Wolfraamlegeringsstaven: kwaliteiten, eigenschappen en industriële toepassingen

Wat wolfraam zware legeringsstaven zijn

Staven van wolfraamlegering, gewoonlijk staven van zware wolfraamlegeringen (WHA) genoemd, zijn twee--fasecomposieten die worden geproduceerd door vloeibare--fase-sinteren. Een skelet van zuivere wolfraamkorrels, normaal gesproken voor 90 tot 97 procent per gewicht, is gebonden door een ductiele nikkel-ijzer- of nikkel-kopermatrix. De afgewerkte staaf gedraagt ​​zich eerder als metaal dan als keramiek: hij kan worden gedraaid, geslepen, van schroefdraad voorzien, gesoldeerd en gepolijst, maar heeft toch een dichtheid van 17,0 tot 18,5 g/cm3, tegenover 7,85 g/cm3 voor koolstofstaal. Machinisten waarderen die combinatie van dichtheid, stijfheid en verwerkbaarheid omdat het problemen oplost die staal, lood en gecementeerd carbide elk slechts gedeeltelijk oplossen.

Het materiaal wordt geleverd als ronde staven, vierkante staven, strippen en platen, in-gesinterde, geslepen of gepolijste toestand. Half-afgewerkte vormen zoals knuppels en vaten worden ook uit dezelfde legeringen gewalst of gesmeed voor verdere vormgeving.

Standaardkwaliteiten en typische eigenschappen

Staafmateriaal volgt normaal gesproken de vier dichtheidsklassen die zijn gedefinieerd voor zware legeringen op wolfraambasis in ASTM B777. Naarmate het wolfraamgehalte stijgt, nemen de dichtheid en stijfheid toe, terwijl de ductiliteit en thermische uitzetting afnemen. Typische waarden voor gesinterd product worden hieronder weergegeven.

Klas	Nominaal wolfraam (gew.%)	Bindmiddel	Dichtheid (g/cm3)	Typische hardheid (HRC)	Typische toepassingen
Klasse 1	90 W	Ni-Fe of Ni-Cu	16.85 - 17.25	24 - 28	Afscherming, contragewichten, gereedschapsschachten
Klasse 2	92.5 W	Ni-Fe of Ni-Cu	17.15 - 17.85	25 - 29	Kotterbaren, slijphulzen, ballast
Klasse 3	95 W	Ni-Fe of Ni-Cu	17.75 - 18.35	27 - 32	Freesverlengingen, spindels, stralingsafscherming
Klasse 4	97 W	Ni-Fe	18.25 - 18.85	28 - 34	Afscherming met hoge dichtheid, contragewichten voor de ruimtevaart

De elasticiteitsmodulus bedraagt ​​grofweg 260 tot 380 GPa, afhankelijk van de klasse, ruim boven de 200 GPa van gelegeerd staal, zodat gereedschapsassemblages minder doorbuigen onder snijbelasting.

De thermische uitzetting is laag, ongeveer 4,5 tot 6,5 micrometer per meter per Kelvin, waardoor hardsoldeerverbindingen en precisiearmaturen dimensionaal stabiel blijven.

De thermische geleidbaarheid bedraagt ​​ongeveer 100 tot 170 W/m-K, grofweg twee tot drie maal die van gelegeerd staal, waardoor de warmte de snijzone verlaat in plaats van in het gereedschap te dringen.

Nikkel-koperbindmiddelen zijn niet-magnetisch, wat van belang is voor armaturen die worden gebruikt naast magnetische klem- of beeldapparatuur; nikkel-ijzersoorten zijn slechts licht magnetisch.

Gereedschapstoepassingen: freesverlengingen, kotterbaren en spindels

Wanneer een snijgereedschap diep in een holte moet reiken, is de beperkende factor zelden de frees zelf, maar de slanke stalen schacht die deze vasthoudt. Het vervangen van een schacht van een zware wolfraamlegering voegt massa en stijfheid toe zonder de diameter te vergroten, waardoor trillingen en harmonische trillingen worden onderdrukt en er zwaardere sneden kunnen worden gemaakt bij hogere spilsnelheden.

Eindfreesverlengingen- groot bereik zonder in te boeten aan stijfheid, gebruikt bij het maken van diepe zakken en matrijzen.

Saaie staven- hogere dichtheid verhoogt de natuurlijke frequentie van de staaf en verbreedt het stabiele snijvenster, waardoor de ronding van de boring en de oppervlakteafwerking worden verbeterd.

Gereedschapshouders en schachten- gedempte kotterkoppen en gleufhouders die de maat op lange uitsteeklengtes vasthouden.

Spindels en slijphulzen- massademping van spindels met hoge- snelheid; mouwen die bestand zijn tegen doorbuiging tijdens precisieslijpen.

Omdat het gesinterde wolfraamskelet stabiel is tot ver boven de temperaturen die worden bereikt bij het hardsolderen in een luchtoven, meestal 700 tot 900 graden Celsius, kunnen gereedschapshouders en verlengstukken direct worden gesoldeerd zonder uitgloeien of verlies van de tijdens het sinteren verkregen sterkte. Staven kunnen gemakkelijk worden bewerkt met hardmetalen gereedschap, geslepen met diamant- of CBN-schijven en gesneden met draadvonken of schurende waterstraal. Het materiaal is bestand tegen afbrokkelen omdat de ductiele matrix de impact absorbeert die een volhardmetalen of keramische schacht zou doen barsten, en de vrijwel-netvorm van de gesinterde staaf houdt de materiaal- en afwerkingskosten laag.

Stralingsafscherming, contragewichten en ruimtevaarthardware

De zware wolfraamlegering verzwakt gamma- en röntgenstraling efficiënt omdat de dichtheid van 17,0 tot 18,5 g/cm3 groter is dan de 11,34 g/cm3 van lood. Voor dezelfde oppervlaktedichtheid kan een wand van een wolfraamlegering ongeveer een derde dunner zijn dan een loden wand, of een gegeven wanddikte kan een aanzienlijk hogere afschermingsfactor opleveren. Dit is de reden waarom het materiaal op grote schaal wordt verwerkt tot afscherming van radiofarmaceutische flesjes, spuitschilden, transportcontainers, collimatoren en radiotherapie-accessoires. In tegenstelling tot lood loogt het niet uit en wordt het volgens de algemene productregelgeving niet geclassificeerd als een giftig zwaar metaal, wat de hantering, etikettering en verwijdering-van-levensduur vereenvoudigt.

Dezelfde dichtheid maakt de legering tot het standaardantwoord voor massabalancering waarbij het volume beperkt is:

Contragewichten en balanceermassa's voor vliegtuigen met vaste-vleugels en helikopters.

Contragewichten voor gereedschap voor het loggen van oliebronnen, waarbij het gewicht moet worden geconcentreerd in een smalle sonde.

Strips van wolfraamlegering verwerkt tot uitwerppennen en andere-slijtagegevoelige vliegtuigonderdelen.

Knuppels en vaten geleverd als half-afgewerkt materiaal voor het smeden of rollen tot gevormde onderdelen.

Waar TIG-laselektroden nodig zijn, wordt de levering normaal gesproken gemaakt van zuiver wolfraam of gethorieerd wolfraamstaafmateriaal in de klassen gedefinieerd door AWS A5.12, gescheiden gehouden van het bereik van zware legeringen omdat laselektroden maximale thermische en elektrische geleidbaarheid nodig hebben in plaats van maximale dichtheid.

Bestelspecificaties en kwaliteitscontrole

Een bruikbaar onderzoek voor staaf van wolfraamlegering vermeldt de klasse of doeldichtheid, diameter en lengte, tolerantieklasse, rechtheid, oppervlakteconditie en eindgebruik. Leveranciers bevestigen het materiaal aan de hand van een dichtheidscontrole volgens de Archimedes-methode, de chemische samenstelling van het wolfraam- en bindmiddelgehalte, hardheidstesten en ultrasone inspectie die interne holtes of dichtheidsgradiënten aan het licht brengt. Bij elke partij wordt een certificaat met de testresultaten afgegeven.

Parameter	Typisch leveringsbereik
Diameter	3 mm tot 100 mm en hoger, geslepen of-gesinterd
Lengte	Tot 600 mm, op maat gesneden
Oppervlakteconditie	Zoals-gesinterd, machinaal bewerkt, geslepen of gepolijst
Inspectie	Dichtheid, chemische samenstelling, hardheid, ultrasone test
Gerelateerde formulieren	Staven, strippen, platen, knuppels, vaten

Veelgestelde vragen

Vraag: Is de staaf magnetisch?
Soorten met een nikkel-koperbindmiddel zijn feitelijk niet-magnetisch, terwijl nikkel-ijzersoorten slechts een zeer zwakke magnetische respons vertonen; de kwaliteit moet worden vermeld als magnetische transparantie vereist is.

Vraag: Kan een staaf van wolfraamlegering in een gewone machinewerkplaats worden bewerkt?
Ja. Hardmetalen draai- en freesgereedschappen, diamant- of CBN-slijpen en draadvonken werken allemaal goed, op voorwaarde dat de sneden lokale oververhitting voorkomen en het werkstuk wordt ondersteund vanwege de hoge massa.

Vraag: Vermindert solderen de sterkte van de legering?
Nee. Soldeertemperaturen van ongeveer 700 tot 900 graden Celsius blijven onder het niveau dat het gesinterde wolfraamskelet zou veranderen, zodat gesoldeerde gereedschapsassemblages hun eigenschappen behouden.

Vraag: Hoeveel dunner is een schild van wolfraamlegering dan een loodschild?
Omdat de dichtheid ongeveer anderhalf keer zo groot is als die van lood, geeft een muur die ongeveer een derde dunner is een vergelijkbare demping voor hetzelfde geprojecteerde gebied.

Vraag: Wat is het verschil tussen een zware wolfraamlegering en een pure wolfraamstaaf?
Zuivere wolfraamstaaf is een een{0}}fasig metaal dat zeer hard en bros is, terwijl een zware legering een taai bindmiddel toevoegt, zodat het materiaal kan worden bewerkt en bestand is tegen schokken, bij een iets lagere dichtheid.

Vraag: Welke documenten gaan mee met een levering?
Elke partij wordt geleverd met een certificaat waarop de dichtheid, chemische samenstelling, hardheid en de resultaten van ultrasone inspectie worden vermeld, herleidbaar tot het hittenummer.