Сходства и отличия колец из вольфрама, титана, тистена и стали

Кольца из карбида вольфрама, титана, тистена и стали завоевали внушительную аудиторию поклонников. Вероятно, вы уже носите одно из них сами. Или находитесь в процессе выбора, сделать который мешают многочисленные вопросы. Правда ли, что вольфрамовое кольцо не царапается? Можно ли уменьшить размер титанового кольца? Чем сталь превосходит золото? Какое кольцо прочнее, а какое дороже? Даем исчерпывающие ответы и раскрываем главные преимущества колец из технологичных материалов.

Описанные особенности относятся к кольцам без декоративных покрытий, цветных напылений и вставок.

Твердость и устойчивость к царапинам

Выяснить, какое кольцо легче поцарапать, поможет ранжирование твердости вольфрама, титана, стали и тистена по десятибальной шкале твердости Мооса. Чем выше числовой коэффициент, тем более твердым является металл, и тем он лучше защищен от деформаций и образования царапин.

Коэффициент твердости:

• Карбид вольфрама — 8,5-9
• Тистен — 7
• Титан — 6
• Сталь — 4-4,5

Кольца из тистена и титана сложно поцарапать при стандартных условиях ношения, даже если редко их снимать. А если поверхностные царапины со временем все-таки появились, ликвидировать дефекты легко полировкой в ювелирной мастерской. И даже после многократных полировочных процедур титановое или тистеновое кольцо будет таким же, как в день покупки.

Хотите исключить появление царапин на 100% — выбирайте карбид вольфрама. Вольфрамовое кольцо настолько твердое, что может поцарапать стекло, керамическую плитку, серебро, золото. И останется невредимым. Вольфрамовые кольца способны выдержать даже трение об асфальт, бетон или напильник из высококачественной инструментальной стали — проверка этого утверждения опытным путем убедила нас в его правдивости.

Но будем до конца откровенны: повредить поверхность карбида вольфрама на самом деле можно. Если делать это намеренно с помощью алмаза — самого твердого минерала в мире, эталона шкалы Мооса. В остальных ситуациях волноваться не о чем. Кольца из карбида вольфрама — чрезвычайно практичные. Носите их день за днем — ни единой царапинки, вмятины не дождетесь. Фантастическая способность сохранять новый вид годами проложила вольфрамовым кольцам прямую дорогу в нишу обручальных украшений и полюбилась молодоженам.

Стальные кольца противостоят появлению микродефектов в разы слабее вольфрамовых, уступают тистеновым и титановым. Но стоит добавить в рейтинг твердости два популярнейших драгоценных металла, и сталь окажется в середине списка, — коэффициент твердости золота и серебра составляет 2,5-3. То есть царапинами подобные изделия покрываются в два раза легче, чем стальные кольца.

Титановольфрамокобальтовые твердые сплавы (сплавы TK)

Легирование BK твердых сплавов карбидом титана или, еще лучше, TiC-WC твердым раствором значительно улучшает их стойкость против окисления, твердость и жаропрочность, так что такими твердыми сплавами можно обрабатывать материалы, образующие непрерывную (сливную) стружку, в частности стали. Благоприятно влияет также пониженная теплопроводность и более низкая склонность к привариванию стружки при обработке резанием стали и других материалов, образующих непрерывную стружку.
Физические и механические свойства твердых сплавов с различным содержанием карбида титана приведены в табл. 110 и характеризуются пространственными диаграммами Бальхаузена, изображенными на рис. 169 и 170. Все, что было сказано выше по поводу сплавов BK о влиянии на их свойства физико-химических и технологических факторов, в равной мере относится и к твердым сплавам TK.

Удельный вес
. Вследствие значительно меньшей по сравнению с карбидом вольфрама плотности карбида титана (15,7 и 4,9 г/см3 соответственно) удельный вес TK твердых сплавов ниже, чем BK твердых сплавов. С увеличением содержания карбида титана удельный вес все время снижается (рис. 171). Так как карбид титана (в меньшей степени твердый раствор TiC-WC) содержит примесь окиси или нитрида титана, которые в зависимости от их количества создают типичную макро- или микропористость, относительная плотность твердого сплава этого рода является критерием не только полноты спекания, но также и чистоты сплава.

TK твердые сплавы не столь чувствительны к пережогу, уменьшающему плотность, как это наблюдалось у BK твердых сплавов, о чем можно судить по усадке.

Сравнительно низкий удельный вес сплавов с высоким содержанием карбида титана имеет значение при применении подобных материалов для конструкций, подверженных центробежным усилиям.

Твердость.

С увеличением присадки карбида титана твердость вольфрамокобальтовых твердых сплавов повышается. Увеличение содержания кобальта вновь снижает твердость. Соответствующие данные показаны на рис. 170 и 172. При построении пространственной диаграммы (рис. 170), конечно, не учитывались различные факторы, которые могут играть роль при изготовлении (исходные материалы, их чистота, высокая дисперсность, образование твердых растворов, условия спекания, размеры зерен и др.).

Макротвердость TK твердых сплавов находится в зависимости от микротвердости WC-TiC твердого раствора. Амманн и Хиннюбер определили зависимость микротвердости от содержания карбида титана при наличии 6% Co.

Сплавы на основе WC-TiC-Co характеризуются значительным повышением горячей твердости по мере уменьшения содержания карбида вольфрама. Превосходство этих сплавов по сравнению с быстрорежущей сталью еще более резко выражено, чем у BK твердых сплавов (см. рис. 173).

Прочность при изгибе.

Прочность при изгибе WC-TiC-Co твердых сплавов непрерывно снижается с увеличением содержания карбида титана (рис. 172). Такое увеличение хрупкости до некоторой степени может быть устранено повышением содержания кобальта. При чрезмерном спекании наблюдается, правда не так сильно, как у BK твердых сплавов, но все же явно выраженное падение прочности при изгибе. Выпадение графита, остаточные поры, примеси окислов и нитридов вызывают уменьшение прочности.

Прочность при сжатии.

Прочность при сжатии WC-TiC-Co-твердых сплавов снижается с увеличением содержания карбида титана (рис. 172). Аналогично BK твердым сплавам также и TK твердые сплавы характеризуются исключительно высоким сопротивлением сжатию при повышенных температурах (см. табл. 103).

Ударная вязкость

. Были установлены следующие значения работы удара на образцах квадратного сечения (около 16 мм) без надреза из твердого сплава WC-TiC-Co:

Сплав 79% WC, 15% TiC и 6% Co……. 0,056 кем

Сплав 77% WC1 15% TiC и 8% Co……. 0,074 кем.

Жаропрочность и длительная прочность.

Жаропрочность твердых сплавов, содержащих карбид титана, имеет большое значение не только при использовании этих материалов для резания или иной механической обработки (для токарных резцов при горячем точении, матрицы для горячего прессования, мундштуки для прессования и др.), но и особенно при изготовлении жаропрочных деталей.

Длительная прочность при 900° была определена равной 10 кг/мм2 У твердого сплава 88% WC, 5% TiC, 7% Co и 15 кг/мм2 у сплава 78% WC, 16% TiC, 6% Co.

Коэффициент термического расширения.

С повышением содержания карбида титана несколько увеличивается коэффициент термического расширения. Однако он всегда значительно ниже коэффициента расширения быстрорежущей стали. Величина коэффициента термического расширения имеет большое значение при напаивании твердосплавных пластинок.

Удельная теплоемкость.

Удельная теплоемкость твердых сплавов WC-TiC-Co несколько повышается с увеличением содержания карбида титана (табл. 111).

Электрическая проводимость.
Электрическая проводимость WC-Co твердых сплавов ухудшается при увеличении содержания карбида титана (см. табл. 112).

Прочность при переменном изгибе.

Прочность при переменном изгибе твердого сплава 78% WC, 16% TiC и 6% Co составляет + 38 кг/мм2 при цикле 2*10в6 по сравнению с +40 кг/мм2 у стали (ob = 70 кг/мм2).

Модуль упругости.

Модуль упругости твердых сплавов WC-TiC-Co несколько ниже, чем вольфрамокобальтовых твердых сплавов. Модуль упругости уменьшается с повышением содержания карбида титана (см. рис. 172).

Теплопроводность.

Теплопроводность твердых сплавов WC-TiC-Co значительно ниже теплопроводности BK сплавов, так как карбид титана хуже проводит тепло, чем карбид вольфрама. С повышением содержания карбида титана теплопроводность непрерывно ухудшается. При применении TK твердых сплавов с содержанием 25—45% карбида титана (обычно применяемых для чистовых работ) необходимо избегать перегрева при заточке и обеспечить хороший отвод тепла, так как иначе могут возникнуть трещины.

По сравнению с быстрорежущей сталью с теплопроводностью около 0,06 кал/см*град*сек различные твердые сплавы на основе WC-TiC-Co характеризуются значениями теплопроводности, приведенным в табл. 112.

Магнитные свойства.
В табл. 113 приведены значения магнитного насыщения и коэрцитивной силы для TK твердых сплавов. Карбид титана неферромагнитен и, следовательно, снижает магнитное насыщение. Это может быть использовано для качественного контроля и сортировки.

Структура.
Ранее подробно рассмотрены составляющие структуры твердых сплавов WC-TiC-Co. Это в основном более или менее сильно рекристаллизованный карбид вольфрама, содержащий в данном случае некоторое количество растворенного карбида титана (фаза а1 и а2), твердый раствор карбидов титана и вольфрама (в-фаза), включения карбида титана в твердом растворе (в’-фаза) и связующий металл (у-фаза). Чем больше доля твердого раствора в структуре данного состава, тем выше стойкость при резании твердого сплава.

Следует отметить многочисленные работы по изучению структуры TK твердых сплавов.

Стойкость против коррозии и образования окалины. В работах приведены данные о стойкости сплавов WC-TiC-Co против воздействия морской воды, кислот и щелочей. Как можно видеть по данным табл. 105 и 106, сплав 79% WC, 15% TiC и 6% Co характеризуется по сравнению со сплавом ВК6 лучшей антикоррозионной стойкостью как при комнатной температуре, так и при температуре кипения. По сравнению с BK твердыми сплавами сплавы WC-TiC-Co значительно более стойки против окалины. Окисная пленка, затрудняя приваривание твердого сплава к сбегающей стружке, является причиной удовлетворительного поведения подобных сплавов при обработке материалов, образующих непрерывную стружку.

Стойкость при резании.

Далее подробно сообщается о стойкости при резании твердых сплавов WC-TiC-Co, в особенности об их более удовлетворительных свойствах при обработке материалов, образующих непрерывную стружку, по сравнению с чисто вольфрамокобальтовыми сплавами. Само собой понятно, что на стойкость при резании благоприятно влияет высокая твердость, оптимальная плотность, хорошая прочность при изгибе, высокая доля твердого раствора в общей массе и все другие факторы, улучшающие эти свойства твердых сплавов.

Износоустойчивость.

Характеристика износа сплавов WC-TiC-Co, в частности при резании материалов, образующих непрерывную стружку, и возникающих при этом явлений выкрошивания вследствие приваривания к сбегающей стружке.

При известных обстоятельствах TK твердые сплавы применяют вместо вязких BK твердых сплавов, если кроме сильного износа наблюдается еще дополнительно явление коррозии.

Области применения.

В табл. 114 представлены области применения WC-TiC-Co твердых сплавов по литературным данным.

Какое кольцо труднее поцарапать

Можно ли изменить размер

Размер вольфрамового, титанового или тистенового кольца невозможно уменьшить или увеличить. Оборудование традиционных ювелирных мастерских не предназначено для обработки столь твердых металлов.

Аналогичное свойство припишем и стали 316L. Не верите — попробуйте найти мастера, который возьмется за изменение размера стального кольца. А если найдете специалиста с соответствующим оборудованием, стоимость услуги вряд ли обрадует. Ценник будет сравним с изменением размеров кольца из золота и с большой вероятностью превысит первоначальную стоимость вашего кольца.

Выгодная альтернатива при покупке колец в интернете — выбор магазина, предоставляющего услугу бесплатного обмена. Возможность обменять кольцо неподошедшего размера по почте или при посещениие шоурума в нашем магазине доступна в течение 30 дней после получения заказа. Чтобы сократить вероятность ошибочного выбора, рекомендуем перед онлайн-покупкой ознакомиться с методами определения размера кольца в домашних условиях.

Российская промышленность

Одним из передовых предприятий, занятых в сфере производства и научных разработок, выступает Кировоградский завод твердых сплавов. КЗТС обладает обширным собственным опытом по внедрению инновационных технологий в производство. Это позволяет ему занимать первые позиции на промышленном рынке России. Предприятие специализируется на выпуске спеченных твердосплавных инструментов и изделий, металлических порошков. Выпуск налажен с января 1942 года. В конце 90-х годов на предприятии была проведена модернизация. В течение последних нескольких лет Кировоградский завод твердых сплавов направляет свою деятельность на выпуск усовершенствованных многогранных сменных пластин с износостойкими многослойными покрытиями. Предприятие занимается также разработкой новых безвольфрамовых составов.

Отличия по весу

В нашей четверке обладатели самого малого веса — титановые кольца. Вариант для тех, кто предпочитает максимально легкие украшения или не привык носить кольцо и впервые решился на его покупку. Стальные кольца в 1-1,5 раза тяжелее титановых, но легче моделей из тистена.

Вольфрамовые кольца по весу сравнимы с изделиями из золота и платины, включенных в десятку самых тяжелых металлов в мире. В среднем в 4 раза тяжелее титановых моделей.

Литые соединения

Твердосплавный инструмент, полученный указанным способом, отличается высокой сопротивляемостью к истиранию материалом заготовки и сходящей стружки. Они не теряют своих характеристик при температуре нагрева от 750 до 1100 градусов. Установлено, что изделиями, произведенными путем плавки или литья с добавлением килограмма вольфрама, можно обработать в пять раз больше материала, чем предметами из быстрорежущей стали при таком же содержании W. Одним из недостатков таких соединений выступает их хрупкость. При уменьшении в составе доли кобальта она повышается. Скорость, которой обладают твердосплавные резцы, в 3-4 раза превышает показатели для стали.

Выгодная цена

Доступная цена — немаловажное достоинство всех четырех сплавов. Говоря «доступная», подразумеваем сравнение с высокой ценовой планкой драгоценных металлов. Обладатели самого бюджетного ценника — стальные кольца. Модели из карбида вольфрама обойдутся дороже, что оправдано трудностями его обработки, повышающими уровень производственных расходов. Стоит отметить, что поклонникам вольфрамовых колец, проживающих в странах СНГ, заметно повезло. В магазинах США цены на аналогичные модели на порядок выше.

Титановые и тистеновые кольца среди нашей четверки — в средней ценовой категории. Дешевле вольфрамовых, но незначительно.

Изменение цвета со временем

Если кольцо начало темнеть или проявлять признаки ржавчины, — это украшение посредственного качества. Кольца из вольфрама, титана, тистена и нержавеющей стали (без цветного покрытия) не меняют первоначальный оттенок, не боятся воздействия ультрафиолета, воды (даже морской), устойчивы к коррозии, не окисляются при взаимодействии с кожей (в отличие от некоторых украшений из серебра).

Изменение цвета вольфрамового кольца, как и моделей из тистена или титана — признак повышенного содержания примесей в металлическом сплаве. Равно как и потемнение стального кольца — факт того, что его состав не соответствует зарекомендовавшей себя марке стали 316L.

На каком кольце можно сделать гравировку

Выгравировать надпись можно на кольце из любого металла — стали, титана, тистена и даже карбида вольфрама. В большинстве случаев за нанесение надписей на самые твердые, плохо поддающиеся механической обработке материалы берутся салоны, в которых предлагают услуги лазерной гравировки на нержавеющей стали.

Порошкообразные материалы

Они представлены двумя группами: содержащие и не содержащие вольфрам. В первом случае твердый сплав представлен в виде смеси технического порошкообразного W и ферровольфрама с науглероживающими компонентами. Изготавливался он еще в СССР. Называется этот твердый сплав «вокар». Процесс изготовления материала следующий:

1. Высокопроцентный ферровольфрам и технический порошкообразный W смешиваются с молотым коксом, сажей и прочими аналогичными компонентами.
2. Полученная масса замешивается на сахарной патоке или смоле в густую пасту.
3. Из смеси прессуются брикеты, которые слегка обжигаются. Это необходимо для удаления летучих соединений.
4. Брикеты после обжига размалываются и просеиваются.

Готовый материал, таким образом, имеет вид хрупких черных крупинок. Их величина — 1-3 мм. Отличительной особенностью таких материалов выступает их большой насыпной вес.

Гипоаллергенные свойства

Причиной аллергии может стать практически любое металлическое украшение. Все зависит от состава сплава и индивидуальной физиологии. Основы сплавов (вольфрам, титан, золото и др.) в большинстве своем — гипоаллергенные. Виновниками негативных реакций становятся примеси и добавки. Они присутствуют в большом числе ювелирных сплавов из платины, серебра, золота, равно как и в составе карбида вольфрама, тистена, стали 316L и даже титана (за исключением титана марки ASTM-F136, из которого создаются украшения для первичного пирсинга, медицинские импланты).

Если вы уже сталкивались с аллергией на никель, хром, кобальт или другие металлы-добавки, исключать возможность повторного ее появление нельзя. Подходить к выбору украшений придется максимально тщательно и, возможно, некоторые виды современной бижутерии для вас окажутся под запретом. В остальных случаях кольца из альтернативных металлов великолепно зарекомендовали себя. Жалобы клиентов на негативные реакции, связанные с моделями из стали 316L, вольфрама, титана и тистена, в нашем магазине являются редкостью.

Спеченные материалы

Они включают в себя металлоподобное соединение, связанное сплавом или металлом. В качестве основы, как правило, используется карбид (сложный в том числе) титана или вольфрама, а также тантала, карбонид титана. Реже при изготовлении применяют бориды. Матрицей для удержания зерен материала выступает связка — сплав или металл. Как правило, ею является кобальт. Это нейтральный по отношению к углероду элемент. Кобальт не образует собственные карбиды и не разрушает другие. Реже в связке используется никель и его соединение с молибденом.

О других особенностях

Повышенная твердость карбида вольфрама и тистена наделяет кольца завидными преимуществами, но делает их хрупкими. Не в том смысле, что они, как хрусталь, разбиваются на сотни мелких осколков. Но при сильном ударе тяжелым предметом или падении с высоты (на асфальт, керамическую плитку, бетон) кольцо может треснуть или лопнуть, расколоться на две части. В длинной цепи достоинств это, пожалуй, их единственное слабое звено.

Стальные и титановые кольца такой особенности лишены. В случае падения останутся целыми, худший исход — несколько царапин.

Применение

В современной промышленности твердые сплавы получили широкое распространение. При этом материалы постоянно совершенствуются. Развитие этого производственного сектора осуществляется в двух направлениях. В первую очередь улучшаются составы сплавов, совершенствуется технология их изготовления. Кроме этого, внедряются инновационные способы нанесения соединений на изделия. Твердосплавный инструмент способствует существенному повышению производительности труда. Это обеспечивается высокой сопротивляемостью износа и теплостойкостью изделий. Подобные характеристики позволяют осуществлять работу на скоростях, в 3-5 раз превышающих показатели для стали. Такими достоинствами, например, обладают современные борфрезы. Твердосплавные материалы, изготавливаемые с применением передовых технологий (электрохимических и электрофизических способов), в том числе с использованием алмазных заготовок, являются сегодня одними из самых востребованных в промышленности.

О кольцах из вольфрама, титана, тистена и стали с покрытиями

Цветные покрытия не настолько прочные, как сам карбид вольфрама, титан, тистен или сталь. Поэтому с синими, черными, золотистыми и другими цветными кольцами рекомендуется обращаться осторожнее, оберегая от воздействий бытовой химии и других агрессивных веществ, соседства с твердыми предметами. Как увеличить срок службы разноцветных моделей — читайте в статье об особенностях колец с IP и PVD покрытием.