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Carburo de Tungsteno

Descripción del producto

El carburo de wolframio o carburo de tungsteno es un compuesto formado por wolframio y carbono. Es un compuesto intersticial con composición química de W3C hasta W6C, perteneciente al grupo de los carburos. Se utiliza fundamentalmente, debido a su elevada dureza, en la fabricación de maquinarias y utensilios para trabajar el acero. De esta característica también recibe el nombre de «vidia» (en alemán widia, como abreviatura de wie diamant (‘como el diamante’)).

Debido a su elevada dureza y escasa ductilidad, se elaboran piezas de este material en forma de polvo, añadiendo entre un 6 y un 10 % de cobalto. Los granos del carburo de wolframio empleados en el proceso suelen tener diámetros de aproximadamente 0,5 a 1 micrómetros. El polvo se prensa, y las piezas obtenidas se calientan a una presión de 10 000 a 20 000 bares, aproximadamente a 1600 °C (algo por debajo del punto de fusióndel carburo). En estas condiciones, la masa se compacta por sinterización, actuando el cobalto como pegamento entre los granos del carburo.

El acabado final de las piezas solo se puede realizar con métodos abrasivos. También es posible mecanizarlo con máquinas de electroerosión de hilo o penetración.

El carburo de wolframio fue descubierto por el químico y Premio Nobel francés Henri Moissan. Moissan adaptó el horno eléctrico para experimentos científicos y descubrió varios carburos, entre ellos el de silicio o carborundum (llamado en su honor moissanita). En 1897, buscando conseguir diamantes artificiales, mezcló partículas metálicas de wolframio y de azúcar (por su contenido de carbono), calentando la mezcla a alta temperatura. El resultado fue una masa azul oscura de una gran dureza: el carburo de wolframio. Sin embargo su extrema fragilidad lo hacía inoperante, si bien no obstante registró su descubrimiento e identificó los componentes.

Durante la Primera Guerra Mundial se hicieron algunos experimentos en Alemania, sinterizando partículas de carburo de wolframio. Se prensaron en varias formas a alta presión y se trataron térmicamente. De nuevo el producto resultante fue demasiado frágil para procesarlo industrialmente.

Propiedades químicas

Hay dos compuestos bien caracterizados de wolframio y carbono, WC y semicarburo wolframio, W2C. Ambos compuestos pueden estar presentes en los revestimientos y las proporciones pueden depender del método de recubrimiento.

A altas temperaturas el WC se descompone en wolframio y carbono y esto puede ocurrir durante la pulverización térmica (proceso que tiene lugar a alta temperatura). Por ejemplo, en métodos de HVOF (combustible de oxígeno de alta velocidad) y HEP (plasma de alta energía).

La oxidación de WC empieza a 500-600 °C. ​ Es resistente a ácidos y solo es atacado por el ácido fluorhídrico / ácido nítrico (HF / HNO3 mezclas superiores a la temperatura ambiente). Reacciona con flúor gas en la sala de temperatura y cloro por encima de 400 °C (752 °F) y no es reactivo para secar H2 hasta su punto de fusión. WC se disuelve fácilmente en dilución de peróxido de hidrógeno.

Propiedades físicas

El carburo de wolframio tiene una densidad de 14,95 g/cm3. Un alto punto de fusión a 2870 °C, un punto de ebullición de 6000 °C a 1 atmósfera estándar (100 kPa). Su conductividad térmica es de 84.02 W m-1 K-1, y su coeficiente de expansión térmica de 5,8 µm•m-1•K-1. ​ Capacidad calórica: 200 - 480 J K-1 kg-1.

Es extremadamente duro, ocupando ~9 en la escala de Mohs, número Vickers de 1700 a 2400.​ Tiene un módulo de Young de aproximadamente 550 GPa, un módulo de compresibilidad de 439 GPa,​ y un módulo de cizalladura de 270 GPa. ​ Su resistencia a la tracción es de 344,8 MPa.​ y 5300 - 7000 MPa de resistencia a compresión.

La velocidad de una onda longitudinal (la velocidad del sonido) a través de una varilla delgada de carburo de tungsteno es 6220 m/s.

Con una baja resistividad eléctrica de (~2×10−7 ohm•m), su resistividad es comparable con el de algunos metales (por ejemplo, vanadio: 2 × 10 -7 Ohm•m).

El WC se moja fácilmente tanto por níquel o cobalto fundidos. ​Investigación del diagrama de fases del sistema de WC-Co muestra que WC y Co forman una seudo eutéctico binario. El diagrama de fases muestra también que hay llamados η-carburos con la composición (W, Co)6C que se puede formar y el hecho de que estas fases son frágiles es la razón por la cual el control del contenido de carbono en WC-Co metales duros es importante.

Aplicaciones

Las herramientas de corte de carburo de wolframio sinterizado son muy resistentes a la abrasión y también puede soportar temperaturas más altas que las herramientas de acero de alta velocidad. La superficies de corte de carburo se utilizan a menudo para el mecanizado de materiales tales como acero al carbono o acero inoxidable, así como en situaciones de uso intensivo, donde otras aleaciones durarían poco, tales como producción intensiva en serie. Debido a que las herramientas de carburo mantienen mejor que otras herramientas el borde de corte afilado, generalmente producen un acabado mejor de las partes, y su resistencia a la temperatura permite un mecanizado más rápido. El material generalmente se llama carburo cementado, cobalto metal duro o carburo de wolframio. Se trata de un compuesto de matriz metálica donde las partículas de carburo de wolframio están agregadas y el cobalto metálico es la matriz. Los fabricantes utilizan el carburo de wolframio como material principal en algunas brocas de alta velocidad, ya que puede resistir altas temperaturas y es extremadamente duro. También se emplea en capas finísimas para recubrir filos de corte aumentando su resistencia al desgaste entre un 15 a un 30%.

Son estas herramienta comúnmente llamadas "de vidia", y se utilizan tanto en tornería como en matricería, en forma de herramientas de corte que resultan ser más eficientes que las de aceros al carbono o aceros rápidos (HSS), ya que mantienen su filo por más tiempo y pueden ser utilizadas a mayor velocidad (debido a su extremada dureza). La vidia se utiliza para la fabricación de las brocas o mechas utilizadas en mamposte

El carburo de wolframio, por lo general en forma de un carburo cementado (partículas de carburo unidas por un metal), se ha convertido en un material popular en la industria de la joyería nupcial, debido a su extrema dureza y alta resistencia al rayado. Si bien aunque es muy resistente su punto débil es cierta fragilidad. El carburo de tungsteno es aproximadamente 10 veces más duro que el oro de 18 quilates. Además de su diseño y alto brillo, que forma parte de su atractivo para los consumidores es su carácter técnico.