कंपनी की खबर सीमेंटेड कार्बाइड (टंगस्टन कार्बाइड + कोबाल्ट) गर्मी प्रतिरोधी क्यों होते हैं?

टंगस्टन कार्बाइड (WC) के रूप में कठोर चरण और कोबाल्ट (Co) के रूप में बाध्यकारी चरण से बने सीमेंट कार्बाइड दुर्लभ औद्योगिक सामग्री हैं जो उच्च तापमान पर भी कठोरता बनाए रखते हैं।"उनका अधिकतम निरंतर संचालन तापमान 800°C तक पहुंच सकता है, और वे 1000°C से अधिक के अल्पकालिक तापमान का सामना कर सकते हैं45# स्टील 500°C से ऊपर नरम हो जाती है) और उच्च गति वाले स्टील (W18Cr4V 600°C के आसपास कठोरता खो देता है)यह गर्मी प्रतिरोध एक कारक के कारण नहीं है बल्किवोल्फ्रेम कार्बाइड की आंतरिक उच्च तापमान स्थिरता, कोबाल्ट के संगत बंधन गुणों और दोनों द्वारा गठित सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताओं का सामंजस्य प्रभावऔद्योगिक उत्पादन के लिए, यह विशेषता उच्च तापमान परिदृश्यों में महत्वपूर्ण दर्द बिंदुओं को हल करती हैःधातु काटने के दौरान घर्षण गर्मी उत्पादन (600~800 डिग्री सेल्सियस) से एल्यूमीनियम मिश्र धातु डाई-कास्टिंग मोल्ड के ऑपरेटिंग तापमान (400~500 डिग्री सेल्सियस) तक, और भूमिगत उच्च तापमान वाले वातावरण में खनन उपकरण के पहनने।इस लेख में WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड्स के ताप प्रतिरोध के मुख्य कारणों को तीन आयामों से तोड़ दिया गया है, सूक्ष्म संरचना और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए सिद्धांतों को समझने में आसान बना रहा है।

सीमेंटेड कार्बाइड्स का गर्मी प्रतिरोध सबसे पहले उनके मूल घटक: वोल्फ्रेम कार्बाइड के अंतर्निहित गुणों से उत्पन्न होता है।" उच्च तापमान पर सामग्री के लिए स्थिर समर्थन प्रदानयह तीन प्रमुख पहलुओं में परिलक्षित होता हैः

वोलफ्रेम कार्बाइड का अत्यंत उच्च पिघलने का बिंदु 2,870°C है जो औद्योगिक वातावरण में पाए जाने वाले विशिष्ट उच्च तापमानों से बहुत अधिक है (ज्यादातर उच्च तापमान कार्य परिस्थितियों में <1,000°C)तुलना के लिए:

• साधारण कार्बन स्टील का पिघलने का बिंदु लगभग 1,538°C होता है और परमाणु गतिशीलता बढ़ने के कारण 500°C से ऊपर नरम हो जाता है।
• हाई स्पीड स्टील (W18Cr4V) का पिघलने का बिंदु लगभग 1,400°C है; इसकी कठोरता HRC 62 से 600°C पर HRC 50 से नीचे गिर जाती है, जिससे इसे काटने के लिए अनुपयोगी बना दिया जाता है।
• 1000°C पर भी वोल्फ्रेम कार्बाइड केवल थोड़ा नरम हो जाता है, इसका पिघलने का बिंदु कभी नहीं पहुंचता है, इसलिए यह पिघलता नहीं है या संरचनात्मक पतन से नहीं गुजरता है।

वोल्फ्रेम कार्बाइड में एकहेक्सागोनल क्लोज पैक (एचसीपी) क्रिस्टल संरचनायह संरचना उच्च तापमान पर परमाणु प्रसार या संरचनात्मक विकार को रोकती है:

• कमरे के तापमान पर, यह संरचना WC को इसकी उच्च कठोरता (HRA 90?? 93) देती है।
• उच्च तापमान पर (उदाहरण के लिए, 800 डिग्री सेल्सियस), परमाणु थोड़ा कंपन करते हैं लेकिन साधारण धातुओं के विपरीत एक व्यवस्थित व्यवस्था बनाए रखते हैं, जो परमाणुओं के ढीले होने और अंतराल को चौड़ा करने के रूप में विकृत होते हैं।
• इसके विपरीत, उच्च गति वाले इस्पात में शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी) संरचना होती है, जहां परमाणु अंतराल उच्च तापमान पर आसानी से विस्तार करते हैं, जिससे तेजी से ताकत का नुकसान होता है।

उच्च तापमान वाले औद्योगिक वातावरण में, सामग्री को न केवल "तापमान" बल्कि "पर्यावरण संक्षारण" (जैसे, हवा में ऑक्सीकरण, काटने के तरल पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया) का प्रतिरोध करना चाहिए।टंगस्टन कार्बाइड उच्च तापमान पर स्थिर रासायनिक गुण प्रदर्शित करता है:

• 800 डिग्री सेल्सियस से नीचे, हवा के संपर्क में आने पर इसकी सतह पर केवल एक पतली ऑक्साइड फिल्म (WO3) बनती है। यह फिल्म घनी होती है और आंतरिक सामग्री के आगे ऑक्सीकरण को रोकती है।
• यह सामान्य औद्योगिक माध्यमों जैसे धातु काटने के तरल पदार्थों या पिघले हुए एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है (उदाहरण के लिए, भंग या क्षरण) ।
• सिरेमिक सामग्री (उदाहरण के लिए, एल्यूमिना) के विपरीत, जिसमें उच्च पिघलने का बिंदु भी होता है, सिरेमिक उच्च तापमान पर पिघले हुए धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे सतह स्पैलिंग होती है, एक समस्या WC से बचा जाता है।

एक आम सवाल उठता हैः कोबाल्ट का पिघलने का बिंदु WC से केवल 1,495°C कम है तो यह गर्मी प्रतिरोध को क्यों कम नहीं करता है?कोबाल्ट (आमतौर पर वजन के अनुसार 6~15%) एक "बेंडर चरण" के रूप में कार्य करता है और अलग से मौजूद नहीं हैइसके बजाय, यह WC कणों के बीच समान रूप से बिखरा हुआ है, एक सूक्ष्म संरचना का गठन करता है जहां WC कणों को Co चरण द्वारा कैप्सूलित किया जाता है।

कमरे के तापमान पर, कोबाल्ट एक लचीला धातु है जो ′′एक साथ बंधे" कठिन लेकिन भंगुर WC अनाज को दरार से बचाने के लिए। उच्च तापमान (जैसे, 600 ′′ 800 °C) पर,कोबाल्ट थोड़ा नरम हो जाता है (आधे ठोस हो जाता है) लेकिन पूरी तरह से पिघलता या बहता नहीं है:

• यह मामूली नरमी वास्तव में WC अनाज के बीच थर्मल तनाव को बफर करती है (विभिन्न सामग्री उच्च तापमान पर अलग-अलग दरों पर विस्तार करती है, तनाव पैदा करती है),तनाव के कारण सामग्री के दरार होने से रोकना.
• इस बीच, कोबाल्ट और WC अनाज के बीच बंधन बल (धातु विज्ञान बंधन) उच्च तापमान पर मजबूत रहता है, अन्य कम पिघलने वाली धातुओं (जैसे, तांबा, पिघलने का बिंदु 1,085°C), जो 800 डिग्री सेल्सियस पर पिघल जाएगा और उनकी बंधन क्षमता खो देगा।

उच्च तापमान पर, सामग्री के अनाज ′′बढ़ते हैं" (छोटे अनाज बड़े में विलय हो जाते हैं), जिससे कठोरता का नुकसान होता है।कोबाल्ट उच्च तापमान पर अत्यधिक WC अनाज विकास को रोकने के लिए एक "रोधी" के रूप में कार्य करता है:

• कोबाल्ट परमाणु WC कणों की सतह पर (कणों की सीमाओं पर) अवशोषित होते हैं, जिससे एक "बाधक परत" बनती है जो WC परमाणुओं के प्रसार को धीमा करती है और अनाज विलय को रोकती है।
• कोबाल्ट के बिना, 800 डिग्री सेल्सियस पर 10 घंटे के बाद WC के दाने 3μm से बढ़कर 8μm से अधिक हो जाएंगे, जिससे कठोरता 20% कम हो जाएगी। कोबाल्ट के साथ, दाने की वृद्धि 10% से कम तक सीमित है और कठोरता लगभग स्थिर रहती है।

इसके घटकों के व्यक्तिगत गुणों से परे, WC और कोबाल्ट द्वारा गठित "घन सूक्ष्म संरचना" गर्मी प्रतिरोध को और बढ़ाती है।उच्च गुणवत्ता वाले WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड उच्च तापमान सेंटरिंग से गुजरते हैं (1)इस संरचना के फायदे इस प्रकार हैं: ¥WC कण समान रूप से वितरित होते हैं, Co अंतराल को भरता है, और कोई महत्वपूर्ण छिद्र नहीं हैं।

यदि किसी सामग्री में छिद्र होते हैं, तो उच्च तापमान वाली हवा या संक्षारक माध्यम इन छिद्रों के माध्यम से आंतरिक भाग में प्रवेश कर सकते हैं, जिससे ऑक्सीकरण में तेजी आती है (जैसे,उच्च छिद्रता वाले सिरेमिक WC-Co की तुलना में 3 गुना तेजी से ऑक्सीकरण करते हैं)WC-Co की घनी संरचनाः

• इसमें लगभग कोई दिखाई देने वाला छिद्र नहीं होता है, इसलिए बाहरी ऑक्सीजन केवल सामग्री की सतह से संपर्क कर सकता है और अंदर तक नहीं प्रवेश कर सकता है।
• सतह (800°C से नीचे) पर बनी WO3 ऑक्साइड फिल्म घनी संरचना पर कसकर चिपके रहती है, जिससे आगे के ऑक्सीकरण के खिलाफ "दोहरी सुरक्षा" मिलती है।

उच्च तापमान परिदृश्यों में, सामग्री अक्सर भार (जैसे, काटने के बल, मोल्ड दबाव) सहन करते हैं।WC-Co में WC अनाज के समान वितरण से यह सुनिश्चित होता है कि भार को Co चरण के माध्यम से प्रत्येक WC अनाज में समान रूप से स्थानांतरित किया जाए, स्थानीय तनाव एकाग्रता से बचने के लिएः

• उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम मिश्र धातु के डाई-कास्टिंग मोल्ड में, मोल्ड को 400°C पर 20MPa के दबाव का सामना करना पड़ता है। WC-Co की समान संरचना इस दबाव को फैलाती है,उच्च तापमान पर स्थानीय नरमी के कारण विरूपण को रोकना.
• इसके विपरीत, उच्च गति वाले इस्पात में उच्च तापमान पर असमान कठोरता होती है, जिससे नरम क्षेत्रों में इंडेंटेशन और मोल्ड विफलता होती है।

इसके लाभों को उजागर करने के लिए, नीचे उद्योग में प्रयुक्त अन्य सामान्य "घटन प्रतिरोधी, गर्मी प्रतिरोधी सामग्री" के साथ WC-Co की तुलना की गई हैः

जैसा कि दिखाया गया है, जबकि WC-Co की गर्मी प्रतिरोधकता एल्युमिना सिरेमिक की तुलना में थोड़ा कम है, यह "गर्मी प्रतिरोध + प्रभाव प्रतिरोध" (सिरेमिक उच्च तापमान पर दरार करने के लिए प्रवण हैं) को संतुलित करता है।उच्च गति वाले इस्पात और कार्बन इस्पात की तुलना में, इसके गर्मी प्रतिरोध और कठोरता प्रतिधारण में फायदे महत्वपूर्ण हैं, जिससे यह "उच्च तापमान पहनने + भार सहन" परिदृश्यों के लिए सबसे अच्छा विकल्प बन जाता है।

WC-Co का गर्मी प्रतिरोध इसके निर्माण के अनुसार भिन्न होता है, मुख्य रूप से इसके प्रभाव से प्रभावित होता हैकोबाल्ट सामग्रीऔरवोल्फ्रेम कार्बाइड अनाज का आकारग्रेड का चयन करते समय इन कारकों पर विचार करें:

क्रैकिंग को रोकने के लिए पर्याप्त कठोरता के साथ, कोबाल्ट की कम सामग्री का अर्थ है WC की उच्च अनुपात और बेहतर गर्मी प्रतिरोधः

• कम कोबाल्ट (6%%, उदाहरण के लिए, YG6): उच्च WC सामग्री, उच्च तापमान पर ≥92% कठोरता को बनाए रखना। कम प्रभाव, उच्च तापमान परिदृश्यों के लिए उपयुक्त (जैसे, सटीक पीस उपकरण) ।
• मध्यम कोबाल्ट (8% 12%, उदाहरण के लिए, YG8): गर्मी प्रतिरोध और कठोरता को संतुलित करता है। मध्यम-प्रभाव, मध्यम-तापमान परिदृश्यों के लिए उपयुक्त (जैसे, सामान्य-उद्देश्य के काटने के उपकरण) ।
• उच्च कोबाल्ट (उदाहरण के लिए, YG15): उत्कृष्ट कठोरता और प्रभाव प्रतिरोध लेकिन उच्च तापमान पर ≤85% कठोरता बनाए रखता है। उच्च प्रभाव, निम्न तापमान परिदृश्यों के लिए उपयुक्त (उदाहरण के लिए,खनन ड्रिल).

बारीक अनाज WC (1μ3μm) में अनाज की अधिक सीमाएं होती हैं, जहां कोबाल्ट परमाणु उच्च तापमान पर अनाज के विकास को रोकने के लिए मजबूत "रोधी" के रूप में कार्य करते हैंः

• बारीक अनाज WC-Co (जैसे, YG6X): 800°C पर 10 घंटे के बाद अनाज की वृद्धि <5% होती है और कठोरता लगभग अपरिवर्तित रहती है।
• मोटे अनाज WC-Co (जैसे, YG15): समान परिस्थितियों में अनाज की वृद्धि 15% से अधिक होती है और कठोरता ~ 10% कम हो जाती है।
• उच्च तापमान परिशुद्धता परिदृश्यों के लिए (उदाहरण के लिए, अर्धचालक उच्च तापमान जुड़नार), ठीक अनाज ग्रेड को प्राथमिकता दें।

कई लोग मानते हैं कि WC-Co में गर्मी प्रतिरोध की कमी है क्योंकि कोबाल्ट का पिघलने का बिंदु कम है (1,495°C) यह एक सामान्य गलतफहमी है जो सामग्री की सूक्ष्म संरचना की अनदेखी करती हैः

• WC-Co में, कोबाल्ट अलग-थलग नहीं है, लेकिन WC अनाज के आसपास एक पतली फिल्म के रूप में मौजूद है। WC द्वारा संरक्षित, यह शुद्ध कोबाल्ट की तरह नरम या बहता नहीं है (जो 800 डिग्री सेल्सियस पर अर्ध-तरल हो जाता है) ।
• व्यावहारिक परीक्षणों से पता चलता है कि 800 डिग्री सेल्सियस पर WC-Co में Co चरण केवल थोड़ा नरम हो जाता है (कठोरता ~ HRC 20) लेकिन अभी भी WC अनाज को बांधता है। इसके विपरीत, शुद्ध कोबाल्ट पहले से ही 800 डिग्री सेल्सियस पर अर्ध-तरल है और इसकी कोई ताकत नहीं है।

WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड का गर्मी प्रतिरोध एक एकल घटक के कारण नहीं है बल्कि ¥WC की उच्च पिघलने वाली स्थिर कंकाल, कोबाल्ट की उच्च तापमान बंधन और बफरिंग, और एक घने,समान सूक्ष्म संरचनायह विशेषता इसे मध्यम प्रभाव और भारों का सामना करते हुए 600~800°C पर कठोरता बनाए रखने की अनुमति देती है, जिससे यह धातु काटने, उच्च तापमान मोल्ड,और उच्च तापमान वाले खनन वातावरण.

वोल्फ्रेम कार्बाइड उद्योग के पेशेवरों के लिए, WC-Co उत्पादों की सिफारिश करते समय, ग्रेड को ग्राहक के साथ संरेखित करेंकम कोबाल्ट वाले बारीक अनाज के ग्रेड चुनें (eउदाहरण के लिए, YG6X) उच्च तापमान, कम प्रभाव परिदृश्यों के लिए; मध्यम-कोबाल्ट मध्यम-अनाज ग्रेड (जैसे, YG8) मध्यम तापमान, मध्यम प्रभाव परिदृश्यों के लिए; और उच्च कोबाल्ट मोटे अनाज ग्रेड (जैसे,YG15) कम तापमान के लिए, उच्च प्रभाव वाले परिदृश्य।