Стрижні з вольфрамового сплаву: марки, властивості та промислове застосування

Що таке стрижні з важкого сплаву вольфраму

Стрижні з вольфрамового сплаву, які зазвичай називають стрижнями з важкого сплаву вольфраму (WHA), це дво-фазні композити, виготовлені методом рідко-фазного спікання. Скелет із зерен чистого вольфраму, зазвичай від 90 до 97 відсотків за вагою, зв’язаний пластичною матрицею з нікелю-заліза або нікелю-міді. Готовий брусок поводиться як метал, а не як кераміка: його можна точити, шліфувати, нарізати різьбу, паяти та полірувати, але він має щільність від 17,0 до 18,5 г/см3 проти 7,85 г/см3 для вуглецевої сталі. Машиністи цінують це поєднання щільності, жорсткості та зручності в роботі, оскільки воно вирішує проблеми, які сталь, свинець і карбід вирішують лише частково.

Матеріал постачається у вигляді круглих прутів, квадратних прутків, смуг і пластин у -спеченому, шліфованому або полірованому стані. Напів{2}}форми, такі як заготовки та бочки, також прокатують або кують із тих самих сплавів для подальшого формування.

Стандартні сорти та типові властивості

Пруток зазвичай відповідає чотирьом класам щільності, визначеним для важких сплавів на основі вольфраму в ASTM B777. Зі збільшенням вмісту вольфраму збільшується щільність і жорсткість, а пластичність і теплове розширення падають. Нижче наведено типові значення для спеченого продукту.

Клас	Номінальний вольфрам (мас.%)	Підшивка	Щільність (г/см3)	Типова твердість (HRC)	Типові застосування
1 клас	90 W	Ni-Fe або Ni-Cu	16.85 - 17.25	24 - 28	Екрани, противаги, хвостовики інструменту
2 клас	92.5 W	Ni-Fe або Ni-Cu	17.15 - 17.85	25 - 29	Прутки розточувальні, шліфувальні гільзи, баласт
3 клас	95 W	Ni-Fe або Ni-Cu	17.75 - 18.35	27 - 32	Подовжувачі кінцевих фрез, шпинделі, захист від радіації
4 клас	97 W	Ni-Fe	18.25 - 18.85	28 - 34	Екранування високої щільності, аерокосмічні противаги

Модуль пружності становить приблизно від 260 до 380 ГПа залежно від класу, що значно перевищує 200 ГПа легованої сталі, тому вузли інструментів менше прогинаються під навантаженням різання.

Теплове розширення низьке, приблизно від 4,5 до 6,5 мікрометрів на метр на кельвін, що зберігає стабільність розмірів паяних з’єднань і точних пристосувань.

Теплопровідність становить приблизно від 100 до 170 Вт/м-K, що приблизно в два-три рази більше, ніж у легованої сталі, тому тепло залишає зону різання, а не проникає в інструмент.

Сорти нікель-мідного сполучного не є-магнітними, що важливо для пристосувань, які використовуються поруч із магнітним затискачем або обладнанням для формування зображень; Сорти нікелю-заліза є лише незначно магнітними.

Застосування інструментів: подовжувачі кінцевих фрез, розточні стрижні та шпинделі

Коли ріжучий інструмент має проникнути глибоко в порожнину, обмежуючим фактором рідко є сам різець, а тонкий сталевий хвостовик, який його утримує. Заміна хвостовика з важкого сплаву вольфраму додає масу та жорсткість без збільшення діаметра, тому стукіт і гармонійна вібрація пригнічуються, а більш важкі різання можна виконувати на вищих швидкостях шпинделя.

Подовжувачі кінцевих фрез- великий радіус дії без шкоди для жорсткості, використовується для глибоких кишень, форм і штампів.

Розточувальні бруски- вища щільність підвищує власну частоту стрижня та розширює стабільне вікно різання, покращуючи округлість отвору та якість поверхні.

Тримачі інструментів і хвостовики- демпфовані розточувальні головки та тримачі для пазів, які тримають розмір на довгих звисах.

Шпинделі та шліфувальні гільзи- демпфування маси-високошвидкісних шпинделів; гільзи, які протистоять прогину під час точного шліфування.

Оскільки спечений вольфрамовий скелет стабільний при температурах, досягнутих при пайці в повітряній печі, зазвичай від 700 до 900 градусів за Цельсієм, тримачі інструментів і розширення можна паяти безпосередньо без відпалу або втрати міцності, отриманої під час спікання. Стрижні легко обробляються за допомогою твердосплавного інструменту, шліфуються алмазними або CBN кругами та ріжуться за допомогою дротяної ерозії або абразивної гідроабразивної струї. Матеріал стійкий до відколів, оскільки пластична матриця поглинає удари, які призвели б до тріщини твердосплавного або керамічного хвостовика, а майже-чиста форма спеченого стрижня знижує витрати на матеріал і оздоблення.

Радіаційний захист, противаги та аерокосмічне обладнання

Важкий сплав вольфраму ефективно послаблює гамма- та рентгенівське випромінювання, оскільки його щільність від 17,0 до 18,5 г/см3 перевищує 11,34 г/см3 свинцю. За тієї самої площинної щільності стінка з вольфрамового сплаву може бути приблизно на одну третину тоншою за стінку зі свинцю, або задана товщина стінки може забезпечити значно вищий коефіцієнт екранування. Ось чому цей матеріал широко використовується для виготовлення екранів для радіофармацевтичних флаконів, щитків для шприців, транспортних контейнерів, коліматорів і аксесуарів для радіотерапії. На відміну від свинцю, він не вимивається та не класифікується як токсичний важкий метал відповідно до загальних правил щодо продукції, що спрощує обробку, маркування та утилізацію після завершення терміну служби.

Така сама щільність робить сплав стандартною відповіддю для балансування маси, де об’єм обмежений:

Противаги та балансувальні маси-для літаків і вертольотів із нерухомим крилом.

Противаги для інструментів каротажу нафтових свердловин, де вага повинна бути зосереджена всередині вузького зонда.

Стрічка зі сплаву вольфраму, оброблена на штифти виштовхувачів та інші -зношувані деталі літака.

Заготовки та бочки, що постачаються як напів{0}}фабрикат для кування або прокатки в фасонні компоненти.

Там, де потрібні зварювальні електроди TIG, поставка зазвичай виготовляється з чистого вольфраму або торованого вольфрамового прутка в класах, визначених AWS A5.12, зберігається окремо від ряду важких сплавів, оскільки зварювальні електроди потребують максимальної тепло- та електропровідності, а не максимальної щільності.

Специфікації замовлення та контроль якості

У придатному для використання запиті на пруток із вольфрамового сплаву вказується клас або цільова щільність, діаметр і довжина, клас допуску, прямолінійність, стан поверхні та кінцеве використання. Постачальники підтверджують матеріал за допомогою перевірки щільності за методом Архімеда, хімічного складу вольфраму та вмісту сполучної речовини, випробувань на твердість та ультразвукового контролю, який виявляє внутрішні порожнечі або градієнти щільності. До кожної партії видається сертифікат про результати випробувань.

Параметр	Типовий діапазон постачання
Діаметр	від 3 мм до 100 мм і більше, шліфований або-спечений
Довжина	До 600 мм, нарізка під замовлення
Стан поверхні	-Спечений, оброблений, відшліфований або полірований
Огляд	Щільність, хімічний склад, твердість, ультразвуковий контроль
Споріднені форми	Прутки, стрічка, плита, заготовки, бочки

Часті запитання

Питання: чи магнітний стрижень?
Сорти зі сполучною речовиною з нікелю-міді є фактично не-магнітними, тоді як сорти з нікелем-залізом демонструють лише дуже слабку магнітну реакцію; клас повинен бути вказаний, якщо потрібна магнітна прозорість.

З: Чи можна стрижень зі сплаву вольфраму обробляти у звичайній механічній майстерні?
так Твердосплавні токарні та фрезерні інструменти, алмазне або CBN шліфування та дротяна електроерозійна обробка працюють добре, за умови, що розрізи уникають локального перегріву, а заготовка підтримується завдяки своїй великій масі.

З: Чи зменшує пайка міцність сплаву?
Ні. Температура пайки приблизно від 700 до 900 градусів за Цельсієм залишається нижчою за рівень, який змінив би спечений вольфрамовий скелет, тому паяні вузли інструментів зберігають свої властивості.

З: Наскільки екран зі сплаву вольфраму тонший за екран із свинцю?
Оскільки щільність приблизно в півтора рази більша за щільність свинцю, стіна, яка приблизно на третину тонша, дає порівняне затухання для тієї ж проектованої площі.

З: Яка різниця між вольфрамовим важким сплавом і чистим вольфрамовим стрижнем?
Чистий вольфрамовий стрижень — це однофазний-метал, який є дуже твердим і крихким, тоді як важкий сплав додає пластичну зв’язку, щоб матеріал можна було обробляти та витримувати удари при дещо меншій щільності.

З: Які документи супроводжують доставку?
Кожна партія супроводжується сертифікатом із зазначенням щільності, хімічного складу, твердості та результатів ультразвукового контролю, що відстежується за числом нагріву.