โลหะผสมทังสเตนชนิดใดที่ยากที่สุด? เปรียบเทียบองค์ประกอบและความเหนียว

ความเหนียวของโลหะผสมทังสเตน: คุณสมบัติหมายถึงอะไรจริงๆ

ผู้ซื้อในอุตสาหกรรมมักจะเข้าถึงโลหะผสมทังสเตนผ่านความหนาแน่น: ประมาณ 17 ก./ซม.³ สำหรับเกรด 90W, ประมาณ 18 ก./ซม.³ สำหรับเกรด 95W และ 18.5 ก./ซม.³ หรือมากกว่าสำหรับเกรด 97W อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นเพียงอย่างเดียวไม่ได้บ่งบอกว่าชิ้นส่วนที่เสร็จแล้วจะมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อถูกกระแทก ความเหนียว - พลังงานที่ชิ้นงานที่มีรอยบากดูดซับก่อนที่จะแตกหัก ซึ่งวัดบนโลหะด้วยวิธีชาร์ปีที่อธิบายไว้ใน ASTM E23 - คือสิ่งที่ตัดสินว่าน้ำหนักถ่วง ส่วนประกอบที่เจาะทะลุ หรือบล็อกป้องกันจะทนต่อแรงกระแทกหรือแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้หรือไม่

การระบุโลหะผสมทังสเตนที่แข็งที่สุดจึงหมายถึงการเปรียบเทียบเมทริกซ์โลหะที่ยึดเม็ดทังสเตน แทนที่จะเปรียบเทียบปริมาณทังสเตนแบบแยกเดี่ยว

ครอบครัวเชิงพาณิชย์และเมทริกซ์ของพวกเขา

วัสดุฐานทังสเตน-ที่จัดหาเป็นแท่ง แท่ง เหล็กแผ่น และรูปทรงตาข่ายใกล้-แบ่งออกเป็นสี่ตระกูล โดยส่วนใหญ่จะแตกต่างกันในระยะที่สองซึ่งจะเติมช่องว่างระหว่างเมล็ดทังสเตนเผาผนึก

โลหะผสมหนักเกรดปกติจะถูกจัดลำดับตามระบบคลาส ASTM B777 เป็นข้อกำหนดอ้างอิงสำหรับคลาสโลหะที่มีความหนาแน่นสูง-ฐานสูง-ทังสเตนที่สร้างขึ้นจากองค์ประกอบของ W-Ni-Fe และ W-Ni-Cu

เหตุใดครอบครัว W-Ni-Fe จึงแข็งแกร่งที่สุด

ในเกรด 90W-6Ni-Fe เม็ดทังสเตนให้ความหนาแน่นและความแข็ง ในขณะที่สารละลายของแข็งนิกเกิล-เหล็ก-ทังสเตนที่ค่อนข้างอ่อนล้อมรอบอยู่ เมื่อวัสดุถูกโหลด การเสียรูปจะเริ่มขึ้นในเมทริกซ์นั้น และเมทริกซ์จะทำให้รอยแตกร้าวที่อาจไหลจากเกรนหนึ่งไปอีกเกรน ผลลัพธ์ที่ได้คือคอมโพสิตที่จับคู่ความหนาแน่นของทังสเตนกับความเหนียวที่ใกล้เคียงกับเหล็กกล้ามากขึ้น

ตัวเลือกแบริ่งทองแดง-มีพฤติกรรมแตกต่างออกไป เนื่องจากทองแดงไม่ละลายในลักษณะเดียวกันและไม่ก่อตัวเป็นเมทริกซ์ที่มีความเหนียว เกรด 90W-6Ni-4Cu ที่มีความหนาแน่นเทียบเคียงกันจึงแสดงการยืดตัวที่ต่ำกว่าและพลังงานกระแทกที่ดูดซับได้ต่ำกว่า ข้อดีของมันอยู่ที่อื่น: โดยพื้นฐานแล้วมันไม่ใช่-แม่เหล็กและยังตัดเฉือนได้ง่ายกว่า วัสดุทองแดงทังสเตน-ที่ผลิตโดยการแทรกซึมหรือโดยการกดและการเผาผงผสม จะถูกเลือกสำหรับการนำความร้อนและไฟฟ้ามากกว่าความต้านทานแรงกระแทก ในขณะที่ทังสเตนที่ไม่เจือจะถูกใช้เมื่อมีความหนาแน่นสูงสุดและความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูงมากกว่าความเปราะบางของอุณหภูมิห้อง

เหตุใดอัตราส่วนนิกเกิล-ต่อ-จึงเป็นตัวกำหนดความเหนียว

ภายในตระกูล W-Ni-Fe ตัวแปรเดี่ยวที่มีอิทธิพลมากที่สุดคืออัตราส่วนของนิกเกิลต่อเหล็กในเมทริกซ์ อัตราส่วนที่ใกล้เคียง 7:3 ทำให้เมทริกซ์อยู่ในสภาวะลูกบาศก์-ตรงกลาง-ที่ใบหน้าซึ่งเปลี่ยนรูปเป็นพลาสติกและดึงเม็ดทังสเตนเข้าด้วยกันแทนที่จะแยกออกจากกัน อัตราส่วนที่อยู่ห่างไกลจากหน้าต่างนั้นจะทำให้เมทริกซ์เปราะและอาจปล่อยให้เฟสการประสานที่ทำหน้าที่เป็นเส้นทางรอยแตก เศษส่วนของปริมาตรเมทริกซ์ก็มีความสำคัญเช่นกัน: การเพิ่มจาก 90% เป็น 97% ทังสเตนจะช่วยลดปริมาณของเมทริกซ์แบบเหนียวที่มีอยู่ ดังนั้น แม้จะมีความหนาแน่นสูงกว่า แต่เกรด 97W โดยทั่วไปจะอยู่ที่ด้านล่างของช่วงความแข็งแกร่งของกลุ่ม

ตัวเลือกการประมวลผลที่เพิ่มหรือทำลายความแข็งแกร่ง

องค์ประกอบกำหนดเพดาน การประมวลผลจะตัดสินใจว่าจะถึงจำนวนเท่าใด

การเผาผนึกเฟสของเหลวในไฮโดรเจนหรือสุญญากาศที่อุณหภูมิประมาณ 1,400–1,600 องศาทำให้เกิดโครงสร้างสองเฟสที่หนาแน่น- อุณหภูมิหรือเวลาในการคงตัวที่ไม่เพียงพอจะทำให้เกิดความพรุนที่หลงเหลืออยู่ และทุกรูพรุนจะกลายเป็นบริเวณที่เกิดรอยแตกร้าว

อัตราการทำความเย็นหลังจากการเผาผนึกจะควบคุมปริมาณทังสเตน-ที่จะตกตะกอนในเมทริกซ์ โดยทั่วไปการระบายความร้อนที่ช้าและควบคุมจะช่วยให้เมทริกซ์ที่สะอาดกว่าและเหนียวกว่า

การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนปิดส่วนสุดท้ายของความพรุนและเป็นหนึ่งในขั้นตอนเดียวที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการปรับปรุงพลังงานกระแทก

การทำงานทางอุณหกลศาสตร์เช่น การแกว่งหรือการกลิ้งด้วยการลดลงปานกลางจะทำให้เมล็ดยาวขึ้นและเพิ่มทั้งความแข็งแรงและความเหนียว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเหล็กดัดจึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่า-แท่งเผาผนึกเกรดเดียวกัน

การตัดเฉือนและการเข้าร่วมต้องหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป เนื่องจากการตกผลึกซ้ำเฉพาะที่หรือบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในวงกว้าง-สามารถทำให้เกิดความเปราะในส่วนอื่นได้

วิธีระบุเกรดที่ยากที่สุดสำหรับงาน

ไม่มีโลหะผสมชนิดใดที่เหมาะกับทุกการใช้งาน แต่ตรรกะในการเลือกมีความสม่ำเสมอ:

สำหรับพลังงานกระแทกสูงสุดที่ประมาณ 18 ก./ซม.³ ให้ระบุเกรด W-Ni-Fe ด้วยอัตราส่วน Ni:Fe ใกล้ 7:3 ในสภาพที่ผ่านกรรมวิธี HIP{5}}

ในกรณีที่ชิ้นส่วนต้องไม่ใช่-แม่เหล็ก หรือกลึงจากของแข็งให้เป็นลักษณะละเอียด ให้ยอมรับความเหนียวที่ต่ำกว่าของเกรด W-Ni-Cu

ในกรณีที่ต้องพาความร้อนออกไปแทนที่จะดูดซับ ให้ย้ายไปที่ทองแดงทังสเตน-และออกแบบให้มีความแข็งแทนที่จะรับแรงกระแทก

ระบุวิธีการทดสอบและพลังงานการยอมรับในข้อกำหนดการซื้อ แทนที่จะอาศัยชื่อโลหะผสมเพียงอย่างเดียว

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: เกรดทังสเตน 97% แข็งแกร่งกว่าเกรด 90% หรือไม่
ไม่ ปริมาณทังสเตนที่สูงขึ้นจะเพิ่มความหนาแน่นและความแข็งแต่ทำให้เมทริกซ์ที่มีความเหนียวน้อยลง ดังนั้นพลังงานกระแทกที่ดูดซับไว้จึงมักจะลดลง เกรด W-Ni-Fe 90% ถึง 93% ก่อให้เกิดจุดจบของครอบครัวที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

ถาม: อะไรยากกว่า W-Ni-Fe หรือ W-Ni-Cu
ว-นี-เฟ เมทริกซ์เหล็กนิกเกิล-ของมันเปลี่ยนรูปไปในทางพลาสติกมากกว่ามาก ทำให้มีการยืดตัวสูงกว่าและพลังงานชาร์ปีสูงกว่าเกรด W-Ni-Cu ที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกัน

ถาม: อัตราส่วนนิกเกิล-ต่อ-เหล็กมีความสำคัญขนาดนั้นจริงๆ หรือไม่
ใช่. อัตราส่วนที่ใกล้ 7:3 จะรักษาเมทริกซ์ความเหนียวไว้และเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับงานกระแทก และการเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญจากหน้าต่างนั้นจะช่วยลดความทนทานแม้ว่าปริมาณทังสเตนจะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม

ถาม: การอบชุบด้วยความร้อนสามารถทำให้โลหะผสมทังสเตนแข็งขึ้นได้หรือไม่
การอบอ่อนหรือการควบคุมความเย็นสามารถบรรเทาความเครียดและปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของเมทริกซ์ได้ แต่ประโยชน์ที่ใหญ่ที่สุดมักมาจากการควบคุมการเผาผนึก การกดไอโซสแตติกแบบร้อน และการทำงานทางเทอร์โมเมคานิก แทนที่จะมาจากการบำบัดความร้อนที่แยกจากกัน

ถาม: มีการตรวจสอบความเหนียวของวัสดุที่จัดส่งอย่างไร
โดยการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปีของชิ้นงานที่มีรอยบากตามมาตรฐาน ASTM E23 ร่วมกับการทดสอบแรงดึงและการตรวจสอบทางโลหะวิทยาสำหรับความพรุนและการกระจายเมทริกซ์ ทั้งหมดนี้บันทึกไว้ในใบรับรองวัสดุ

ถาม: เหตุใดทังสเตนบริสุทธิ์จึงไม่ใช่ตัวเลือกที่ยากที่สุด
ทังสเตนที่ไม่ได้อัลลอยด์ไม่มีเมทริกซ์ที่มีความเหนียวในการยับยั้งรอยแตกร้าว และแสดงอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่มีความเหนียวสูง-ถึง- เปราะ ดังนั้นจึงแตกหักได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง แม้จะมีความหนาแน่น 19.3 กรัม/ซม.³