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Tabla de contenido

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

TipoDescripción
Polvo WC de grano macroPara aplicaciones de mecanizado pesado que requieren una buena resistencia al desgaste. Tamaño de partícula > 1 micra
Polvo de micrograno WCAmpliamente utilizado para la tenacidad en herramientas de minería y brocas. Tamaño de partícula 1-0,5 micras
Polvo de WC de grano ultrafinoAplicaciones de alta dureza como herramientas de corte, insertos para troqueles. Tamaño de partícula < 0,5 micras
Polvo WC nanométricoAplicaciones 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:

AditivoFunciónImporte típico
CobaltoEncuadernadora metálica3 - 25 wt%
Carburo de titanioInhibidor del crecimiento de los granos0 - 8%
Carburo de tántaloResistencia al choque térmico0 - 8%
Carburo de niobioResistencia al desgaste0 - 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:

PropiedadValor del carburo de tungsteno
Densidad14,95 g/cm3
Punto de fusión2870°C
Dureza88 - 93 HRA
Resistencia a la compresión5,52 GPa
Resistencia a la fractura10 - 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.

polvo de carburo de tungsteno
Carburo de wolframio en polvo 3

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:

CaracterísticaEspecificación típicaSignificado
Contenido en carbonoTípicamente 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 partículas0,2 a 15 micrasLos tamaños submicrónicos mejoran las propiedades
Superficie específica0,4 a 5 m2/gLos valores más altos favorecen la sinterización
MorfologíaAngular, redondeadoLos 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

IndustriaEjemplos de aplicaciones del WC
MineríaBrocas, brocas de arrastre, brocas de diamante impregnado
MecanizadoHerramientas de corte, plaquitas, fresas
ConstrucciónTaladros de albañilería, puntas de sierra, herramientas de perforación de tierras
FabricaciónMatrices de extrusión, herramientas de conformado, cuchillas granuladoras
AutomotorPuntas de boquillas de inyección de combustible, abrasivos para pastillas de freno
ElectrónicaTaladros 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:

EspecificaciónAlcance típicoSignificado
Tamaño de las partículas0,2 a 15 micrasSubmicras para obtener las mejores propiedades. Adaptación a la aplicación
Contenido en carbono6,09 - 6,13 wt%Esencial para las propiedades mecánicas
Impurezas totales< 0,4 wt%Su gran pureza evita defectos
Superficie específica0,4 a 5 m2/gLos valores más altos favorecen la sinterización
Nivel de óxido (O2)< 0,5 wt%Los óxidos reducen la dureza y la resistencia a la fractura
Cobalto3 - 25 wt%Fase aglutinante. Varía para optimizar la resistencia, dureza y/o tenacidad.
Inhibidores del crecimiento de los granosCarburo 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:

GradoDescripciónUsos comunes
Micrograno WCPolvo de 0,5-1 micrasResistencia para herramientas de minería y construcción
WC de grado ultra finoPolvo de micras a submicrasDureza para plaquitas de corte, troqueles
Resistencia a la flexión en rotaciónClasificación por resistencia a la rotura transversalAplicaciones de minería y construcción
Grado de resistencia al desgasteRelacionado con la resistencia a la abrasiónPiezas de desgaste, matrices, plaquitas de corte
Revestimiento depositado por vapor químico (CVD)Revestimiento uniforme de WC puro de 1-50 micras de espesorPiezas 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 513Carburos cementados - Determinación de la resistencia a la rotura transversal
ISO 3326Carburos cementados - Determinación del contenido de oxígeno por fusión - Método de detección por infrarrojos
ISO 4499Carburos cementados - Determinación del contenido de carbono - Método de detección por infrarrojos tras combustión en horno de inducción
ASTM B388Especificación normalizada para palanquillas controladas termomecánicamente de varilla compuesta de wolframio y cobre
ASTM B776Especificación 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:

CompañíaUbicación de la sede
SandvikEstocolmo, Suecia
KennametalLatrobe, PA, EE.UU.
Guangdong Xianglu TungstenoCiudad de Ganzhou, China
Japón Nuevo Metal (JNMET)Nagoya, Japón
Empresa WolframSchwäbisch 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:

TipoPrecios
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:

MaterialDureza (Vickers)Resistencia al desgasteResistencia a la fractura
Carburo de tungsteno2500-3500 HVExcelenteModerado 10-15 MPa√m
Nitruro de titanio2000-2200 HVMuy buenaBaja a ~6 MPa√m
Cerámica de alúmina1800-2200 HVBienBajo a moderado
Acero para herramientas650-850 HVModeradoSuperior al WC
Acero inoxidable150-300 HVBajoExcelente

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.

polvo de carburo de tungsteno
Carburo de wolframio en polvo 4

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

PreguntaRespuesta
¿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.

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