Volframlegeringsstänger: kvaliteter, egenskaper och industriella tillämpningar

Vad Tungsten Heavy Alloy Stavar är

Volframlegeringsstavar, vanligtvis kallade tungsten tunga legeringsstavar (WHA), är två-kompositer som produceras genom sintring i vätskefas-. Ett skelett av rena volframkorn, normalt 90 till 97 viktprocent, är bundet av en seg nickel-järn eller nickel-kopparmatris. Den färdiga stången beter sig som en metall snarare än en keramik: den kan svarvas, slipas, gängas, lödas och poleras, men den har en densitet på 17,0 till 18,5 g/cm3 mot 7,85 g/cm3 för kolstål. Maskinister värdesätter den kombinationen av densitet, styvhet och bearbetbarhet eftersom den löser problem som stål, bly och hårdmetall var och en endast löser delvis.

Materialet levereras som runda stavar, fyrkantiga stänger, remsor och plåt, i -sintrat, slipat eller polerat skick. Halv-formar såsom ämnen och fat valsas eller smids också av samma legeringar för nedströms formning.

Standardkvaliteter och typiska egenskaper

Stångmaterial följer normalt de fyra densitetsklasserna som definieras för tungstensbaserade tunga legeringar i ASTM B777. När volframhalten stiger ökar densiteten och styvheten medan duktiliteten och termisk expansion minskar. Typiska värden för sintrad produkt visas nedan.

Klass	Nominell volfram (vikt%)	Bindemedel	Densitet (g/cm3)	Typisk hårdhet (HRC)	Typiska applikationer
Klass 1	90 W	Ni-Fe eller Ni-Cu	16.85 - 17.25	24 - 28	Skärmning, motvikter, verktygsskaft
Klass 2	92.5 W	Ni-Fe eller Ni-Cu	17.15 - 17.85	25 - 29	Borrstänger, sliphylsor, ballast
Klass 3	95 W	Ni-Fe eller Ni-Cu	17.75 - 18.35	27 - 32	Pinnfräsförlängningar, spindlar, strålskydd
Klass 4	97 W	Ni-Fe	18.25 - 18.85	28 - 34	Högdensitetsskärmning, flygmotvikter

Elasticitetsmodulen är ungefär 260 till 380 GPa beroende på klass, långt över 200 GPa för legerat stål, så verktygsenheter böjs mindre under skärbelastning.

Den termiska expansionen är låg, cirka 4,5 till 6,5 mikrometer per meter per kelvin, vilket håller hårdlödda fogar och precisionsfixturer formstabila.

Värmeledningsförmågan är cirka 100 till 170 W/m-K, ungefär två till tre gånger högre än för legerat stål, så värme lämnar skärzonen istället för att tränga in i verktyget.

Nickel-kopparbindemedelskvaliteter är icke-magnetiska, vilket är viktigt för fixturer som används bredvid magnetisk kläm- eller bildutrustning; nickel-järnkvaliteter är endast svagt magnetiska.

Verktygstillämpningar: Pinnfräsförlängningar, borrstänger och spindlar

När ett skärverktyg måste nå djupt in i ett hålrum, är den begränsande faktorn sällan själva fräsen utan det smala stålskaftet som håller den. Genom att byta ut ett skaft av tungstenslegering tillförs massa och styvhet utan att öka diametern, så tjatter och harmoniska vibrationer undertrycks och tyngre snitt kan tas vid högre spindelhastigheter.

Pinnfräsförlängningar- lång räckvidd utan att offra styvheten, används i djupa fickor, form- och formarbeten.

Tråkiga barer- högre densitet höjer svärdets naturliga frekvens och breddar det stabila skärfönstret, vilket förbättrar hålets rundhet och ytfinish.

Verktygshållare och skaft- dämpade borrhuvuden och slitshållare som håller storleken på långa överhäng.

Spindlar och sliphylsor- massdämpning av hög-spindlar; hylsor som motstår avböjning vid precisionsslipning.

Eftersom det sintrade volframskelettet är stabilt långt över de temperaturer som uppnås i luftugnslödning, vanligtvis 700 till 900 grader Celsius, kan verktygshållare och förlängningar lödas direkt utan glödgning eller förlust av styrkan som erhålls under sintringen. Stavar bearbetas lätt med hårdmetallverktyg, slipas med diamant- eller CBN-hjul och skärs av med wire EDM eller abrasiv vattenstråle. Materialet motstår flisning eftersom den formbara matrisen absorberar stötar som skulle spricka en solid hårdmetall eller keramiskt skaft, och den nästan-nettoformen på den sintrade stången håller nere material- och efterbehandlingskostnaderna.

Strålningsavskärmning, motvikter och rymdhårdvara

Tungstenslegering dämpar gamma- och röntgenstrålning effektivt eftersom dess densitet på 17,0 till 18,5 g/cm3 överstiger blyets 11,34 g/cm3. För samma yttäthet kan en volframlegeringsvägg vara ungefär en tredjedel tunnare än en blyvägg, eller så kan en given väggtjocklek ge en väsentligt högre skärmningsfaktor. Detta är anledningen till att materialet i stor utsträckning bearbetas till avskärmning för radiofarmaceutiska flaskor, sprutskydd, transportbehållare, kollimatorer och tillbehör för strålbehandling. Till skillnad från bly läcker det inte och klassificeras inte som en giftig tungmetall enligt vanliga produktregler, vilket förenklar hantering, märkning och-avfallshantering.

Samma densitet gör legeringen till standardsvaret för massbalansering där volymen är begränsad:

Motvikter och balanserande massor för fast-flygplan och helikoptrar.

Motvikter för oljebrunnsloggningsverktyg, där vikten måste koncentreras inuti en smal sond.

Volframlegeringsremsa som bearbetas till ejektorstift och andra-höga flygplansdelar.

Billets och fat levereras som halvfärdigt-material för smide eller rullning till formade komponenter.

Där TIG-svetselektroder krävs, är matningen normalt gjord av ren volfram eller torierad volframstav i de klasser som definieras av AWS A5.12, hålls åtskilda från sortimentet av tunga legeringar eftersom svetselektroder behöver maximal termisk och elektrisk ledningsförmåga snarare än maximal densitet.

Beställningsspecifikationer och kvalitetskontroll

En användbar förfrågan för stång av volframlegering anger klassen eller måldensiteten, diameter och längd, toleransklass, rakhet, yttillstånd och slutanvändning. Leverantörer bekräftar materialet mot en densitetskontroll med Archimedes metod, kemisk sammansättning av volfram- och bindemedelsinnehållet, hårdhetstestning och ultraljudsinspektion som avslöjar inre hålrum eller densitetsgradienter. Ett intyg om testresultat utfärdas med varje parti.

Parameter	Typiskt utbud
Diameter	3 mm till 100 mm och uppåt, slipad eller som -sintrad
Längd	Upp till 600 mm, skär efter beställning
Ytans skick	Som-sintrad, bearbetad, slipad eller polerad
Inspektion	Densitet, kemisk sammansättning, hårdhet, ultraljudstest
Relaterade former	Barer, remsor, plåt, ämnen, fat

Vanliga frågor

F: Är staven magnetisk?
Kvaliteter med ett nickel-kopparbindemedel är i själva verket icke-magnetiska, medan nickel-järnkvaliteter endast visar mycket svag magnetisk respons; betyget ska anges om magnetisk transparens krävs.

F: Kan volframlegeringsstav bearbetas i en vanlig maskinverkstad?
Ja. Hårdmetallsvarvnings- och fräsverktyg, diamant- eller CBN-slipning och tråd-EDM fungerar alla bra, förutsatt att snitten undviker lokal överhettning och att arbetsstycket stöds på grund av sin höga massa.

F: Minskar lödning legeringens styrka?
Nej. Lödningstemperaturer på cirka 700 till 900 grader Celsius förblir under den nivå som skulle förändra det sintrade volframskelettet, så lödda verktygsenheter behåller sina egenskaper.

F: Hur mycket tunnare är en volframlegeringsköld än en blysköld?
Eftersom densiteten är ungefär en och en halv gånger den för bly, ger en vägg ungefär en tredjedel tunnare jämförbar dämpning för samma projicerade yta.

F: Vad är skillnaden mellan tungstenslegering och ren volframstav?
Ren volframstav är en enfas-metall som är mycket hård och spröd, medan tung legering tillför ett segt bindemedel så att materialet kan bearbetas och motstår stötar, med något lägre densitet.

F: Vilka dokument följer med en leverans?
Varje parti levereras med ett certifikat som rapporterar densitet, kemisk sammansättning, hårdhet och resultat av ultraljudskontroll, spårbart till värmenummer.