Tyče z wolframové slitiny: Třídy, vlastnosti a průmyslové aplikace

Co jsou tyče z těžké slitiny wolframu

Tyče ze slitiny wolframu, obvykle nazývané tyče z těžké slitiny wolframu (WHA), jsou dvou{0}}fázové kompozity vyráběné kapalným-slinováním. Kostra čistých wolframových zrn, obvykle 90 až 97 procent hmotnosti, je spojena matricí z tvárného niklu-železa nebo nikl{6}}mědi. Hotová tyč se chová spíše jako kov než keramika: lze ji soustružit, brousit, závitovat, pájet a leštit, přesto má hustotu 17,0 až 18,5 g/cm3 oproti 7,85 g/cm3 u uhlíkové oceli. Obráběči oceňují tuto kombinaci hustoty, tuhosti a zpracovatelnosti, protože řeší problémy, které ocel, olovo a slinutý karbid řeší jen částečně.

Materiál je dodáván ve formě kulatých tyčí, čtvercových tyčí, pásů a desek, v-slinutém, broušeném nebo leštěném stavu. Polotovary, jako jsou předvalky a sudy, jsou také válcovány nebo kovány ze stejných slitin pro následné tvarování.

Standardní jakosti a typické vlastnosti

Pažba tyče normálně odpovídá čtyřem třídám hustoty definovaným pro těžké slitiny na bázi wolframu v ASTM B777. S rostoucím obsahem wolframu se zvyšuje hustota a tuhost, zatímco tažnost a tepelná roztažnost klesají. Typické hodnoty pro slinutý produkt jsou uvedeny níže.

Třída	Nominální wolfram (hmot. %)	Pořadač	Hustota (g/cm3)	Typická tvrdost (HRC)	Typické aplikace
třída 1	90 W	Ni-Fe nebo Ni-Cu	16.85 - 17.25	24 - 28	Stínění, protizávaží, stopky nástrojů
třída 2	92.5 W	Ni-Fe nebo Ni-Cu	17.15 - 17.85	25 - 29	Vyvrtávací tyče, brusná pouzdra, balast
třída 3	95 W	Ni-Fe nebo Ni-Cu	17.75 - 18.35	27 - 32	Nástavce stopkových fréz, vřetena, radiační stínění
třída 4	97 W	Ni-Fe	18.25 - 18.85	28 - 34	Stínění s vysokou hustotou, letecké protizávaží

Modul pružnosti je zhruba 260 až 380 GPa v závislosti na třídě, výrazně nad 200 GPa legované oceli, takže nástrojové sestavy se při řezném zatížení méně prohnou.

Tepelná roztažnost je nízká, přibližně 4,5 až 6,5 mikrometrů na metr na kelvin, což udržuje pájené spoje a přesné přípravky rozměrově stabilní.

Tepelná vodivost je asi 100 až 170 W/m{2}}K, což je zhruba dvakrát až třikrát více než u legované oceli, takže teplo opouští zónu řezu, místo aby se vsakovalo do nástroje.

Nikl-třídy pojiva mědi nejsou-magnetické, což je důležité pro přípravky používané vedle magnetického upínacího nebo zobrazovacího zařízení; jakosti niklu-železa jsou jen mírně magnetické.

Nástrojové aplikace: Nástavce čelních fréz, vyvrtávací tyče a vřetena

Když musí řezný nástroj zasahovat hluboko do dutiny, omezujícím faktorem je zřídka samotná fréza, ale štíhlá ocelová stopka, která jej drží. Nahrazení stopky z těžké slitiny wolframu přidává hmotu a tuhost bez zvýšení průměru, takže chvění a harmonické vibrace jsou potlačeny a těžší řezy lze provádět při vyšších rychlostech vřetena.

Nástavce stopkové frézy- dlouhý dosah bez obětování tuhosti, používá se při hlubokých kapsách, formování a lisování.

Nudné bary- vyšší hustota zvyšuje přirozenou frekvenci tyče a rozšiřuje stabilní řezné okno, čímž zlepšuje zaoblení vývrtu a jakost povrchu.

Nástrojové držáky a stopky- tlumené vyvrtávací hlavy a drážkovací držáky, které drží velikost na dlouhých převisech.

Vřetena a brusná pouzdra- hmotnostní tlumení-vysokorychlostních vřeten; pouzdra, která odolávají průhybu při přesném broušení.

Protože skelet ze slinutého wolframu je stabilní vysoko nad teplotami dosahovanými při pájení ve vzduchové peci, obvykle 700 až 900 stupňů Celsia, lze držáky nástrojů a nástavce pájet přímo bez žíhání nebo ztráty pevnosti získané během slinování. Tyče jsou snadno opracovávány karbidovými nástroji, broušeny diamantovými nebo CBN kotouči a řezány drátovým EDM nebo abrazivním vodním paprskem. Materiál odolává vylamování, protože tvárná matrice absorbuje náraz, který by popraskal pevný karbid nebo keramickou stopku, a téměř-čistý tvar slinuté tyče udržuje náklady na materiál a konečnou úpravu nízké.

Radiační stínění, protizávaží a letecký hardware

Těžká slitina wolframu účinně tlumí záření gama a X{0}}záření, protože její hustota 17,0 až 18,5 g/cm3 přesahuje 11,34 g/cm3 olova. Pro stejnou plošnou hustotu může být stěna z wolframové slitiny asi o jednu třetinu tenčí než olověná stěna, nebo daná tloušťka stěny může poskytnout podstatně vyšší stínící faktor. To je důvod, proč je materiál široce opracován do stínění pro radiofarmaceutické lahvičky, kryty injekčních stříkaček, transportní nádoby, kolimátory a radioterapeutické příslušenství. Na rozdíl od olova se nevyluhuje a není klasifikován jako toxický těžký kov podle běžných předpisů o výrobcích, což zjednodušuje manipulaci, označování a likvidaci na konci--životnosti.

Stejná hustota dělá ze slitiny standardní řešení pro vyvažování hmoty, kde je objem omezen:

Protizávaží a vyvažovací hmoty pro-letadla a vrtulníky s pevnými křídly.

Protizávaží pro nástroje na těžbu ropných vrtů, kde musí být hmotnost soustředěna uvnitř úzké sondy.

Pás z wolframové slitiny zpracovaný do vyhazovacích kolíků a dalších-dílů letadel s vysokým opotřebením.

Sochory a sudy dodávané jako polotovar-pro kování nebo válcování do tvarových součástí.

Tam, kde jsou vyžadovány svařovací elektrody TIG, je dodávka obvykle vyrobena z čistého wolframu nebo thoriovaného wolframového tyčového materiálu ve třídách definovaných AWS A5.12, držených odděleně od řady těžkých slitin, protože svařovací elektrody vyžadují spíše maximální tepelnou a elektrickou vodivost než maximální hustotu.

Objednací specifikace a kontrola kvality

Použitelný dotaz na tyč z wolframové slitiny uvádí třídu nebo cílovou hustotu, průměr a délku, třídu tolerance, přímost, stav povrchu a konečné použití. Dodavatelé potvrzují materiál pomocí kontroly hustoty Archimedovou metodou, chemické složení obsahu wolframu a pojiva, testování tvrdosti a ultrazvukovou kontrolu, která odhalí vnitřní dutiny nebo gradienty hustoty. Ke každé šarži je vydán certifikát o výsledcích zkoušek.

Parametr	Typický rozsah dodávky
Průměr	3 mm až 100 mm a více, broušené nebo-slinuté
Délka	Do 600 mm, řez na zakázku
Stav povrchu	Jako-slinuté, opracované, broušené nebo leštěné
Inspekce	Hustota, chemické složení, tvrdost, ultrazvuková zkouška
Související formy	Tyče, pásy, desky, sochory, sudy

Často kladené otázky

Otázka: Je tyč magnetická?
Třídy s pojivem na bázi niklu-mědi jsou ve skutečnosti ne-magnetické, zatímco třídy niklu-železa vykazují pouze velmi slabou magnetickou odezvu; třída by měla být uvedena, pokud je požadována magnetická průhlednost.

Otázka: Lze tyč z wolframové slitiny obrábět v běžné strojírně?
Ano. Karbidové soustružnické a frézovací nástroje, diamantové nebo CBN broušení a drátová elektroerozivní obrábění fungují dobře za předpokladu, že řezy zabrání místnímu přehřátí a obrobek je podepřen díky své vysoké hmotnosti.

Otázka: Snižuje pájení pevnost slitiny?
Ne. Teploty pájení asi 700 až 900 stupňů Celsia zůstávají pod úrovní, která by změnila kostru ze slinutého wolframu, takže sestavy pájených nástrojů si zachovávají své vlastnosti.

Otázka: O kolik tenčí je štít z wolframové slitiny než štít z olova?
Vzhledem k tomu, že hustota je asi jedenapůlkrát větší než hustota olova, poskytuje stěna tenčí zhruba o třetinu srovnatelný útlum pro stejnou promítanou plochu.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi těžkou slitinou wolframu a tyčí z čistého wolframu?
Tyč z čistého wolframu je jednofázový{0}}kov, který je velmi tvrdý a křehký, zatímco těžká slitina přidává tvárné pojivo, takže materiál lze opracovat a odolává nárazu při mírně nižší hustotě.

Otázka: Které dokumenty doprovázejí dodávku?
Každá šarže je dodávána s certifikátem uvádějícím hustotu, chemické složení, tvrdost a výsledky ultrazvukové kontroly, navazující na tepelné číslo.