El carburo de wolframio (WC) es un material extremadamente duro, resistente al calor y al desgaste, que se fabrica mezclando polvo de wolframio y polvo de carbono en un proceso denominado carburación. El carburo de wolframio es uno de los carburos más importantes y el más utilizado en aplicaciones industriales y comerciales.
Visión general de Carburo de wolframio en polvo
El polvo de carburo de wolframio, también conocido como carburo cementado, es un material compuesto fabricado mediante la mezcla de polvo de wolframio y polvo de carbono, seguida de la sinterización de la mezcla de polvo compactado en una atmósfera protectora a temperaturas de 1400-1500°C.
El material de carburo de wolframio resultante se caracteriza por sus excepcionales propiedades de dureza, resistencia al desgaste, resistencia y tenacidad, lo que convierte al WC en un material ideal para herramientas de corte, minería y perforación, donde con frecuencia supera al acero y donde se producen grandes tensiones junto con el desgaste.
Los polvos de carburo de wolframio se producen en diferentes grados de tamaño de partícula, forma, área superficial y química para su uso en diversas aplicaciones de pulvimetalurgia, proyección térmica, soldadura y metal duro/carburo cementado en toda la industria.
Tipos de polvo de carburo de tungsteno
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Polvo WC de grano macro | Para aplicaciones de mecanizado pesado que requieren una buena resistencia al desgaste. Tamaño de partícula > 1 micra |
| Polvo de micrograno WC | Ampliamente utilizado para la tenacidad en herramientas de minería y brocas. Tamaño de partícula 1-0,5 micras |
| Polvo de WC de grano ultrafino | Aplicaciones de alta dureza como herramientas de corte, insertos para troqueles. Tamaño de partícula < 0,5 micras |
| Polvo WC nanométrico | Aplicaciones especializadas que exigen la máxima resistencia a la abrasión. Tamaño de partícula inferior a 100 nm |
Composición del polvo de carburo de wolframio
El carburo de wolframio está compuesto por átomos de wolframio (W) y carbono (C) en una proporción de uno a uno. Tiene la fórmula química WC y un peso molecular de 195,86 g/mol.
La composición y la estructura de los carburos cementados pueden variar para optimizar las propiedades de las distintas aplicaciones. Con frecuencia se añaden pequeñas cantidades de otros carburos o metales. A continuación se enumeran algunos aditivos comunes:
| Aditivo | Función | Importe típico |
|---|---|---|
| Cobalto | Encuadernadora metálica | 3 - 25 wt% |
| Carburo de titanio | Inhibidor del crecimiento de los granos | 0 - 8% |
| Carburo de tántalo | Resistencia al choque térmico | 0 - 8% |
| Carburo de niobio | Resistencia al desgaste | 0 - 8% |
Propiedades del carburo de tungsteno
El carburo de wolframio posee propiedades sustancialmente superiores a las del acero rápido y lo hacen ideal para aplicaciones que requieren una gran resistencia al desgaste.
A continuación se describen algunas propiedades clave:
| Propiedad | Valor del carburo de tungsteno |
|---|---|
| Densidad | 14,95 g/cm3 |
| Punto de fusión | 2870°C |
| Dureza | 88 - 93 HRA |
| Resistencia a la compresión | 5,52 GPa |
| Resistencia a la fractura | 10 - 15 MPa√m |
Su excepcional dureza, resistencia al desgaste, resistencia y propiedades térmicas le permiten superar las prestaciones del acero en aplicaciones mecánicas, mineras, de mecanizado y perforación exigentes.
Características de Carburo de wolframio en polvo
Las características y métricas de calidad utilizadas para evaluar los polvos de carburo de wolframio se muestran en la siguiente tabla:
| Característica | Especificación típica | Significado |
|---|---|---|
| Contenido en carbono | Típicamente 6.09 - 6.13 wt% | El carbono proporciona la dureza |
| Contenido en oxígeno | < 0,5 wt% | El oxígeno puede reducir la dureza |
| Impurezas totales | < 0,4 wt% | Las impurezas reducen la densidad y la dureza |
| Tamaño de las partículas | 0,2 a 15 micras | Los tamaños submicrónicos mejoran las propiedades |
| Superficie específica | 0,4 a 5 m2/g | Los valores más altos favorecen la sinterización |
| Morfología | Angular, redondeado | Los polvos redondeados/esféricos son más fluidos |
El control de las características del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas, los niveles de pureza, el área superficial, la morfología y la microestructura, es esencial para conseguir compactos densos y una calidad constante del producto tras la sinterización.
Aplicaciones del carburo de wolframio
Sus propiedades únicas de extrema dureza, resistencia al desgaste, alta resistencia y resistencia al choque térmico hacen que el carburo de tungsteno sea muy utilizado en aplicaciones como:
Aplicaciones del carburo de tungsteno
| Industria | Ejemplos de aplicaciones del WC |
|---|---|
| Minería | Brocas, brocas de arrastre, brocas de diamante impregnado |
| Mecanizado | Herramientas de corte, plaquitas, fresas |
| Construcción | Taladros de albañilería, puntas de sierra, herramientas de perforación de tierras |
| Fabricación | Matrices de extrusión, herramientas de conformado, cuchillas granuladoras |
| Automotor | Puntas de boquillas de inyección de combustible, abrasivos para pastillas de freno |
| Electrónica | Taladros para placas de circuito, matrices de trefilado |
El carburo de wolframio mantiene su dureza a temperaturas elevadas mucho mejor que otros materiales resistentes a la abrasión. Esto le permite cubrir una gama excepcionalmente amplia de aplicaciones en toda la industria.
Especificaciones del polvo de carburo de tungsteno
El polvo de carburo de wolframio se produce en una gama de distribuciones de tamaño de partículas, niveles de pureza, especificaciones de área superficial, niveles de óxido y grados de morfología para satisfacer las necesidades de las aplicaciones:
| Especificación | Alcance típico | Significado |
|---|---|---|
| Tamaño de las partículas | 0,2 a 15 micras | Submicras para obtener las mejores propiedades. Adaptación a la aplicación |
| Contenido en carbono | 6,09 - 6,13 wt% | Esencial para las propiedades mecánicas |
| Impurezas totales | < 0,4 wt% | Su gran pureza evita defectos |
| Superficie específica | 0,4 a 5 m2/g | Los valores más altos favorecen la sinterización |
| Nivel de óxido (O2) | < 0,5 wt% | Los óxidos reducen la dureza y la resistencia a la fractura |
| Cobalto | 3 - 25 wt% | Fase aglutinante. Varía para optimizar la resistencia, dureza y/o tenacidad. |
| Inhibidores del crecimiento de los granos | Carburo de titanio, carburo de tantalio, etc. | Ayudan a controlar la microestructura |
Para el análisis y las pruebas de los polvos de carburo cementado se utilizan métodos de prueba estándar internacionales como ISO 4499. Los métodos habituales son el análisis húmedo, la DRX y el análisis granulométrico mediante técnicas de difracción láser.
Calidades del polvo de carburo de wolframio
El carburo de wolframio se clasifica en grados en función de sus propiedades, método de fabricación, nivel de calidad, uso final u otras especificaciones:
| Grado | Descripción | Usos comunes |
|---|---|---|
| Micrograno WC | Polvo de 0,5-1 micras | Resistencia para herramientas de minería y construcción |
| WC de grado ultra fino | Polvo de micras a submicras | Dureza para plaquitas de corte, troqueles |
| Resistencia a la flexión en rotación | Clasificación por resistencia a la rotura transversal | Aplicaciones de minería y construcción |
| Grado de resistencia al desgaste | Relacionado con la resistencia a la abrasión | Piezas de desgaste, matrices, plaquitas de corte |
| Revestimiento depositado por vapor químico (CVD) | Revestimiento uniforme de WC puro de 1-50 micras de espesor | Piezas de desgaste de alto rendimiento |
Las normas internacionales ayudan a definir las calidades del carburo de wolframio en cuanto a composición, propiedades, fabricación y pruebas, incluidas las normas ISO 513 y ASTM B776.
Normas mundiales para el carburo de wolframio en polvo
A continuación se muestran las normas mundiales ampliamente aceptadas para la composición, las pruebas, el análisis y la clasificación de los polvos de carburo de wolframio:
Normas mundiales del carburo de tungsteno
| Estándar # | Título estándar |
|---|---|
| ISO 513 | Carburos cementados - Determinación de la resistencia a la rotura transversal |
| ISO 3326 | Carburos cementados - Determinación del contenido de oxígeno por fusión - Método de detección por infrarrojos |
| ISO 4499 | Carburos cementados - Determinación del contenido de carbono - Método de detección por infrarrojos tras combustión en horno de inducción |
| ASTM B388 | Especificación normalizada para palanquillas controladas termomecánicamente de varilla compuesta de wolframio y cobre |
| ASTM B776 | Especificación estándar para polvo de hafnio y polvo de aleación de hafnio |
Estas normas mundiales sobre composición de materiales, procedimientos de ensayo, muestreo, análisis y especificaciones facilitan el control de calidad y la comprensión técnica entre fabricantes, distribuidores y usuarios finales internacionales.
Proveedores de polvo de carburo de wolframio
El polvo de carburo de wolframio es fabricado comercialmente por varios proveedores líderes a nivel mundial. Algunos de los principales productores de polvo de WC son:
| Compañía | Ubicación de la sede |
|---|---|
| Sandvik | Estocolmo, Suecia |
| Kennametal | Latrobe, PA, EE.UU. |
| Guangdong Xianglu Tungsteno | Ciudad de Ganzhou, China |
| Japón Nuevo Metal (JNMET) | Nagoya, Japón |
| Empresa Wolfram | Schwäbisch Gmünd, Alemania |
Los consumidores pueden adquirir los polvos de carburo de wolframio directamente a los productores o a través de varios distribuidores especializados y revendedores de todo el mundo. Al seleccionar un grado de WC, hay que tener en cuenta factores como los requisitos de la aplicación, el precio, los plazos de entrega, las certificaciones y la relación previa con el proveedor.
Precios del carburo de wolframio en polvo
El precio del carburo de wolframio depende de varios parámetros, como el tamaño de las partículas, el contenido de carbono, la morfología, la superficie y la cantidad de compra. A continuación se muestran algunos costes típicos del polvo de carburo de tungsteno:
| Tipo | Precios |
|---|---|
| Micrograno WC en polvo | $27 - $45 por libra |
| Polvo de WC a nanoescala | $160 - $240 por libra |
| Grado de resistencia a la flexión rotativa | ~$33 por libra |
| WC depositado por vapor químico | $80+ por libra |
Los precios también dependen del canal de distribución: comprar directamente a un fabricante ofrece precios más bajos que comprar a un revendedor o distribuidor. En la mayoría de los casos, los grandes volúmenes de compra también permiten negociar descuentos con el proveedor.
Comparación del carburo de tungsteno con otros materiales duros
El carburo de wolframio tiene una dureza y unas prestaciones frente al desgaste excepcionalmente altas en comparación con otros materiales de importancia industrial:
| Material | Dureza (Vickers) | Resistencia al desgaste | Resistencia a la fractura |
|---|---|---|---|
| Carburo de tungsteno | 2500-3500 HV | Excelente | Moderado 10-15 MPa√m |
| Nitruro de titanio | 2000-2200 HV | Muy buena | Baja a ~6 MPa√m |
| Cerámica de alúmina | 1800-2200 HV | Bien | Bajo a moderado |
| Acero para herramientas | 650-850 HV | Moderado | Superior al WC |
| Acero inoxidable | 150-300 HV | Bajo | Excelente |
Entre todos los materiales de uso común, el carburo cementado posee la mejor combinación de dureza, resistencia al desgaste y tenacidad a la fractura, lo que le permite cubrir la más amplia gama de aplicaciones industriales exigentes.
Ventajas del uso de polvo de carburo de tungsteno
La utilización de carburo de tungsteno proporciona importantes ventajas, entre las que se incluyen:
- Dureza extremadamente alta - permite un excelente rendimiento frente al desgaste en minería, mecanizado, etc.
- Resistencia y tenacidad a la fractura superiores a las de la cerámica
- Mantiene la dureza a altas temperaturas - permanece rígido a 800°C
- Resiste la corrosión en entornos ácidos y alcalinos
- La alta conductividad térmica ayuda a disipar el calor de los filos de corte
- Gama de calidades de material disponibles para optimizar las propiedades
Las propiedades de rendimiento únicas de los polvos de carburo de wolframio lo convierten en un material fundamental para la ingeniería de producción.
Limitaciones de Carburo de wolframio en polvo
A pesar de las ventajas, el uso del carburo de wolframio también tiene ciertas restricciones:
- Fallo por fragilidad - Fisuración repentina bajo cargas elevadas debido a la baja tolerancia a la deformación
- Alto coste de los materiales - El wolframio es relativamente escaso y la fabricación de WC requiere un procesamiento exhaustivo.
- Baja resistencia al choque térmico - Riesgo de agrietamiento cuando se somete a altas temperaturas repentinas
- Resistencia química limitada - Se disuelve en soluciones muy alcalinas de hidróxido de sodio caliente
- Reciclado difícil - La valorización de la chatarra de tunsgten tiene bajos rendimientos
Al conocer las limitaciones relacionadas con la fragilidad, el coste o la estabilidad medioambiental, los usuarios finales pueden seleccionar con conocimiento de causa el grado de carburo de tungsteno adecuado para los requisitos específicos de su aplicación.
Preguntas frecuentes
Preguntas frecuentes sobre el polvo de carburo de wolframio
| Pregunta | Respuesta |
|---|---|
| ¿De qué está hecho el polvo de carburo de wolframio? | El polvo de carburo de wolframio se fabrica mezclando polvo de wolframio puro y polvo de carbono en un molino de bolas. El polvo se muele junto con un aglutinante de cera orgánica y se prensa en un compacto antes de sinterizarlo a 1500 °C en hidrógeno para formar WC. |
| ¿Por qué es tan duro el carburo de wolframio? | La extrema dureza es el resultado de un enlace interatómico único en el que los átomos de carbono encajan en los intersticios entre los átomos de tungsteno, formando una estructura cristalina increíblemente dura y estable. |
| ¿Cuál es la diferencia entre el wolframio y el carburo de wolframio? | El wolframio es un metal puro con una densidad de 19 g/cm3, mientras que el carburo de wolframio es un compuesto formado por átomos de wolframio y carbono. El tungsteno es relativamente blando, mientras que el WC es uno de los materiales más duros que se conocen. |
| ¿Qué resistencia tiene el carburo de wolframio? | El carburo de wolframio tiene una dureza extremadamente alta de 2500-3500 Vickers, una resistencia a la compresión superior a 5 GPa y una resistencia a la flexión de ~2-3 GPa, muy superior a la de casi cualquier acero. |
| ¿Es quebradizo el carburo de wolframio? | Las calidades de carburo de wolframio tienen una tenacidad a la fractura y una tolerancia a la deformación relativamente bajas, lo que las hace susceptibles de agrietarse repentinamente bajo cargas elevadas más allá de los límites de resistencia del material. Para evitarlo, es esencial un diseño adecuado. |
| ¿Es caro el carburo de wolframio? | El carburo de wolframio cuesta bastante más que el acero para herramientas debido a la extensa transformación de los minerales de wolframio, pero su rendimiento justifica precios más altos para aplicaciones críticas de desgaste como las plaquitas de corte. |