Tungsten vs Tungsten Karbür

Periyodik tablonun 74. elemanı olan tungsten, ampullerdeki filamentler için bir malzeme olarak erken kullanımından bu yana uzun bir yol kat etti. Bu gümüş-beyaz parlak metal, alaşımlama işlemi sayesinde endüstride daha fazla mevcut hale geliyor - yani alaşımlar olarak bilinen yeni, geliştirilmiş malzemeler oluşturmak için metalik elementleri bir araya getirme yeteneği. Tungsten, hem bir alaşım bazı hem de bir alaşım elemanı olarak işlev görebilir ve bu makale, temel tungsten ile en yaygın alaşımı olan tungsten karbürü karşılaştıracaktır. Her iki form da çok sayıda uygulamada bulunabilir ve bu makale, her birinin fiziksel, mekanik ve çalışma özelliklerini karşılaştırarak her bir tungsten türünü diğerinden ayırt etmeye yardımcı olacaktır. Bunu yaparak, bu makale tasarımcıların daha bilinçli malzeme seçimleri yapmasına yardımcı olmayı ve bu gelişmiş metallerin benzersiz özelliklerini göstermeyi amaçlamaktadır.

Tungsten

Başlangıçta 1779'da "wolfram" olarak adlandırılan tungsten (tung sten veya İsveççe "ağır taş"), ilk olarak 1700'lerin sonunda izole edilen yoğun bir metaldir. O zamandan beri, bazı ilginç ve değerli özellikler gösterdiğinden, malzeme bilimi alanı için giderek daha önemli hale geldi. Bunlar arasında mükemmel yüksek sıcaklık esnekliği, herhangi bir metalin en düşük genleşme katsayısı, herhangi bir metalin en yüksek erime noktası (3370 ° C / 6100 ° F), herhangi bir metalin en düşük buhar basıncı, yüksek sıkıştırma ve esneklik modülleri, iyi elektrik iletkenliği bulunur ve yüksek bir yoğunluk (19.25 g / cm3), sadece birkaçını belirtmek için. Diğer metallerle alaşımlandığında, tungsten, bu özelliklerin bazılarını, özellikle yüksek mukavemeti ve esnekliği olan nihai alaşıma sağlayabilir. Bu nedenle, tungsten alaşımlarının (tungsten alaşımlarının tipleri hakkında daha ayrıntılı olarak açıklandığı gibi) yanı sıra, bunlara tungsten ilavesinden yararlanan çelik ve alüminyum gibi diğer birçok metal de vardır.

Düşük süneklik kırılmaya yatkın olduğundan, tungsten saf olmayan haldeyken çalışılması çok zordur. Oda sıcaklığında kırılgandır ve bu nedenle geçiş sıcaklığının çok üzerinde kesilmeli / oluşturulmalıdır ve soğukta kalıplanamaz. Tungsten öğütülebilir, birleştirilebilir, öğütülebilir, perçinlenebilir, bükülebilir, damgalanabilir ve döndürülebilir, ancak kırılmaya eğilimli olduğu ve genellikle çalışmak için pahalı bir malzeme olduğu için büyük bir dikkatle ele alınmalıdır. Saf tungsten, bir demir testeresi ile kesilebilmesi ve çok daha az kırılgan olması daha kolaydır, ancak bu saf durum daha pahalıdır ve niş uygulamalar için ayrılmıştır. Sadece mineral asitlerin saldırdığı iyi korozyon direncine sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda oksijen varlığında oksitlenir. Tungsten hakkında ilginç bir gerçek, bir toz durumunda, tungsten hava mevcudiyetinde kendiliğinden tutuşabilmesidir (bu nedenle makinistler dikkat eder).

Tungsten, camdan metale contalar için yararlıdır, çünkü termal genleşme katsayısı borosilikat cam ile eşittir ve lamba filamentlerinde, televizyon tüplerinde, elektrik temas noktalarında, röntgen hedeflerinde, ısıtma elemanlarında ve diğer yüksek sıcaklık uygulamaları. En popüler kullanım alanları kuru yağlayıcıda (tungsten disülfür) ve yüksek hızlı takım çelikleri, sert metal ve tabii ki tungsten karbür gibi alaşımlardadır - ancak daha sonraki bölümde daha fazladır.

Tungsten karbür

Tungsten karbür, tungsten tozunun 1.400 - 1.600 ° C'de (2.550 - 2.900 ° F) karbon ve hidrojen ile ısıtılmasıyla yapılan bir tungsten ve karbon alaşımıdır. Elde edilen alaşım çelikten 2-3 kat daha serttir ve bilinen tüm erimiş, dökülmüş ve dövülmüş metalleri aşan basınç dayanımına sahiptir. Deformasyona karşı oldukça dayanıklıdır ve hem aşırı soğuk hem de sıcak sıcaklıklarda stabilitesini korur. Monokarbit formunda (WC'nin kimyasal formülü), tungsten karbür bilinen en sert malzeme için elmasla rekabet eder. Darbe direnci, tokluk ve safra / aşınma / erozyona karşı direnci olağanüstüdür, aşırı koşullarda çelikten 100 kat daha uzun ömürlüdür. Özellikleri tungsten karbürü metal benzeri maddelere yerleştirir, çünkü teknik olarak tungsten, karbon ve bazı bağlayıcıların (genellikle kobalt) bir seramik çimentosudur, bu yüzden de herhangi bir şekilde ısıl işlem göremez. 15.7 g / cm3 yoğunluğa sahiptir ve genellikle en iyi elektrik iletkeni değildir; ancak ısıyı alet çeliğinden çok daha hızlı iletir.

Çoğu makine biti ve aleti tungsten karbürden yapıldığından, tungsten karbürün işlenmesi inanılmaz derecede zordur. Tungsten karbür genellikle sadece öğütülür veya tornalanır ve yumuşak veya “yeşil” durumundayken yapılır ve sadece elmas kaplamalı uçlarla yapılabilir. Ayrıca son derece sert bir kristal yapı oluşturmak için dökülebilir ve hızla söndürülebilir. Tungsten karbür, tungsten karbürün bir formu olan sert metalin yapımında ve değirmen ürünleri, yüksek hızlı aletler, askeri silahlar, zırh ve diğer sağlam uygulamaların yapımında paha biçilmezdir.

Tungsten ve Tungsten Karbür karşılaştırılması

Çoğu insan tungsten ve tungsten karbürü karıştırır, çünkü tungsten karbür mevcut en yaygın anlaşılan tungsten formudur. Bununla birlikte, saf hali için bazı niş kullanım durumları vardır ve bu bölüm, nasıl farklı olduklarını göstermek için tungsten ve tungsten karbür ile kontrast oluşturacaktır. Aşağıda, Tablo 1'de her bir malzemenin çeşitli mekanik özellikleri gösterilmektedir ve karşılaştırmaları okuyuculara bir malzemenin ne zaman diğerinin üzerine uygulanacağı konusunda daha iyi bir fikir vermelidir. Bu karşılaştırma için monotungsten karbürün (WC) kullanıldığını, ancak daha fazla alaşım bulunduğunu unutmayın.

Tungsten, çoğu çelikten daha büyük olan büyük bir elastik modüle sahiptir; tungsten karbür, etkileyici sertliğini gösteren daha büyük bir elastik modüle sahiptir. Genel olarak, malzeme sertliği büyük bir elastik modülle ilişkilidir ve Tablo 1'de gösterilen değerler, tungsten karbürün elastik esneklikte sadece elmastan sonra ikinci olduğunu kanıtlamaktadır. Elastik modülü, elmasın topuklarında (1000 GPa elastik modülü) olan neredeyse 700 GPa'dır, bu da hem deformasyona karşı direncini hem de çalışıldığında parçalanma eğilimini gösterir.

Kesme modülü, bir test numunesi içindeki kesme geriliminin kesme gerilimine oranıdır ve sıklıkla sertlik modülü olarak adlandırılır. Aynı denklemlerden türetildikleri ve her iki sertlik ölçüsü oldukları için elastik modülüne kaçınılmaz olarak bağlanır (biri elastik veya lineer gerilmelere karşı kesme veya kesit gerilmelere karşılık gelir). Tablo 1'deki değerler, tungsten'in sağladığı etkileyici direnci göstermek için daha fazla kanıttır. Referans olarak, çoğu çelik, tungstenin yarısı kadar ve tungsten karbürün kesme modülünün üçte biri olan 80 GPa civarında bir kesme modülüne sahiptir.

Çoğu tasarımcı doğal olarak mukavemetlerine göre malzeme seçer. Hem tungsten hem de tungsten karbürün sağlam, son derece sert metaller olduğu biliniyor - bu yüzden çekme dayanımları neden bu kadar düşük? Cevap, bu malzemelerin doğası gereği kırılgan olması ve ilginç bir malzeme bilimi fenomeni göstermesidir. Moleküler sertlikleri nedeniyle, kırılgan malzemeler sıkıştırmada gerilmeye göre çok daha güçlüdür (tuğla duvarları düşünün: sıkıştırmada binlerce pound taşıyabilirler, ancak daha önce hiç bir tuğla kafes gördünüz mü?). Bu prensip, bu malzemelerin, özellikle daha az metalik tungsten karbürün basınç mukavemetini incelerken belirginleşir: oda sıcaklığında 2683 MPa basınç mukavemetine sahiptir ve aşırı sıcaklık değişiklikleri ile mukavemetini korur. Aynı özellik, basınç mukavemetinin her şeyden önce daha düşük ve ikinci olarak sıcaklığa bağlı olarak dalgalandığı paslanmaz çelik sac için söylenemez. Bu gerçeği bilerek, tungstenin asla çekme uygulamalarında kullanılmaması gerektiği, ancak sıkıştırma uygulamalarında en üst sırada yer aldığı açıktır.

Termal iletkenlik, bir malzemeyi yüksek sıcaklıklı ortamlarda kullanırken önemli bir önlemdir: bunlar büyük bir akımın sıcaklık farkı oluşturduğu elektrik uygulamalarında veya sürtünmenin ısı ürettiği yüksek hızlı uygulamalarda olabilir. Bu değer, bir malzemenin ne kadar ısı iletilebileceğini veya içinden geçebileceğini gösterir ve sıcaklık değişikliklerini içeren koşullar altında bir malzemenin stabilitesi için önemli etkileri vardır. Bazı çelikler Tablo 1'de gösterilen değerlere benzer termal iletkenliklere sahip olsalar da, aşırı sıcaklık değişikliklerinde sıklıkla kullanılmazlar, çünkü sert sıcaklık değişiklikleri çeliğin özelliklerini değiştirir ve tasarımda sorunlara neden olabilir. Bu nedenle, tungsten, doğal sıcaklık stabilitesi sayesinde, bu tür yoğun termal stres altında bile özelliklerini koruyacağı için filamanlar, tüpler ve ısıtma bobinleri gibi termal uygulamalar için mükemmel bir seçimdir. Bu nedenle, değerin kendisi diğer metallerle eşit olsa da, bu termal iletkenliği daha geniş bir sıcaklık aralığında sağlayabilir ve daha kullanışlı hale getirir.

Sertlik daha sert malzemeler daha yumuşak malzemeler halinde kesilebildiğinden faydalı bir karşılaştırmalı değerdir ve bu nedenle tungsten karbür karbür uçlu uçlarda popülerdir. Bir malzeme “sert” olarak tanımlandığında, yüzeyinde çizikler, çukurlar, çukurlar vb. Gibi değişikliklere karşı dirençli olduğu anlamına gelir. Girintinin (genellikle küçük bir kürenin) olduğu girinti testlerinden türetilmiş bir ölçüdür. standart bir kuvvet aralığı olan bir malzemeye itilir ve davranışı kaydedilir. Bazı girinti makineleri sadece daha güçlü malzemeler için kullanıldığından, birçok farklı sertlik ölçeği vardır. Rockwell A ölçeği (Tablo 1'de gösterilmiştir), girintisinde bir sferokonik elmas kullanır ve tungsten karbür gibi son derece sert malzemeler için ayrılmıştır. Bu malzemelerin her ikisinin de yüksek sertliği beklenir, ancak yine de dikkat çekicidir ve tungsten karbürün neden sertleştirilmiş çelikleri bile kesebileceğini gösterir.

Saf tungsten alaşımlarının sertliğine sahip olmasa da, tungsten karbür saf formunun benzersiz fiziksel özelliklerine sahip değildir, bu da bu malzemeleri eşit derecede yararlı hale getirir. Her ikisi de farklı uygulamalar için özel olduğundan, tungsten ve tungsten karbür arasında seçim yapmadan önce projeniz için ne tür özelliklerin gerekli olduğunu anlamak. Her zaman olduğu gibi, tedarikçinizle yaptığınız bir görüşme, hangisinin kullanılacağı hakkında en iyi bilgiyi veya dikkate değer daha az pahalı bir seçenek olup olmadığını sağlayacaktır.