Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Почему карбид вольфрама — идеальный материал для инструмента?

Карбид — медь

Карбиды меди, серебра, ртути способны взрываться от удара и нагревания.

Из карбидов меди известны карбид Си2С, получаемый при взаимодействии меди с углеродом при высокой температуре, и перкарбиды, или ацетилениды, Си2С2 и СиС2, получаемые при пропускании ацетилена в растворы солей меди; ацетилениды меди представляют собой эндотермические соединения и разлагаются со взрывом.

Кроме того, совершенно точно установлено существование карбида меди Си2С2 как продукта замещения водорода медью в формуле ацетилена. Это соединение получается в виде темнокрасного аморфного вещества при пропускании ацетилена через аммиачный раствор хлористой меди или взвешенную в воде закись меди. Образовать это соединение прямым взаимодействием угля и меди невозможно, так как оно не только не выдерживает никакого нагревания, но даже при обыкновенной температуре в высушенном виде самопроизвольно разлагается со взрывом.

Ацетилен ведет себя как слабая двуосновная кислота, ее медная соль — карбид меди, Cii2C2 образует красные коллоидные растворы.

В косвенном титриметрическом методе , имеющем ограниченное применение, ацетилен переводят в карбид меди ( см. гл. Затем добавляют сульфат железа ( III) и образующийся сульфат железа ( II) титр уют стандартным раствором пер-манганата.

Иногда для анализа твердых и газообразных топлив применяют метод, основанный на колориметрическом определении карбида меди.

Так, в масляных выключателях при взаимодействии продуктов разложения масла с медными контактами на их поверхности образуется рыхлый карбид меди, в результате чего контакты быстро выходят из строя. Кроме химического разрушения контактов продукты разложения масла в совокупности с парами контактного материала, находясь во взвешенном состоянии в межконтактном промежутке, а также оседая на элементах дугогасительного устройства, могут привести к затяжному горению дуги и снижению электрической прочности.

В некоторых случаях в выключателях возникают так называемые вторичные взрывы, причиной которых являются газы, образующиеся в выключателе в процессе отключения. Если эти газы ( водород и ацетилен) достигнут взрывоопасной концентрации, то достаточно небольшой искры, чтобы их смесь взорвалась. В других случаях причиной таких вторичных взрывов бывает чрезвычайно взрывоопасная и исключительно неустойчивая углеродистая медь ( Си2С3 — карбид меди), образующаяся из ацетилена выхлопных газов и меди конструктивных элементов выключателя. Воспламенение карбида меди может произойти от незначительных сотрясений выключателя ( например, при холостом отключении выключателя или при его транспортировке из ячейки) или просто при изменении температуры выключателя. Возникающая при этом искра может воспламенить газы, скопившиеся под крышкой бака в опасной концентрации, и привести к их взрыву.

В некоторых случаях в выключателях возникают так называемые вторичные взрывы, причиной которых являются газы, образующиеся в выключателе в процессе отключения. Если эти газы ( водород и ацетилен) достигнут взрывоопасной концентрации, то достаточно небольшой искры, чтобы их смесь взорвалась. В других случаях причиной таких вторичных взрывов бывает чрезвычайно взрывоопасная и исключительно неустойчивая углеродистая медь ( Си2С3 — карбид меди), образующаяся из ацетилена выхлопных газов и меди конструктивных элементов выключателя. Воспламенение карбида меди может произойти от незначительных сотрясений выключателя ( например, при холостом отключении выключателя или при его транспортировке из ячейки) или просто при изменении температуры выключателя. Возникающая при этом искра может воспламенить газы, скопившиеся под крышкой бака в опасной концентрации, и привести к их взрыву.

Эффективность ДУ и ресурс масляных выключателей в значительной мере обусловливаются физико-химическими процессами, происходящими в зоне дугогашения. Образующиеся под действием дуговых разрядов продукты разложения масла ( в особенности углерод), ионизированный газ, пары материала контактов снижают отключающую способность ДУ. Свободные частицы углерода снижают электрическую прочность промежутка, ухудшают процесс включения на короткое замыкание из-за преждевременного пробоя межконтактного промежутка. При взаимодействии продуктов разложения масла и изоляционных элементов ДУ с материалом контактов поверхность последних приобретает рыхлую структуру, что приводит к их быстрому разрушению. Так, на медных контактах образуется рыхлый слой карбида меди. Теплопроводность и дугостойкость этого слоя значительно ниже, чем у меди. Это затрудняет теплоотвод из зоны оснований дуги на контактах и снижает их ресурс.

Производство карбида

Ковалентные и солеобразные соединения получают простым методом. В электрическую печь помещают смесь из дробленого кокса и оксида металла и нагревают. При высоких температурах оксид элемента вступает в реакцию с коксом. При таком способе часть кокса, которая состоит из углерода, соединяется с атомами элемента, входящими в оксид. В результате образуется требуемый карбид и угарный газ. Готовую расплавленную смесь разливают по специальным формам, а после застывания дробят и сортируют по размеру гранул. Несмотря на простоту данного способа, получение карбида с его помощью является довольно энергозатратным, поскольку требует поддержания высоких температур (1600-2500 градусов) на всем протяжении реакции.

Существуют и альтернативные способы получения некоторых видов веществ. Как правило, это разложение соединения в результате которого и получается требуемый элемент. Формула распада будет отличаться в зависимости от конкретного соединения.

Intermediate transition metal carbides

In these carbides, the transition metal ion is smaller than the critical 135 pm, and the structures are not interstitial but are more complex. Multiple stoichiometries are common. For example, iron forms a number of carbides: Fe3C, Fe7C3, and Fe2C. The best-known of these is cementite (Fe3C), which is present in steels.

These carbides are more reactive than the interstitial carbides. For example, the carbides of Cr, Mn, Fe, Co, and Ni are all hydrolyzed by dilute acids and sometimes by water, to give a mixture of hydrogen and hydrocarbons. These compounds share features with both the inert interstitials and the more reactive, salt-like carbides.

Blueprints Requiring CarbidesEdit

Click to view the Blueprints requiring Carbides.

Blueprints Type Quantity (Research)
Railjack Propulsion Systems Repair Component (20)
Railjack Port Nacelle Repair Component (60)
Lavan Mk II Shield Arrays, Engines and Reactors Ship Component 5,600
Vidar Mk II Shield Arrays, Engines and Reactors Ship Component 5,600
Zetki Mk II Shield Arrays, Engines and Reactors Ship Component 7,000
Base Carcinnox, Cryophon and Photor Ship Weapon 500
Lavan Mk II Apoc, Carcinnox, Cryophon, Photor and Pulsar Ship Weapon 5,600
Vidar Mk II Apoc, Carcinnox, Cryophon, Photor and Pulsar Ship Weapon 5,600
Zetki Mk II Apoc, Carcinnox, Cryophon, Photor and Pulsar Ship Weapon 7,000
Base Galvarc and Milati Ship Ordnance 500
Protea Chassis Warframe Component 2,750
Total 40,150 (+120)

Last updated:

Notes

  1. Some binary carbon compounds are not called carbides. They include: (a) graphite intercalation compounds; (b) alkali metal fullerides; (c) endohedral fullerenes, where the metal atom is encapsulated within a fullerene molecule; and (d) metallacarbohedrenes (met-cars), which are cluster compounds containing C2 units.
  2. Fjellvag H. and Pavel K. Crystal Structure of Magnesium Sesquicarbide. Chem. 1992, 31, 3260.
  3. de Novion, C.H., and J.P. Landesman. 1985. «Order and disorder in transition metal carbides and nitrides: experimental and theoretical aspects,» Pure & Appl. Chem. 57 (10): 1391.

Химические свойства карбида алюминия. Химические реакции карбида алюминия:

Химические свойства карбида алюминия аналогичны свойствам карбидов других металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция карбида алюминия и водорода:

Al4C3 + 6H2 → 4Al + 3CH4 (t = 2200 оС).

В результате реакции образуются алюминий и метан.

2. реакция карбида алюминия и кислорода:

Al4C3 + 6O2 → 2Al2O3 + 3CO2 (t = 650-700 оС).

В результате реакции образуются оксид алюминия и оксид углерода (IV).

3. реакция карбида алюминия и хлора:

Al4C3 + 12Cl2 → 4AlCl3 + 3CCl4 (t > 350 оС).

В результате реакции образуются хлорид алюминия и хлорид углерода (IV) (тетрахлорметан).

4. реакция карбида алюминия, гидроксида натрия и воды:

Al4C3 + 4NaOH + 12H2O → 4Na[Al(OH)4] + 3CH4.

В результате реакции образуются тетрагидроксоалюминат натрия и метан.

5. реакция карбида алюминия и азотной кислоты:

12HNO3 + Al4C3 → 4Al(NO3)3 + 3CH4.

В результате реакции образуются нитрат алюминия и метан.

Аналогичные реакции карбида алюминия происходят и с другими кислотами.

6. реакция разложения карбида алюминия (реакция карбида алюминия и воды):

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4.

В результате реакции разложения карбида алюминия (реакции карбида алюминия и воды) образуются гидроксид алюминия и метан. Данная реакция представляет собой лабораторный способ получения метана.

7. реакция термического разложения карбида алюминия:

Al4C3 → 4Al + 3C (t > 2200 оС).

В результате реакции термического разложения карбида алюминия образуются алюминий и углерод.

Нахождение в природе

Бо́льшая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия. Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 химических элементов). Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным (благородным) металлам. Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде и в живых организмах (играя при этом важную роль).

Известно, что организм человека на 3 % состоит из металлов. Больше всего в организме кальция (в костях) и натрия, выступающего в роли электролита в межклеточной жидкости и цитоплазме. Магний накапливается в мышцах и нервной системе, медь — в печени, железо — в крови.

Ionic carbides

Ionic carbides have discrete carbon anions of the forms C4−, sometimes called methanides since they can be viewed as being derived from methane, (CH4); C22−, called acetylides and derived from acetylene (C2H2); and C34−, derived from allene (C3H4). The best-characterized methanides are probably beryllium carbide (Be2C) and aluminum carbide (Al4C3). Beryllium oxide (BeO) and carbon react at 2,000 °C (3,600 °F) to produce the brick-red beryllium carbide, whereas pale yellow aluminum carbide is prepared from aluminum and carbon in a furnace. Aluminum carbide reacts as a typical methanide with water to produce methane.

Get exclusive access to content from our 1768 First Edition with your subscription.
Subscribe today

There are many acetylides that are well known and well characterized. In addition to those of the alkali metals and the alkaline-earth metals mentioned above, lanthanum (La) forms two different acetylides, and copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) form explosive acetylides. Zinc (Zn), cadmium (Cd), and mercury (Hg) also form acetylides, although they are not as well characterized. The most important of these compounds is calcium carbide, CaC2. The primary use for calcium carbide is as a source of acetylene for use in the chemical industry. Calcium carbide is synthesized industrially from calcium oxide (lime), CaO, and carbon in the form of coke at about 2,200 °C (4,000 °F). Pure calcium carbide has a high melting point (2,300 °C ) and is a colourless solid. The reaction of CaC2 with water yields C2H2 and a significant amount of heat, so the reaction is carried out under carefully controlled conditions.

Calcium carbide also reacts with nitrogen gas at elevated temperatures (1,000–1,200 °C ) to form calcium cyanamide, CaCN2.

This is an important industrial reaction because CaCN2 finds extensive use as a fertilizer owing to its reaction with water to produce cyanamide, H2NCN. Most MC2 acetylides have the CaC2 structure, which is derived from the cubic sodium chloride (NaCl) structure. The C2 units lie parallel along the cell axes, causing a distortion of the cell from cubic to tetragonal.

Ionic carbides

Salt-like, ionic carbides are formed by the following metals:

  • group one metals (the alkali metals);
  • group two metals (the alkaline earths);
  • group three metals (scandium, yttrium, and lanthanum);
  • group 11 metals (copper, silver, and gold);
  • group 12 metals (zinc, cadmium, and mercury);
  • only aluminum from group 13, (gallium, indium and thallium do not appear to form carbides);
  • lanthanides, when forming MC2 and M2C3 carbides (where M is the metal);
  • actinides, when forming MC2 and M2C3 carbides.

Most commonly, they are salts of C22− and are called acetylides, ethynides, acetylenediides, or (rarely) percarbides.
Some ionic carbides contain other anionic species, such as:

  • C4−, sometimes called methanides (or methides) because they hydrolyze to give methane gas;
  • C34− ion, sometimes called sesquicarbides, which hydrolyze to give methylacetylene.

The naming of ionic carbides is not consistent and can be quite confusing.

Acetylides

Acetylides contain the polyatomic ion C22−, in which there is a triple bond between the two carbon atoms (similar to acetylene). Examples are carbides of the alkali metals (such as Na2C2), some alkaline earths (such as CaC2) and lanthanoids (such as LaC2).

The C-C bond distance ranges from 109.2 picometers (pm) in CaC2 (similar to acetylene), to 130.3 pm in LaC2 and 134pm in UC2.

Methanides

Methanides contain the monatomic ion C4−. Examples of methanides are Be2C and Al4C3.

The C4− ion is a very strong base and will combine with four protons to form methane. The reaction may be written as follows:

C4− + 4H+ → CH4

Methanides commonly react with water to form methane, but reactions with other substances are also common.

Sesquicarbides

The polyatomic ion C34− is found in, for instance, Li4C3 and Mg2C3. The ion is linear and isoelectronic with CO2. The C-C distance in Mg2C3 is 133.2 pm. Hydrolysis of Mg2C3 yields methylacetylene (CH3CCH), which was the first indication that it may contain C34−.

Происхождение слова «металл»

Слово «металл» заимствовано из немецкого языка. Отмечается в «Травнике» Николая Любчанина, написанном в 1534 году: «…злато и серебро всех металей одолеваетъ». Окончательно усвоено в Петровскую эпоху. Первоначально имело общее значение «минерал, руда, металл»; разграничение этих понятий произошло в эпоху М. В. Ломоносова.

Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец. Разделяются на высокие и простые металлы; которое разнство в том состоит, что высоких одним огнём без помощи других материй в пепел сожечь не можно, а напротив того простые через едину онаго силу в пепел обращаются.…За полуметаллы почитаются мышьяк, сурьма, висмут, цинк и ртуть.
М. В. Ломоносов

Немецкое слово «metall» заимствовано из латинского языка, где «metallum» — «рудник, металл». Латинское, в свою очередь, заимствовано из греческого языка (μεταλλον — «рудник, копь»).

Preparation of carbides

Carbides are prepared from carbon and an element of similar or lower electronegativity, usually either a metal or a metal oxide, at temperatures of 1,000–2,800 °C (1,800–5,100 °F). Almost any carbide can be prepared by one of several general methods. The first method involves direct combination of the elements at high temperatures (2,000 °C or higher). The second method is the reaction of a compound of a metal, usually an oxide, with carbon at high temperature. Two additional methods involve reaction of a metal or metal salt with a hydrocarbon, usually acetylene, C2H2. In one of the methods, the heated metal reacts with a gaseous hydrocarbon; in the other, a metal is dissolved in liquid ammonia, NH3, and the hydrocarbon is bubbled through the solution. Carbides that are prepared with acetylene are called acetylides and contain the C22−anion. For example, the alkali metal acetylides are best prepared by dissolving the alkali metal in liquid ammonia and passing acetylene through the solution. These compounds, which have the general formula M2C2 (where M is the metal), are colourless, crystalline solids. They react violently with water and, when heated in air, are oxidized to the carbonate. The alkaline-earth carbides also are acetylides. They have the general formula MC2 and are prepared by heating the alkaline-earth metal with acetylene above 500 °C (900 °F).

Применение при сварочных работах

Хранение карбида осуществляется в специальных стальных баках объемом 100 или 130 литров. Открытие этих баков должно производиться только при отсутствии огня или искр в близости от них деревянным молотком и латунным зубилом. Неиспользованный карбид в банке закрывается водонепроницаемой крышкой.

Ацетилен для сварочных работ вырабатывается из карбида в генераторе стационарного или мобильного типа и разного объема. Средний объем ацетиленовых генераторов рассчитан на прием от 5 до 15 литров воды и, соответственно, 2-5 килограммов карбида. Выход ацетилена считается несколько ниже теоретического и принимается равным 260-280 литров с одного килограмма CaC2. Рекомендуется использовать карбид крупной фракции – 80 мм

Принцип использования ацетилена для сварочной работы таков:

  • Из одного килограмма карбида выделяется около 250 литров ацетилена, а на разложение килограмма карбида уходит 3-4 литра воды. Зная эти пропорции, вычисляют необходимый объем воды и количество вещества.
  • В промышленных генераторах, рассчитанных на долгий и равномерный процесс использования, карбид дозировано загружается в газообразующую камеру через специальный бункер в автоматическом режиме. В генераторах, которые используются для ненормированных объемов работ, карбид погружается в воду в специальной корзине. Объем вырабатываемого ацетилена регулируется погружением или подъемом корзины.
  • При подаче очередной порции карбида и начале реакции в камере возрастает давление, снижение которого производится активным выпуском ацетилена в горелку.
  • Ацетилен через отборник по шлангу подается в газовую горелку. Горелка должна находиться от генератора на расстоянии не менее 10 метров.
  • Гашеная известь, образующаяся в процессе реакции (около 1,2 кг на каждый килограмм карбида), удаляется из генератора через отдельный бункер.

В газовой сварке главным плюсом применения карбида является его низкий вес и небольшой вес применяемого оборудования. Газовые баллоны для ацетилена очень тяжелые, их необходимо перемещать на специальной тележке или в 2-3 пары рук. Средний же генератор весит 15-20 кг, что позволяет без особых усилий перемещать его в одиночку или с одним помощников. При перемещении сухого карбида достаточно соблюдать элементарные правила хранения – избегать попадания влаги на вещество и попадание мелкой карбидной пыли на кожу и в глаза.

Разновидности

Карбиды могут быть образованы разными органическими соединениями, а могут не иметь аналогов среди органических веществ. Есть, например, ацетилениды, метаниды и другие.

Карбиды подразделяются на следующие виды:

  • солеобразные (CaC2, Al4C3),
  • ковалентные (карборунд SiC),
  • металлоподобные (имеющие нестехиометрический состав, например, цементит (Fe3C)).

Солеобразные карбиды обычно разлагаются водой и кислотами с выделением углеводородов (некоторые очень бурно, например, карбиды натрия, калия, цезия). Ковалентные карбиды обычно химически инертны. Металлоподобные карбиды имеют промежуточную химическую активность.

Метаниды

Метаниды — ионные карбиды, являющиеся производными метана. В воде или разбавленных кислотах разлагаются с образованием метана. Примерами метанидов являются карбид алюминия (Al4C3), карбид бериллия (Be2C) и карбид магния (Mg2C). В чистом виде бесцветны и прозрачны.

Ацетилениды

Ацетилениды — ионные карбиды, являющиеся производными ацетилена (этина). Активно гидролизуются с образованием ацетилена, наибольшее практическое значение имеет карбид (ацетиленид) кальция CaC2.

Карбидный класс

Карбидный класс — сталь с высоким содержанием углерода и кар-бидообразующих элементов; в литом состоянии в ст-уктуре такой стали имеется карбидная эвтектика, в деформированном состоянии — первичные и вторичные карбиды. Типичным примером стали карбидного класса г. ожет служить быстрорежущая сталь.

Сталь карбидного класса применяется для изготовления инструмента. Вследствие высокого содержания углерода и очень большого количества карбидообразующих элементов в ее структуре присутствует много карбидов. В литом состоянии структура этой стали содержит карбидную эвтектику — ледебурит. Основная структура стали карбидного класса зависит от степени легированности аусте-нита, которая изменяется в зависимости от температуры нагрева. При низкой температуре нагрева, как только перейдена критическая точка, растворение карбидов замедляется, структура после охлаждения на воздухе получается сорбитообразной с большим количеством избыточных карбидов. Более высокий нагрев ведет к растворению карибдов и получению после охлаждения на воздухе мартенситной структуры.

Стали карбидного класса в своем большинстве относятся к инструментальным сталям.

К карбидному классу относятся стали Х12М, Р9, Р18 и др., содержащие большое количество углерода и карби-дообразующих элементов Cr, W, V и др. Для этого класса характерным является именно наличие карбидов, структура же основного фона может быть в зависимости от состава и температуры нагрева перлитной, мартенситной и аустенитной. Эти стали обладают высокой твердостью и износостойкостью. Применяются для изготовления режущего инструмента и штампов, работающих в тяжелых условиях.

Из стали карбидного класса изготовляют главным образом режущие инструменты.

Структура стали карбидного класса ( ледебурит) в зоне термического влияния.

Структура сталей карбидного класса в кованом и отожженном состоянии состоит кз сорбита или зернистого перлита, вторичных и ледебуритных карбидов ( см. фиг. Стали ледебуритного класса, подобно сталям перлитного класса, способны к фазовым превращениям и, следовательно, их можно подвергать закалке на мартенсит. Наличие в их структуре большого количества карбидов вносит некоторые особенности в обычную схему закалки. Эти особенности мы сейчас и рассмотрим.

Структура наплавленного металла при сварке стали перлитного класса.

К сталям карбидного класса относят стали мартенситного или аустенит-ного класса с карбидообразующими элементами ( хром, вольфрам и др.), благодаря чему в структуре металла наряду с мартенситом или аусте-нитом содержится значительное количество карбидов.

Микроструктура износостойкого высокохромистого чугуна ( х 250.| Морфология включений графита в чугунных отливках. а — не подвергнутой модифицированию. модифицированных УДП в количестве 0 05 % мае.. б — TiN SiC Ni, e — SiC Сг.

В сталях карбидного класса добавки УДП позволяют получать структуру, напоминающую булатную сталь. Прочность такой стали увеличивается на 15 20 %, а пластичность и ударная вязкость возрастают в 1 5 2 раза, что позволяет отливать кузнечно-прессовый инструмент с литой гравюрой, не уступающий по свойствам инструменту из кованого металла.

Наиболее типичными сталями карбидного класса являются быстрорежущие. Поэтому особенности термической обработки сталей карбидного класса мы и рассмотрим на примере быстрорежущих сталей, тем более, что они имеют и большой практический интерес.

Если легированную сталь карбидного класса подвергнуть ковке, то включения карбидов равномерно распределяются в основной металлической массе в виде глобулей. Сталь карбидного класса применяют главным образом для изготовления инструментов.

При ковке стали карбидного класса включения карбидов равномерно распределяются в основной металлической массе в виде глобу-лей.

Для поковок из стали карбидного класса, у которой требуется размельчение карбидов и их равномерное распределение по сечению, необходима большая уковка и чередование операций протяжки и осадки.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации