ทังสเตนคาร์ไบด์

ความแข็งสูง
ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่มีความแข็งมาก รองจากเพชรเท่านั้น ความแข็งของทังสเตนคาร์ไบด์ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับเครื่องมือตัดและกลึง ความแข็งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของทังสเตนคาร์ไบด์ ซึ่งทดสอบโดยเครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ หัวเจาะเพชรปลายแหลมจะถูกกดเข้าไปในทังสเตนคาร์ไบด์ และความลึกของรูจะเป็นตัววัดความแข็ง ในการผลิตทังสเตนคาร์ไบด์ มีหลายปัจจัยที่จะส่งผลต่อความแข็ง เช่น ปริมาณโคบอลต์ ขนาดเกรน ปริมาณคาร์บอน และกระบวนการผลิต

จุดหลอมเหลวสูง
ทังสเตนคาร์ไบด์มีจุดหลอมเหลวประมาณ 5,700 องศา ซึ่งสูงกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะอื่นๆ อย่างมาก จุดหลอมเหลวที่สูงนี้ทำให้ทังสเตนคาร์ไบด์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง จุดหลอมเหลวที่สูงทำให้ไม่สามารถผลิตทังสเตนคาร์ไบด์ได้ด้วยเทคโนโลยีการตีแบบปกติ ผลิตภัณฑ์ทังสเตนคาร์ไบด์ผลิตขึ้นโดยใช้ผงโลหะ โดยผ่านการผสม การบด การอัด การเผาผนึก และการตรวจสอบ

เสถียรทางเคมี
ทังสเตนคาร์ไบด์ประกอบด้วยอะตอมของทังสเตนและคาร์บอน ซึ่งทั้งคู่มีความเสถียรต่อออกซิเจนและธาตุอื่นๆ ทังสเตนคาร์ไบด์มีความทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีสูงและไม่กัดกร่อนในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ ความเฉื่อยทางเคมีนี้ทำให้ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับใช้ในอุปกรณ์การแปรรูปทางเคมีและพื้นที่ที่จำเป็นต้องมีความต้านทานการกัดกร่อน

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนเฉลี่ยบ่งชี้ปริมาณการขยายตัวเมื่อทังสเตนคาร์ไบด์ได้รับความร้อน การขยายตัวของทังสเตนคาร์ไบด์จะตามการขยายตัวของอุณหภูมิ ยิ่งทังสเตนคาร์ไบด์มีผงสารยึดเกาะมากเท่าไร การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของทังสเตนคาร์ไบด์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ทังสเตนคาร์ไบด์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำมาก ซึ่งหมายความว่าจะขยายตัวน้อยมากเมื่อได้รับความร้อน คุณสมบัตินี้ทำให้ทังสเตนคาร์ไบด์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องมือที่มีความแม่นยำและการใช้งานที่ต้องการความเสถียรของมิติ

การนำไฟฟ้า
แม้ว่าทังสเตนคาร์ไบด์จะเป็นโลหะที่ทนไฟได้ แต่ก็สามารถนำไฟฟ้าได้เนื่องจากมีคาร์บอนอยู่ในโครงสร้างผลึก การนำไฟฟ้านี้ทำให้ทังสเตนคาร์ไบด์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานทางไฟฟ้า เช่น อิเล็กโทรดและหน้าสัมผัส

สมบัติของทังสเตนคาร์ไบด์และทังสเตน ได้แก่ โมดูลัสของความยืดหยุ่น โมดูลัสเฉือน ความแข็งแรงในการดึง การนำความร้อน และความแข็ง (ร็อคเวลล์ เอ) ด้านล่างนี้ เราจะเปรียบเทียบสมบัติของแต่ละอย่าง

ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบคุณสมบัติของวัสดุระหว่างทังสเตนและทังสเตนคาร์ไบด์

ทังสเตนคาร์ไบด์แข็งแกร่งกว่าทังสเตนหรือไม่
ใช่ ทังสเตนคาร์ไบด์โดยทั่วไปมีความแข็งแรงมากกว่าทังสเตนบริสุทธิ์ ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นสารประกอบที่ทำขึ้นโดยผสมทังสเตนกับคาร์บอนเพื่อสร้างวัสดุที่มีความแข็งและทนทานมาก สารประกอบนี้มีความแข็ง ทนทานต่อการสึกหรอ และความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงเครื่องมือตัด สารกัดกร่อน และเครื่องประดับ

ทังสเตนมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงอยู่แล้ว ซึ่งมากกว่าเหล็กส่วนใหญ่ ส่วนทังสเตนคาร์ไบด์มีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงกว่า แสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งที่น่าประทับใจ ความแข็งของวัสดุสัมพันธ์กับโมดูลัสยืดหยุ่นสูง และค่าที่แสดงในตารางที่ 1 พิสูจน์ว่าทำไมทังสเตนคาร์ไบด์จึงอยู่รองเพียงเพชรเท่านั้นในด้านความยืดหยุ่น โมดูลัสยืดหยุ่นของทังสเตนคาร์ไบด์อยู่ที่ประมาณ 700 GPa ซึ่งอยู่ถัดลงมาจากเพชร (โมดูลัสยืดหยุ่น 1,000 GPa) ซึ่งแสดงให้เห็นทั้งความต้านทานต่อการเสียรูปและแนวโน้มที่จะแตกเมื่อใช้งาน

โมดูลัสเฉือนคืออัตราส่วนของแรงเฉือนต่อความเครียดเฉือนภายในชิ้นงานทดสอบ และมักเรียกกันว่าโมดูลัสของความแข็งแกร่ง โมดูลัสเฉือนมีความเกี่ยวข้องอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้กับโมดูลัสยืดหยุ่น เนื่องจากโมดูลัสเหล่านี้ได้มาจากสมการเดียวกัน และทั้งคู่เป็นการวัดความแข็งแกร่ง (หนึ่งค่าเป็นการตอบสนองต่อแรงยืดหยุ่นหรือแรงเชิงเส้นเทียบกับแรงเฉือนหรือแรงตัดขวาง) ค่าในตารางที่ 1 เป็นหลักฐานเพิ่มเติมที่แสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่น่าประทับใจที่ทังสเตนมอบให้ สำหรับการอ้างอิง เหล็กส่วนใหญ่มีโมดูลัสเฉือนประมาณ 80 GPa ซึ่งน้อยกว่าทังสเตนเพียงครึ่งเดียว และน้อยกว่าโมดูลัสเฉือนของทังสเตนคาร์ไบด์ถึงหนึ่งในสาม

นักออกแบบส่วนใหญ่มักจะเลือกวัสดุตามความแข็งแรงของวัสดุ ทังสเตนและทังสเตนคาร์ไบด์เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นโลหะที่แข็งแรงและเหนียวมาก ดังนั้นทำไมความแข็งแรงในการดึงของทั้งสองวัสดุจึงต่ำมาก คำตอบคือวัสดุทั้งสองชนิดนี้เปราะตามธรรมชาติ และแสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์ทางวัสดุที่น่าสนใจ เนื่องมาจากความแข็งในระดับโมเลกุล วัสดุเปราะจึงแข็งแกร่งกว่ามากในการบีบอัดเมื่อเทียบกับแรงดึง (ลองนึกถึงกำแพงอิฐดูสิ วัสดุเหล่านี้รับแรงอัดได้หลายพันปอนด์ แต่คุณเคยเห็นโครงอิฐมาก่อนหรือไม่) หลักการนี้จะชัดเจนขึ้นเมื่อตรวจสอบความแข็งแรงในการอัดของวัสดุเหล่านี้ โดยเฉพาะทังสเตนคาร์ไบด์ที่มีความเป็นโลหะน้อยกว่า โดยทังสเตนคาร์ไบด์มีความแข็งแรงในการอัด 2,683 MPa ที่อุณหภูมิห้องและยังคงความแข็งแรงไว้ได้แม้อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง ลักษณะเดียวกันนี้ไม่สามารถพูดได้กับเหล็ก เนื่องจากความแข็งแรงในการอัดต่ำกว่ามากก่อนอื่น และประการที่สอง มีการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ เมื่อทราบข้อเท็จจริงนี้แล้ว จึงเป็นที่ชัดเจนอย่างยิ่งว่าไม่ควรใช้ทังสเตนในงานที่ต้องรับแรงดึง แต่ทังสเตนเป็นวัสดุที่แย่งชิงอันดับต้นๆ ในงานที่ต้องรับแรงอัด