Carboneto de Tungstênio

A principal utilização de tungsténio (sob a forma de carboneto de tungsténio), é na fabricação de Carboneto de Tungsténio. Após a descoberta de Scheele de "Tungsten", em 1781, levou um adicional de 150 anos antes de os esforços dos seus sucessores levou à aplicação de carboneto de tungstênio na indústria.

Carboneto de tungstênio, ou metais duros como eles são freqüentemente chamados, são materiais feitos por "cimentar" monocarbide tungstênio muito duro (WC) grãos em uma matriz aglutinante de difícil cobalto metálico por sinterização fase líquida.

A combinação de cobalto WC e metálico como aglutinante é um sistema bem ajustado , não só no que diz respeito às suas propriedades , mas também para o seu comportamento de sinterização.

A alta solubilidade de WC em cobalto em altas temperaturas e uma boa molhagem da CC pelo resultado cobalto ligante líquido em uma excelente densificação durante a sinterização da fase líquida e de uma estrutura , livre de poros . Como um resultado disso, é obtido um material que combina uma elevada resistência , tenacidade e dureza elevada .

O início da produção de carboneto de tungstênio pode ser rastreada até o início dos anos 1920 , quando a empresa lâmpada elétrica alemã Osram , procurou alternativas para o desenho de diamante caro morre usado na produção de fio de tungstênio .

Estas tentativas levou à invenção de carboneto cementado , que logo foi produzido e comercializado por várias empresas para várias aplicações em que a sua elevada resistência ao desgaste era particularmente importante . Os primeiros tungstênio graus carboneto - cobalto logo foram aplicados com sucesso no torneamento e fresamento de ferro fundido e , no início da década de 1930, o pioneiro cimentado empresas carboneto lançou as primeiras séries de aço de moagem que , além de carboneto de tungstênio e cobalto, também continham carbonetos de titânio e tântalo .

Por meio da adição de carboneto de titânio e carboneto de tântalo , a resistência ao desgaste de alta temperatura , a dureza a quente e a estabilidade à oxidação de hardmetals foram consideravelmente melhoradas , e os hardmetals WC- TiC - ( Ta , Nb ) C - Co são excelentes ferramentas de corte para a usinagem de aço . Comparado com o aço de alta velocidade, a velocidade de corte aumentou de 25 até 50 m / min a 250 m / min para torneamento e fresamento de aço , que revolucionou a produtividade em muitas indústrias.

Pouco tempo depois, a revolução em ferramentas de mineração começou. As primeiras ferramentas de mineração com pontas de metal duro aumentou o tempo de vida de brocas de rocha por um fator de pelo menos dez em relação a uma ferramenta de perfuração à base de aço.

Em todas estas aplicações, tem havido um crescimento contínuo no consumo de metal duro a partir de um total mundial anual de 10 toneladas em 1930; para 100 toneladas em 1935; 1.000 toneladas no início da década de 1940; através de 10 mil toneladas no início de 1960 e até cerca de 30.000 toneladas no presente.

O desenvolvimento de ferramentas de corte de metal tem sido muito rápido ao longo das últimas quatro décadas , tendo sido fortemente estimulada por muito melhores técnicas de design e manufatura , por exemplo, a introdução de pastilhas em 1950 e a invenção de graus revestidos por volta de 1970 .

O primeiro revestimento foi com uma camada fina ( aproximadamente 5 mm de espessura ) de carboneto de titânio feita por um processo de deposição química de vapor ( CVD ) . Melhorou a vida útil de ferramentas de um factor de 2 a 5 .

Esta técnica tem sido desde melhorada por revestimentos de múltiplas camadas, em que as camadas de alumínio , nitreto de titânio, nitreto de alumínio e outros materiais foram adicionados que tenham melhorado ainda mais o tempo de vida entre 5 a 10 vezes .

No entanto , o revestimento e o aperfeiçoamento da concepção são apenas um lado da moeda . A melhoria contínua de produtos intermediários e técnicas de produção levaram a um melhor desempenho de hardmetals e abriu novas áreas de aplicações. A introdução de extração por solvente em química tungstênio, novas técnicas de redução de hidrogênio e carburação melhorou a pureza e uniformidade de tungsténio e de carboneto de tungstênio em pó .

Em paralelo , as novas técnicas de moagem em pó, spray drying e sinterização resultou em melhores propriedades de metal duro e performance. Notavelmente, a melhoria contínua da tecnologia de sinterização a vácuo e , a partir do final dos anos 1980 , sinterização pressão isostática a quente ( SinterHIP ) levou a novos padrões em qualidade de metal duro .

A história da metalurgia do pó de tungstênio , e, especialmente, o da indústria metal duro , é caracterizada por uma gama cada vez maior de tamanhos de grãos disponíveis para processamento na indústria ; enquanto que , ao mesmo tempo , a distribuição do tamanho de grão para cada grau de WC em pó tornou-se cada vez mais estreita .

A razão mais importante para esta ampliação do espectro de graus de CC disponíveis é que , além dessas variações alcançados pelo conteúdo de cobalto e alguns aditivos de carboneto , as propriedades de hardmetals WC - Co , tais como a dureza , resistência , resistência, módulo de elasticidade , resistência à abrasão e a condutividade térmica pode ser amplamente variada por meio do tamanho de grão WC . Embora o espectro de tamanhos disponíveis grãos WC variou de 2,0 a 5,0 mM nos primeiros dias da indústria de metal duro , em meados da década de 1920 , as granulometrias dos pós WC agora utilizados em hardmetals variam de 0,15 ^ m a 50 um , ou mesmo 150 mm para alguns muito Aplicações Especiais .

Com base na ampla gama de tamanhos de grãos já está disponível , não só é muito duro e resistente à abrasão , mas também muito difícil, hardmetals pode ser produzido para aplicações difundidas em ferramentas de alta tecnologia, peças de desgaste e ferramentas de mineração , bem como para muitos setores da engenharia indústria.

Houve um rápido desenvolvimento em ferramentas de mineração e corte de pedra , com melhor desempenho , o que levou ao aumento da substituição de ferramentas de aço por ferramentas de metal duro , em particular na indústria do petróleo . Nomeadamente , a utilização de hardmetals muito grossos é crescente nesta área de aplicação .

Uma grande parte do volume de tungstênio em metal duro é usado hoje em aplicações de peças de desgaste, onde há uma vasta gama de produtos , desde o pequeno (como bolas para canetas esferográficas ) para grandes e pesados ​​produtos, tais como socos , morre ou rolos quentes para laminadores da indústria siderúrgica .

A maioria destes peças de desgaste e as ferramentas de mineração são feitas de retas hardmetals WC- Co , sem qualquer adição de outros carbonetos .

Hardmetals WC de grão fino e ultrafinas têm se tornado cada vez mais importante hoje no campo das peças de desgaste , ferramentas para chipless formação e ferramentas de corte para ferro fundido, ligas não ferrosas e madeira.

Faixa de aplicação de grau em linha reta Carboneto de tungstênio

Os primeiros hardmetals submicrométricas foram lançados no mercado no final de 1970 e, desde essa época, as microestruturas de tais hardmetals tornaram-se mais fina e mais fina. O principal interesse em hardmetals com as granulometrias mais finas deriva do entendimento de que a dureza e desgaste aumento da resistência com a diminuição do tamanho de grão WC.

A aplicação especial para estes hardmetals WC finas ou ultrafinas, envolvendo grandes quantidades de metal duro, é em brocas para a perfuração dos furos muito finos em placas de circuito impresso para as indústrias de informática e eletrônicos. Para este efeito, as novas composições metal duro, com base em carboneto extremamente finos, foram introduzidas.

Basic data for different WC-Co and WC-(W,Ti,Ta,Nb)C-Co hardmetal grades
Grade (wt%)	Hardness HV30	Compressive strength (N × mm -2)	Transverse rupture strength (N × mm -2)	Young’s modulus (kN × mm -2)	Fracture toughness (MPa × m -1/2)	Mean thermal expansion coefficient (10 -6 × K -1)
WC-4Co	2000	7100	2000	665	8.5	5.0
WC-6Co/S*	1800	6000	3000	630	10.8	6.2
WC-6Co/M**	1580	5400	2000	630	9.6	5.5
WC-6Co/C***	1400	5000	2500	620	12.8	5.5
WC-25Co/M	780	3100	2900	470	14.5	7.5
WC-6Co-9.5 (Ti,Ta,Nb)C	1700	5950	1750	580	9.0	6.0
WC-9Co-31 (Ti,Ta,Nb)C	1560	4500	1700	520	8.1	7.2

S * = submícron; M ** = fino / médio; C = *** grosseiro