RODZAJE WĘGLIKÓW

1. Informacje pod kątem naukowym:
Węglik to związek chemiczny zawierający wyłącznie metal lub półmetal i węgiel. Istnieją dwa zasadnicze rodzaje węglików:

a) Acetylenki – zawierające anion C22- ([C=C]2-), który ma zbliżoną budowę do acetylenu (H-C?C-H), z którego usunięto oba atomy wodoru. W anionie tym występuje potrójne wiązanie kowalencyjne między atomami węgla.

b) Metylenki – zawierające anion C4-, który strukturalnie ma zbliżoną budowę do metanu, z którego usunięto wszystkie cztery atomy wodoru.

Większość acetylenków i metylenków jest wysoce reaktywna w kontakcie z wodą i innymi źródłami jonów H+, przy czym metylenki są zwykle bardziej reaktywne. Anion metylenkowy C4-, jest jedną z najsilniejszych znanych zasad. W obu przypadkach węgliki w kontakcie ze źródłem jonów wodorkowych rozkładają się z wydzieleniem odpowiednio acetylenu i metanu:

C22- + 2 H+ -> C2H2
C4- + 4 H+ -> CH4

Przykładem tego rodzaju węglików są: karbid (węglik wapnia, acetylenek) i węglik glinu (metylenek).

Oprócz tego wiele węglików stanowi mieszaninę i formy pośrednie obu zasadnicznych rodzajów węglików, których nie można zapisać w formie prostego wzoru strukturalnego. W węglikach tych występuje skomplikowana, trudna do zbadania trójwymiarowa sieć wiązań metal-węgiel. Proporcje molowe węgla do metalu w tego rodzaju związkach wynoszą od 1 do 2 i są zmienne. Węgliki te są zwykle bardzo stabilne, nietopliwe, twarde i posiadają cechy materiału ceramicznego. Przykładami tego rodzaju węglików są np: węglik żelaza, węglik wolframu, węglik boru, węglik magnezu, węglik krzemu (karborund). Węgliki żelaza występują m.in. jako jedna z faz w stali węglowej i jest wówczas nazywany cementytem.

2. Najbardziej interesuje nas węglik wolframu:

WC lub W2C, jest związkiem chemicznym zawierającym wolfram i węgiel, podobny do węglika tytanu. Ma najwyższą temperaturę wrzenia spośród znanych związków. Z powodu jego dużej twardości, używa się go w narzędziach tnących, pociskach, wygładzarkach i łożyskach, jako tańszą i bardziej odporną na działanie temperatury alternatywę diamentu. Węglik wolframu jest również używany jako materiał odporny na rysowanie w jubilerstwie.

3. Jak to wygląda np. przy produkcji płytek skrawających HM?

Skład, proces powstawania węglików:
a) węgliki spiekane są wytwarzane metodą metalurgii proszków.
b) w skład węglików wchodzą:
- węglik wolframu WC, (składnik podstawowy),
- węglik tytanu TiC,
- węglik tantalu TaC,
- węglik niobu NbC,
- kobalt (materiał wiążący).

Przebieg wytwarzania płytek HM:
a) w młynie kulowym następuje mieszanie sproszkowanych węglików z odpowiednią ilością sproszkowanego kobaltu,
b) prasowanie przy ciśnieniu 1000 -1500 at,
c) wstępne spiekanie przy temp. ok. 750 °C
d) nadanie płytkom ostatecznego kształtu za pomocą: frezowania, piłowania, szlifowania (należy pamiętać, że w czasie końcowego spiekania następuje ok. 18 % skurcz liniowy i prawie 50% skurcz objętościowy w stosunku do kształtu pierwotnego,
e) ostateczne spiekanie w temp. ok. 1500°C (powyżej temperatury topnienia kobaltu).

Własności węglików – zależą od ich składu chemicznego, tj. od zawartości węglików wolframu, tytanu, tantalu, niobu i materiału wiążącego kobaltu, a także od wielkości ziarna proszków i od metod wytwarzania.

Węgliki charakteryzują się:
- dużą twardością ( zależnie od składu chemicznego ok. 82-92 HRA (90HRC),
- dużą odpornością na ścieranie,
- zachowują własności skrawne do temperatury ok. 1000 °C,
- są wrażliwe na zmiany temperatur podczas skrawania, (np. skrawanie przerywane),
- są wrażliwe na obciążenia udarowe, udarność węglików jest 2-3 razy mniejsza niż stali hartowanej,
- wytrzymałość na zginanie jest mniejsza niż na ściskanie.

Rodzaje węglików, oznaczenia.
a) PN-81/H-89500 przewiduje podział gatunków węglików na trzy podstawowe grupy,
1. do obróbki skrawaniem (gatunki S, U, H),
2. do obróbki plastycznej (G),
3. do wierceń górniczych (B, G),

b) znak gatunku węglika składa się z liter i cyfr,
Litery na początku znaku wskazują na ich przeznaczenie – litera S (według ISO- P -kolor niebieski) – gatunki stosowane do obróbki materiałów dających długi wiór (głównie stali, staliwa, żeliwa ciągliwego),
- litery SM – stosowane do frezowania stali,
- litera U (według ISO – M- kolor żółty) – stosowane do obróbki materiałów dających zarówno długi, jak i krótki wiór,(stal nierdzewna, stopy żaroodporne),
- litera H (według ISO- K- kolor czerwony) – stosowane do obróbki materiałów dających krótki wiór (głównie żeliwa oraz stopów aluminium), Cyfry występujące w oznaczeniu gatunku są znakami umownymi. Ze wzrostem cyfry wzrasta ciągliwość gatunku węglika i maleje odporność na ścieranie,

Litery na końcu znaku gatunku oznaczają:
- litera S – gatunki zawierające węgliki tantalu i niobu,
- litera X – gatunki przeznaczone przede wszystkim do frezowania żeliwa.