Wolframcarbid (WC) ist ein extrem hartes, hitzebeständiges und verschleißfestes Material, das durch Mischen von Wolframpulver und Kohlenstoffpulver in einem als Aufkohlung bezeichneten Prozess hergestellt wird. Wolframkarbid ist eines der wichtigsten Karbide und das in industriellen und gewerblichen Anwendungen am häufigsten verwendete.
Überblick über Wolframkarbid-Pulver
Wolframkarbidpulver, auch Sinterkarbid genannt, ist ein Verbundwerkstoff, der durch Mischen von Wolfram- und Kohlenstoffpulver und anschließendes Sintern der verdichteten Pulvermischung in einer Schutzatmosphäre bei Temperaturen von 1400-1500°C hergestellt wird.
Das daraus resultierende Wolframkarbidmaterial zeichnet sich durch außergewöhnliche Härte, Verschleißfestigkeit, Festigkeit und Zähigkeit aus und macht WC zu einem idealen Material für Schneidwerkzeuge, Bergbau und Bohren, wo es Stahl häufig übertrifft und wo hohe Beanspruchungen zusammen mit Verschleiß auftreten.
Wolframkarbidpulver werden in verschiedenen Partikelgrößen, -formen, -oberflächen und -chemien für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen der Pulvermetallurgie, des thermischen Spritzens, des Schweißens und der Hartmetall-/Präzisionskarbidanwendungen in der Industrie hergestellt.
Wolframkarbid-Pulvertypen
| Typ | Beschreibung |
|---|---|
| Makrokorn-WC-Pulver | Für schwere Zerspanungsanwendungen, die eine gute Verschleißfestigkeit erfordern. Partikelgröße > 1 Mikron |
| Mikrokörniges WC-Pulver | Weit verbreitet für die Zähigkeit von Bergbauwerkzeugen und Bohrern. Partikelgröße 1-0,5 Mikrometer |
| Ultrafeines WC-Pulver | Anwendungen mit hoher Härte wie Schneidwerkzeuge, Matrizeneinsätze. Partikelgröße < 0,5 Mikrometer |
| Nanometer WC-Pulver | Spezialanwendungen, die eine maximale Abriebfestigkeit erfordern. Partikelgröße unter 100 nm |
Zusammensetzung von Wolframkarbidpulver
Wolframcarbid besteht aus Atomen von Wolfram (W) und Kohlenstoff (C) in einem Verhältnis von eins zu eins. Es hat die chemische Formel WC und ein Molekulargewicht von 195,86 g/mol.
Die Zusammensetzung und Struktur von Hartmetallen kann variiert werden, um die Eigenschaften für verschiedene Anwendungen zu optimieren. Häufig werden kleine Mengen anderer Karbide oder Metalle hinzugefügt. Einige gängige Zusatzstoffe sind nachstehend aufgeführt:
| Zusatzstoff | Funktion | Typischer Betrag |
|---|---|---|
| Kobalt | Metallbinder | 3 - 25 Gew.-% |
| Titankarbid | Hemmstoff für das Kornwachstum | 0 - 8% |
| Tantal-Karbid | Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schocks | 0 - 8% |
| Niob-Karbid | Verschleißfestigkeit | 0 - 8% |
Eigenschaften von Wolframkarbid
Wolframkarbid besitzt im Vergleich zu Schnellarbeitsstahl wesentlich bessere Eigenschaften und ist ideal für Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern.
Einige wichtige Eigenschaften werden im Folgenden beschrieben:
| Eigentum | Wolframkarbid Wert |
|---|---|
| Dichte | 14,95 g/cm<sup>3</sup> |
| Schmelzpunkt | 2870°C |
| Härte | 88 - 93 HRA |
| Druckfestigkeit | 5,52 GPa |
| Bruchzähigkeit | 10 - 15 MPa√m |
Dank seiner außergewöhnlichen Härte, Verschleißfestigkeit, Festigkeit und thermischen Eigenschaften übertrifft es Stahl bei anspruchsvollen Anwendungen in den Bereichen Maschinenbau, Bergbau, Bearbeitung und Bohren.
Merkmale von Wolframkarbid-Pulver
Die zur Bewertung von Wolframkarbidpulvern verwendeten Merkmale und Qualitätskennzahlen sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:
| Charakteristisch | Typische Spezifikation | Bedeutung |
|---|---|---|
| Kohlenstoffgehalt | Normalerweise 6,09 - 6,13 Gew.-% | Kohlenstoff sorgt für die Härte |
| Sauerstoffgehalt | < 0,5 Gew.-% | Hoher Sauerstoffgehalt kann Härte reduzieren |
| Verunreinigungen insgesamt | < 0,4 Gew.-% | Verunreinigungen verringern Dichte und Härte |
| Partikelgröße | 0,2 bis 15 Mikrometer | Submikrongrößen verbessern Eigenschaften |
| Spezifische Oberfläche | 0,4 bis 5 m<sup>2</sup>/g | Höhere Werte fördern die Sinterung |
| Morphologie | Eckig, abgerundet | Abgerundete/kugelförmige Pulver haben eine bessere Fließfähigkeit |
Die Kontrolle der Pulvereigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Reinheitsgrad, Oberfläche, Morphologie und Mikrostruktur ist entscheidend für die Erzielung dichter Presslinge und gleichbleibender Produktqualität nach dem Sintern.
Anwendungen von Wolframkarbid
Die einzigartigen Eigenschaften wie extreme Härte, Verschleißfestigkeit, hohe Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit machen Wolframkarbid zu einem äußerst vielseitig einsetzbaren Werkstoff:
Anwendungen von Wolframkarbid
| Industrie | Beispiele für WC-Anwendungen |
|---|---|
| Bergbau | Bohrkronen, Schleppkronen, imprägnierte Diamantkronen |
| Bearbeitung | Schneidwerkzeuge, Wendeplatten, Schaftfräser |
| Bauwesen | Steinbohrer, Sägespitzen, Erdbohrwerkzeuge |
| Herstellung | Strangpresswerkzeuge, Formwerkzeuge, Granuliermesser |
| Automobilindustrie | Kraftstoffeinspritzdüsenspitzen, Bremsbelagschleifmittel |
| Elektronik | Bohrer für Leiterplatten, Drahtziehwerkzeuge |
Wolframkarbid behält seine Härte bei hohen Temperaturen viel besser bei als andere abriebfeste Materialien. Dadurch kann es in der Industrie ein außergewöhnlich breites Spektrum an Anwendungen abdecken.
Spezifikationen für Wolframkarbid-Pulver
Wolframkarbidpulver wird in einer Reihe von Partikelgrößenverteilungen, Reinheitsgraden, Oberflächenspezifikationen, Oxidgraden und Morphologiegraden hergestellt, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden:
| Spezifikation | Typischer Bereich | Bedeutung |
|---|---|---|
| Partikelgröße | 0,2 bis 15 Mikrometer | Submikron für beste Eigenschaften. Anpassung an die Anwendung |
| Kohlenstoffgehalt | 6,09 - 6,13 Gew.-% | Wesentlich für die mechanischen Eigenschaften |
| Verunreinigungen insgesamt | < 0,4 Gew.-% | Hohe Reinheit verhindert Defekte |
| Spezifische Oberfläche | 0,4 bis 5 m<sup>2</sup>/g | Höhere Werte fördern die Sinterung |
| Oxid (O2) Niveau | < 0,5 Gew.-% | Oxide verringern Härte und Bruchfestigkeit |
| Kobalt | 3 - 25 Gew.-% | Bindemittelphase. Variiert zur Optimierung von Festigkeit, Härte und/oder Zähigkeit |
| Hemmstoffe für das Kornwachstum | Titankarbid, Tantalkarbid usw. | Hilfe bei der Kontrolle der Mikrostruktur |
Für die Analyse und Prüfung von Sinterkarbidpulvern werden internationale Standardprüfverfahren wie ISO 4499 verwendet. Gängige Methoden sind Nassanalyse, XRD, Partikelgrößenanalyse mit Laserbeugungstechniken.
Sorten von Wolframkarbid-Pulver
Wolframkarbid wird aufgrund seiner Eigenschaften, des Herstellungsverfahrens, des Qualitätsniveaus, der Endverwendung oder anderer Spezifikationen in verschiedene Sorten eingeteilt:
| Klasse | Beschreibung | Häufige Verwendungszwecke |
|---|---|---|
| Mikrokorn-WC | 0,5-1 Mikron Pulver | Zähigkeit für Bergbau- und Bauwerkzeuge |
| Ultrafeines WC | Pulver im Mikron- bis Submikronbereich | Härte für Schneidplatten, Matrizen |
| Rotationsbiegefestigkeit | Klassifiziert nach Querbruchfestigkeit | Bergbau- und Bauanwendungen |
| Grad der Verschleißfestigkeit | Verwandt mit Abriebfestigkeit | Verschleißteile, Matrizen, Schneideinsätze |
| Chemisch aufgedampft (CVD) beschichtet | Gleichmäßige, reine WC-Beschichtung mit einer Dicke von 1-50 Mikrometern | Hochwertige Verschleißteile |
Internationale Normen helfen bei der Festlegung von Wolframkarbidsorten für Zusammensetzung, Eigenschaften, Herstellung und Prüfung, darunter ISO 513 und ASTM B776.
Globale Normen für Wolframkarbid-Pulver
Nachstehend sind die weltweit anerkannten Normen für die Zusammensetzung, Prüfung, Analyse und Klassifizierung von Wolframcarbidpulvern aufgeführt:
Globale Normen für Wolframkarbid
| Standard # | Standard-Titel |
|---|---|
| ISO 513 | Gesinterte Hartmetalle – Bestimmung der Querbruchfestigkeit |
| ISO 3326 | Gesinterte Karbide — Bestimmung des Sauerstoffgehalts durch Schmelzen — Infrarot-Detektionsmethode |
| ISO 4499 | Sinterkarbide – Bestimmung des Kohlenstoffgehalts – Infrarot-Detektionsverfahren nach der Verbrennung in einem Induktionsofen |
| ASTM B388 | Standard-Spezifikation für thermomechanisch kontrollierte Knüppel aus Wolfram-Kupfer-Verbundstab |
| ASTM B776 | Standard-Spezifikation für Hafnium-Pulver und Hafnium-Legierungspulver |
Diese globalen Normen für Materialzusammensetzung, Prüfverfahren, Probenahme, Analyse und Spezifikationen erleichtern die Qualitätskontrolle und das technische Verständnis zwischen internationalen Herstellern, Händlern und Endverbrauchern.
Lieferanten von Wolframkarbidpulver
Wolframkarbidpulver wird von mehreren führenden Anbietern weltweit kommerziell hergestellt. Zu den wichtigsten Herstellern von WC-Pulver gehören:
| Unternehmen | Standort des Hauptsitzes |
|---|---|
| Sandvik | Stockholm, Schweden |
| Kennametal | Latrobe, PA, USA |
| Guangdong Xianglu Wolfram | Stadt Ganzhou, China |
| Japan Neues Metall (JNMET) | Nagoya, Japan |
| Unternehmen Wolfram | Schwäbisch Gmünd, Germany |
Die Verbraucher können Wolframkarbidpulver direkt von den Herstellern oder über verschiedene Spezialhändler und Wiederverkäufer weltweit beziehen. Bei der Auswahl einer WC-Sorte sind Faktoren wie Anwendungsanforderungen, Preis, Lieferzeiten, Zertifizierungen und vorherige Lieferantenbeziehungen zu berücksichtigen.
Preisgestaltung für Wolframkarbidpulver
Die Preise für Wolframkarbid hängen von verschiedenen Parametern wie Partikelgröße, Kohlenstoffgehalt, Morphologie, Oberfläche und Abnahmemenge ab. Einige typische Kosten für Wolframkarbidpulver sind unten aufgeführt:
| Typ | Preisspanne |
|---|---|
| Mikrokörniges WC-Pulver | $27 – $45 pro Pfund |
| Nanoskaliges WC-Pulver | $160 – $240 pro Pfund |
| Grad der Umlaufbiegefestigkeit | ~ca. 33 $ pro Pfund |
| Chemisch aufgedampftes WC | $80+ pro Pfund |
Die Preisgestaltung hängt auch vom Vertriebskanal ab – der direkte Kauf bei einem Hersteller bietet niedrigere Preise als der Kauf bei einem Wiederverkäufer oder Distributor. Größere Abnahmemengen ermöglichen in den meisten Fällen auch ausgehandelte Lieferantenrabatte.
Vergleich von Wolframkarbid mit anderen Hartstoffen
Wolframkarbid weist im Vergleich zu anderen industriell wichtigen Werkstoffen eine außergewöhnlich hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf:
| Material | Härte (Vickers) | Verschleißfestigkeit | Bruchzähigkeit |
|---|---|---|---|
| Wolframkarbid | 2500-3500 HV | Ausgezeichnet | Mäßig 10-15 MPa√m |
| Titannitrid | 2000-2200 HV | Sehr gut | Niedrig bei ~6 MPa√m |
| Tonerde-Keramik | 1800-2200 HV | Gut | Gering bis mäßig |
| Werkzeugstahl | 650-850 HV | Mäßig | Höher als WC |
| rostfreier Stahl | 150-300 HV | Niedrig | Ausgezeichnet |
Unter allen allgemein verwendeten Werkstoffen besitzt Hartmetall die beste Kombination aus Härte, Verschleißverhalten und Bruchzähigkeit – damit deckt es das breiteste Spektrum an anspruchsvollen industriellen Anwendungen ab.
Vorteile der Verwendung von Wolframkarbidpulver
Die Verwendung von Wolframkarbid bietet bedeutende Vorteile, darunter:
- Extrem hohe Härte – ermöglicht eine hervorragende Verschleißleistung im Bergbau, bei der Bearbeitung usw.
- Festigkeit und Bruchzähigkeit besser als bei Keramik
- Behält die Härte bei hohen Temperaturen bei – bleibt starr bei 800°C
- Widersteht Korrosion in sauren/alkalischen Umgebungen
- Hohe Wärmeleitfähigkeit unterstützt die Wärmeableitung von den Schneidkanten
- Verschiedene Materialqualitäten zur Optimierung der Eigenschaften verfügbar
Die einzigartigen Leistungseigenschaften von Wolframkarbidpulvern machen es zu einem wichtigen Werkstoff für die gesamte Produktionstechnik.
Beschränkungen der Wolframkarbid-Pulver
Trotz der Vorteile ist die Verwendung von Wolframkarbid auch mit gewissen Einschränkungen verbunden:
- Sprödes Versagen – Plötzliche Rissbildung bei hoher Belastung aufgrund geringer Dehnungstoleranz
- Hohe Materialkosten – Wolfram ist relativ selten und die Herstellung von WCs erfordert eine umfangreiche Verarbeitung
- Geringe Temperaturwechselbeständigkeit – Gefahr der Rissbildung bei plötzlichen hohen Temperaturen
- Begrenzte chemische Beständigkeit – Löst sich in stark alkalischen, heißen Natriumhydroxidlösungen auf
- Schwieriges Recycling – Die Aufbereitung von Thunfischschrott ist wenig ergiebig
Wenn die Endnutzer die Einschränkungen in Bezug auf Sprödigkeit, Kosten oder Umweltstabilität kennen, können sie eine sachkundige Auswahl der geeigneten Wolframkarbidsorte für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen treffen.
Häufig gestellte Fragen
FAQs über Wolframkarbid-Pulver
| Frage | Antwort |
|---|---|
| Woraus besteht Wolframkarbidpulver? | Wolframkarbidpulver wird durch Mischen von reinem Wolframpulver und Kohlenstoffpulver in einer Kugelmühle hergestellt. Das Pulver wird zusammen mit einem organischen Wachsbinder gemahlen und zu einem Pressling gepresst, bevor es bei 1500 °C in Wasserstoff zu WC gesintert wird. |
| Warum ist Wolframkarbid so hart? | Die extreme Härte resultiert aus einer einzigartigen interatomaren Bindung, bei der die Kohlenstoffatome in die Zwischenräume zwischen den Wolframatomen passen und eine unglaublich harte und stabile Kristallgitterstruktur bilden. |
| Was ist der Unterschied zwischen Wolfram und Wolframkarbid? | Wolfram ist ein reines Metall mit einer Dichte von 19 g/cm3, während Wolframkarbid ein Verbundwerkstoff aus Wolfram und Kohlenstoff ist. Wolfram selbst ist relativ weich, während WC zu den härtesten bekannten Materialien gehört. |
| Wie stark ist Wolframkarbid? | Wolframkarbid hat eine extrem hohe Härte von 2500-3500 Vickers, eine Druckfestigkeit von über 5 GPa und eine Biegefestigkeit von ~2-3 GPa; viel höher als fast jeder Stahl. |
| Ist Wolframkarbid spröde? | Wolframkarbidsorten haben eine relativ geringe Bruchzähigkeit und Dehnungstoleranz, was sie anfällig für plötzliche Sprödbrüche bei hohen Belastungen jenseits der Festigkeitsgrenzen macht. Um dies zu vermeiden, ist eine ordnungsgemäße Konstruktion erforderlich. |
| Ist Wolframkarbid teuer? | Wolframkarbid ist aufgrund der aufwändigen Verarbeitung von Wolframerzen deutlich teurer als Werkzeugstahl, aber die gleiche Leistung rechtfertigt höhere Preise für verschleißkritische Anwendungen wie Schneideinsätze. |