих хрупкое разрушение
- Оптимизация механизмов удержания интерфейсов в соответствии с рабочими нагрузками
- Учитывайте разницу в тепловом расширении по сравнению с основными металлами
- Учитывайте плохую теплопроводность, требующую использования охлаждающих средств
Проблемы, связанные с механической обработкой
Будучи чрезвычайно твердым, карбид вольфрама не поддается обработке традиционными методами. Выходы шлифуются до окончательных размеров.
- Требуются алмазные шлифовальные круги и технологические процессы
- Вызывает быстрый износ инструмента, требующий частой правки круга.
- Образуется мелкая пыльная стружка, требующая фильтрации
- Риск образования микротрещин и повреждения инструмента под давлением
Более простой в производстве твердый сплав:
- Более мягкий материал из твердого сплава марки K40/K04
- Компоненты с более простой геометрией
- Большие плоские поверхности
Воспользуйтесь опытом производителя в области проектирования, а не пытайтесь обрабатывать сложные детали из твердого сплава.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Почему карбид вольфрама так популярен по сравнению с другими твердыми материалами, такими как керамика?
О: Карбид вольфрама уникальным образом сочетает в себе исключительную твердость и износостойкость с повышенной вязкостью разрушения. Керамические альтернативы склонны к катастрофическому растрескиванию при нагрузках, а не к постепенному износу с течением времени.
В: Что приводит к тому, что твердосплавные кнопки и инструменты со временем выходят из строя и требуют замены?
О: Учитывая чрезвычайно твердую структуру, карбид не деформируется постепенно до разрушения, как металлы. Большинство повреждений возникает в результате небольших сколов, приводящих к образованию трещин. Удары могут вызвать и макроскопические трещины. Усталостный износ также разрушает поверхности передней линии через механизмы трения и истирания.
В: Следует ли хранить пуговицы из карбида вольфрама каким-то особым образом?
О: Учитывая свойства инертного материала, твердосплавные кнопки не требуют специального хранения, если они защищены от физических повреждений. Убедитесь в наличии надлежащей вентиляции, поскольку пыль от шлифования кобальтовых связующих может представлять опасность для дыхательных путей.
Вопрос: Каким способом твердосплавные кнопки соединяются с оборудованием и машинами?
О: Два наиболее распространенных метода крепления твердого сплава - пайка и зажим с помощью болтов или резьбовых узлов. Выбор материала для пайки зависит от температуры эксплуатации и стоимости. Механическое крепление позволяет упростить замену, но может быть связано с различиями в скорости теплового расширения твердого сплава и металлов-держателей.
В: Насколько больше срок службы твердосплавных кнопок по сравнению со стальными?
О: В зависимости от условий эксплуатации и аналогов, истирающих кнопки, правильно спроектированные твердосплавные кнопки обычно служат в 8-30 раз дольше, чем альтернативные стальные решения. Экономическая эффективность окупаемости оправдывает 5-кратное или 15-кратное повышение цены.
