WĘGLIK SPIEKANY, WĘGLIK WOLFRAMU, WIDIA

1. Węglik spiekany – co to jest?

2. Produkcja węglika spiekanego

3. Właściwości węglików spiekanych

4. Zastosowanie węglika wolframu

5. Cena skupu złomu węglika spiekanego  

Węglik spiekany – co to jest?

Cała historia związana z węglikiem spiekanym rozpoczyna się w 1914 roku w Niemczech. To wtedy dwaj badacze Lohman i Voigtlander po raz pierwszy opatentowali sposób wytopu tzw. „twardego metalu”. Niestety materiał ten charakteryzował się bardzo dużą kruchością i nie mógł być wykorzystywany przemysłowo.

Dopiero dziewięć lat później Karl Schroter i Heinrich Baumhauer opatentowali metodę, która pozwalała na wytwarzanie węglika spiekanego, którego kruchość była na tyle niska, że umożliwiała jego przemysłowe wykorzystanie. Patent ten w roku 1923 wykupiła firma Osram a w roku 1927 firma Krupp wprowadziła po raz pierwszy na rynek materiały z węglika spiekanego zwane wówczas wie diamant czyli widia. Należy tutaj zauważyć, że pierwsze narzędzia wykonane z widii były bardzo drogie i na ich zakup mogły pozwolić sobie tylko najbardziej zamożne firmy.

Produkcja węglika spiekanego

Węglik spiekany to materiał kompozytowy otrzymywany metodami metalurgii proszków, składający się najczęściej z węglika wolframu oraz kobaltu, który pełni rolę spoiwa. Kobalt najczęściej wykorzystywany jest jako spoiwo, ponieważ pozytywnie wpływa na przebieg procesu spiekania. Czasami rolę spoiwa pełni również nikiel, jeżeli zależy nam na większej odporności materiału na korozję. Cały proces wytwarzania możemy podzielić na cztery etapy:

• przygotowanie proszku,
• formowanie,
• spiekanie,
• obróbka i wykańczanie.

Węglik wolframu, kobalt, czasami nikiel czy chrom oraz węglik tytanu lub tantalu są mielone, proszkowane i mieszane. Do tak przygotowanej mieszaniny proszków wprowadzane są także dodatki, które wpływają na rozrost ziaren oraz wspomagają prasowanie.

W wyniku procesu formowania otrzymujemy detal kształtem zbliżony do finalnego kształtu produktu.  Prasowanie odbywa się w temperaturze otoczenia z siłą sięgającą kilku ton na centymetr kwadratowy.  Wyróżnia się kilka sposobów formowania węglików:

• prasowanie izostatyczne na zimno,
• prasowanie nieosiowe,
• proces wyciskania zwany ekstruzją,
• metodą wtrysku (MIM – Metal Injection Moulding).

W wyniku procesu spiekania powastaje jednorodny i ciężki węglik o wysokiej twardości. Spiekanie odbywa się w temperaturze sięgającej 1300-1500 stopni Celsjusza i czasami również pod wysokim ciśnieniem. W tak wysokiej temperaturze sproszkowany materiał przechodzi do fazy ciekłej. Dzięki temu cała przestrzeń matrycy jest dokładnie  wypełniona i węglik spiekany uzyskuje jednolitą strukturę bez porów. Podczas tego procesu objętość detali zmniejsza się nawet o 50%.

Ostatnim etapem produkcji elementów z węglików spiekanych jest ich wykańczanie czyli szlifowanie, polerowanie, drążenie czy pokrywanie powłokami CVD i PVD. Dzięki nakładaniu na narzędzia wykonane z  węglika spiekanego powłok z węglika tytanu, azotku tytanu czy tlenku aluminium zwiększa się wynik skrawania oraz żywotność tych narzędzi.

Właściwości węglików spiekanych

Węgliki spiekane są materiałami, które charakteryzują się dużą twardością i odpornością na ścieranie a ich właściwości mechaniczne poprzez odpowiedni dobór składu i mikrostruktury mogą zawierać się w bardzo szerokim zakresie. Węgliki są jedynym materiałem charakteryzującym się stałą odpornością na nacisk, ciepło i naprężenia.

Właściwości węglików w głównej mierze zależą od ilości kobaltu oraz wielkości ziarna WC. Ogólna zasada jest taka, że wraz ze wzrostem zawartości kobaltu oraz wielkością ziarna wzrasta ciągliwość węglików spiekanych. Jeżeli natomiast będziemy zmniejszać zawartość kobaltu i wielkość ziaren WC wtedy będzie rosła twardość węglika wolframu. W przypadku gdy będzie nam zależało na wysokiej odporności na zginanie wtedy powinniśmy zwiększać zawartość kobaltu i zmniejszać wielkość ziaren WC.

Węgliki spiekane oprócz swojej wysokiej odporności na zużycie, twardości i wytrzymałości na ściskanie pozwalają na łatwe łączenie ich z innymi materiałami stalowymi. Możemy tego dokonać poprzez lutowanie, klejenie, kurczenie, zaciskanie, odlewanie, prasowanie czy też łączenie śrubami.

Jakie inne właściwości wykazuje węglik wolframu? Ponieważ jego głównym składnikiem jest wolfram, który nie jest magnetyczny wydawałoby się, że węglik również jest materiałem niemagnetycznym. Tymczasem każdy, kto próbował dotknąć magnesem materiał z węglika wie doskonale, że magnes go przyciągał. Dlaczego tak się dzieje? Odpowiada za to spoiwo w postaci kobaltu lub niklu czyli materiałów, które są magnetyczne. Węglik wolframu oprócz tego że jest materiałem magnetycznym to również jest bardzo dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego. Za przewodnictwo elektryczne odpowiada w tym przypadku wolfram, główny składnik widii.

Węgliki spiekane mogą również ulegać korozji ze względu na utlenianie powierzchniowe kobaltu. Jednak korozja ta nie ma wpływu na właściwości narzędzia tak jak ma to miejsce w przypadku stali.

Zastosowanie węglika wolframu

Ze względu na swoje unikalne właściwości węgliki spiekane znalazły zastosowanie w bardzo wielu branżach. Materiały z węglika wolframu możemy znaleźć między innymi:

• w przemyśle lotniczym gdzie wykorzystuje się je jako narzędzia do kalibrowania, matryce redukcyjne i kształtowe oraz stemple do wyciskania,
• w przemyśle elektrycznym, elektronicznym, metalowym i budowlanym gdzie występują w formie narzędzi ciągarskich i trzpieni,
• w produkcji gwoździ, nitów i śrub wykorzystywane są produkty węglikowe w postaci wkładek, opraw do wkładek oraz profili zaciskających,
• w przemyśle narzędziowym występują jako pręty prostokątne i okrągłe do produkcji stempli oraz tulejki do produkcji matryc,
• w przemyśle meblarskim i farmaceutycznym wykorzystuje się półfabrykaty do produkcji narzędzi do prasowania oraz do produkcji stempli i matryc,
• w przemyśle medycznym oraz do produkcji turbin samolotowych i gazowych w postaci prętów do elektroerozji oraz wielokanałowych rurek,
• w przemyśle stalowym i walcowniczym w postaci pierścieni węglikowych i rolek prowadzących,
• w przemyśle samochodowym w postaci pierścieni, sworzni i tuleji,
• w przemyśle papierniczym i drukarskim wykorzystuje się noże do gilotyn i trymerów, noże obrotowe, okrągłe i poprzeczne,
• w przemyśle jubilerskim jako obudowy do zegarków oraz elementy biżuterii.

Cena skupu złomu węglika spiekanego

Oprócz wielu powyżej przytoczonych zalet materiałów wykonanych z węglika wolframu, mają one jeszcze jedną bardzo ważną cechę. Mianowicie  jest to materiał, który możemy poddać recyklingowi i wykorzystać powtórnie do produkcji narzędzi, stempli, matryc, dysz czy ciągadeł węglikowych. Ma to niebagatelne znaczenie dla ochrony środowiska naturalnego. Dlatego na rynku recyklingu materiałów z węglików pojawiło się wiele firm, w których odbywa się  skup złomu węglika spiekanego.

Ponieważ dominującym materiałem z jakiego wykonany jest węglik to wolfram więc cena węglika spiekanego jest mocno skorelowana z notowaniami cen wolframu na giełdach światowych. Ceny węglika spiekanego w ostatnich latach mocno się wahają i na przestrzeni trzech ostatnich lat ich cena dochodziła prawie do 100 zł/kg by później spaść do ok 30 zł/kg. W tej chwili (luty 2020 r.) cena węglika wolframu oscyluje w granicach 60 zł/kg. Firmy złomowe zajmujące się recyklingiem węglika spiekanego skupują go albo w niesorcie (zmieszane różne postacie i gatunki węglika) albo w postaci segregowanej.

 Najczęściej segregacja polega na podzieleniu złomu węglików spiekanych na kilka różnych grup:

• złom węglika w postaci wierteł i frezów - za tego rodzaju złom możemy otrzymać najwyższą cenę w skupach złomu węglika wolframu,
• złom węglika w postaci płytek wieloostrzowych, frezerskich, płytek do noży tokarskich - na ogół tego rodzaju złom węglika jest nieco tańszy o jakieś dwa lub trzy zł,
• złom węglika w postaci kawałkowej (pierścienie, dysze, wkładki do matryc, kształtki) - cena takiego złomu jest o złotówkę lub dwie niższa od złomu płytki węglikowej,
• i ostatni, najtańszy rodzaj złomu węglika spiekanego tzw. „wylut” - są to wylutowane węgliki z noży tokarskich, kombajnów górniczych, walcy drogowych itp.

FEMONI Patrycjusz Rygol