Nowe możliwości produkcji metali narzędziowych o udoskonalonych właściwościach mechanicznych
Węglik wolframu (WC) jest wysokosprawnym materiałem zawierającym w swoim składzie węgiel oraz rzadko spotykany metal – wolfram. Jest wykorzystywany do produkcji twardych metali, takich jak węglik spiekany WC z kobaltem, który jest drugim po diamencie najtwardszym znanym materiałem. Węglik wolframu ma postać szarego proszku, lecz może być poddawany procesom prasowania i formowania do różnych kształtów, a także wytapiany z innymi metalami lub mocowany do nich. Uniwersalny proszek WC wykorzystuje się do wyrobu trwałych narzędzi przeznaczonych do różnych zastosowań w wielu sektorach przemysłu. Materiał ten stosuje się powszechnie w budownictwie i przemyśle wytwórczym, w procesach produkcji w przemyśle motoryzacyjnym oraz lotniczym i kosmicznym, w górnictwie odkrywkowym i głębinowym oraz przy poszukiwaniu ropy naftowej i gazu. Wyroby z twardych stopów metali charakteryzują się niską porowatością, niezwykle wysoką twardością i znaczną wytrzymałością.
Przesuwanie granic
Węglik wolframu powstaje w wyniku reakcji chemicznej zachodzącej z udziałem wolframu i węgla w bardzo wysokiej temperaturze w zakresie od 1 450 °C do maksymalnie, jak do niedawna sądzono, 2 200 °C. Proces ten nosi nazwę karburyzacji. Dla operatorów obiektów przemysłowych ogromne wyzwanie stanowi jednak osiąganie tak ekstremalnie wysokich temperatur w urządzeniach do obróbki cieplnej. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CARBIDE2500(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zademonstrowano możliwości innowacyjnego pieca, którego technologia umożliwia osiąganie maksymalnej temperatury obróbki wynoszącej 2 500 °C w trakcie procesu karburyzacji. Jest to wzrost w stosunku to wcześniejszej maksymalnej temperatury obróbki o 300 °C. Ta nowa technologia umożliwia produkcję proszku WC o bardziej zróżnicowanych właściwościach oraz dla znacznie szerszej gamy produktów końcowych. „Nowa technologia pieca powinna pomóc zwiększyć dostępność węglika spiekanego, przyczyniając się tym samym do przyszłych badań i rozwoju dotyczących wpływu parametrów obróbki, np. temperatury, na właściwości proszku”, wyjaśnia koordynator projektu Reinhard Schummers. „Jest to pierwszy tego rodzaju piec przemysłowy na ciśnienie atmosferyczne, którego temperatura pracy wynosi 2 500 °C, tj. o 300 °C więcej niż w najnowocześniejszych wysokotemperaturowych piecach przemysłowych”.
Rozszerzania dostępnych mikrostruktur proszku WC z myślą o rozwoju produktów z metalu narzędziowego
Oprócz wykazania, że możliwe jest osiągnięcie temperatury obróbki wynoszącej 2 500 °C w piecu CARBIDE2500, partnerzy projektu przeprowadzili testy materiałowe z zamiarem porównania właściwości proszku WC wyprodukowanego z użyciem tego samego materiału wsadowego w temperaturze 1 600 °C, 2 200 °C oraz 2 500 °C. Dzięki temu zespół zdobył nowe doświadczenie w zakresie potencjalnych przyszłych badań nad wpływem parametrów procesu. „Oddając do dyspozycji niewielki piec, w którym panują takie same warunki, jak w piecach przemysłowych, sprawiamy, że opracowywanie produktów z wykorzystaniem karburyzacji wolframu staje się łatwiejsze”, zauważa Schummers. Proszki WC poddane procesowi karburyzacji w piecu CARBIDE2500 podczas projektu zostały poddane szczegółowej analizie. „Proszek WC spiekany w temperaturze 2 500 °C nie tylko odznaczał się odpowiednio większym ziarnem z uwagi na jego znacznie zwiększony wzrost”, dodaje Schummers. „Również mikrostruktura proszku okazała się wyjątkowa”. Technologia pieca przyczyni się do większej elastyczności w zakresie parametrów procesu w trakcie procedury karburyzacji. „Jest szansa na to, że w efekcie na rynku pojawi się proszek WC o bardziej zróżnicowanych właściwościach”, podsumowuje badacz.
Słowa kluczowe
CARBIDE2500, WC, proszek, piec, wolfram, węglik, karburyzacja, węglik wolframu
