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Pó de tungstênio e cobaltoTambém conhecido como ligas de tungstênio-cobalto ou WC-Co, refere-se a um material composto feito pela combinação de pó de carboneto de tungstênio (WC) com pó metálico de cobalto. Esse produto de metalurgia do pó é um material de metal duro popular, apreciado por sua combinação exclusiva de dureza, tenacidade e propriedades de resistência térmica/desgaste.

Tipos de pó de tungstênio e cobalto

O pó de tungstênio-cobalto está disponível em diferentes composições, tamanhos, formas e graus para se adequar a várias aplicações e métodos de processamento.

TipoDescrição
ComposiçãoNormalmente, contém 84-97% WC por peso misturado com 3-16% cobalto. A proporção é ajustada para otimizar a dureza, a resistência, a durabilidade e outras propriedades.
Forma da partículaO pó redondo/esférico flui melhor para um preenchimento uniforme da matriz. Os pós angulares e triturados proporcionam melhor resistência à compactação.
Tamanho da partículaPó nanoestruturado submicrônico até partículas grossas de mais de 100 mícrons com base no tamanho e nos detalhes da peça final.
NotasVários graus de qualidade com base na pureza, distribuição do tamanho das partículas, forma, carbonetos residuais e outros parâmetros. Os graus mais altos são usados para aplicações mais exigentes.

Métodos de processamento de tungstênio-cobalto

O pó de WC-Co passa por várias técnicas de consolidação para criar componentes e peças acabados:

  • Metalurgia do pó de prensa e sinterização
  • Moldagem por injeção de metal
  • Manufatura aditiva, como jato de aglutinante, fusão de leito de pó com feixe de laser/elétrons
  • Revestimentos por spray térmico
  • Compactação a frio/morno e prensagem de rolos
  • Revestimento, brasagem, soldagem

A adequação depende de fatores como grau do material, tamanho da peça final, complexidade, requisitos de desempenho e volumes de produção.

pó de tungstênio e cobalto
Pó de tungstênio e cobalto 3

Composição de tungstênio-cobalto

O pó de tungstênio e cobalto contém dois componentes principais: carboneto de tungstênio e cobalto. Outros elementos podem estar presentes com base nas necessidades da aplicação.

ConstituinteFunçãoPeso %
Carbeto de tungstênio (WC)Oferece extrema dureza, força e resistência ao desgaste84-97% típico
Cobalto (Co)Aglutinante metálico dúctil que mantém os carbonetos unidos3-16% típico
Carbetos de tântalo, titânio e nióbioAdiciona resistência à corrosão para aplicações específicasOpcionalmente, até 5%
Carbeto de vanádioInibidor de crescimento de grãos durante o tratamento térmicoOpcionalmente, até 2%

Papel do cobalto

A fase aglutinante de cobalto desempenha funções essenciais nos metais duros de carbeto de tungstênio:

  • Mantém os grãos de WC unidos em uma matriz metálica resistente
  • Oferece tenacidade à fratura e resistência ao choque para partículas frágeis de WC
  • Permite a deformação e suporta o compartilhamento de carga
  • Permite o tratamento térmico para aumentar a resistência
  • Determina as propriedades magnéticas

Concentrações mais altas de cobalto geralmente melhoram a resistência e a facilidade de fabricação, ao mesmo tempo em que reduzem a dureza. A proporção WC-Co influencia diretamente as características físicas, mecânicas, elétricas e magnéticas.

Propriedades de tungstênio e cobalto

As principais propriedades dos metais duros de cobalto e carbeto de tungstênio incluem:

PropriedadeDesempenho
DurezaAté 1500 HV ou 90 HRA, entre os materiais industriais mais resistentes
Resistência ao desgasteAltamente resistente ao desgaste abrasivo e erosivo
RobustezResistência à propagação de trincas de até 30 MPa√m
Resistência a altas temperaturasPode operar a até 1000°C por tempo limitado
Resistência à corrosãoRazoavelmente inerte, mas graus específicos oferecem melhor desempenho
Condutividade térmicaAté 100 W/mK para remoção de calor
Condutividade elétricaVaria de semicondutor a quase metálico com base no grau
Coeficiente de expansão térmicaSemelhante ao aço em ~5-7 x 10-6 K-1
Densidade11-15 g/cc, mais pesado do que as ligas de titânio
Propriedades magnéticasDeterminado pelo índice WC-Co, crítico para alguns segmentos

O equilíbrio exclusivo entre dureza, desempenho de desgaste e resistência à fratura torna os metais duros ideais para suportar pressões, temperaturas, impactos, atrito e ambientes corrosivos extremos. As propriedades são ajustadas com base na composição e nos parâmetros de processamento selecionados de acordo com as condições específicas de aplicação e serviço.

Aplicações de tungstênio-cobalto

Graças às suas excepcionais propriedades de dureza e desgaste, combinadas com força e resistência térmica, os materiais de carboneto de tungstênio e cobalto têm uso industrial extremamente amplo nos seguintes segmentos:

SetorAplicativos comuns
MineraçãoFerramentas e brocas de perfuração, insertos e dentes para perfuração de rochas, meios de peneiramento
Petróleo e gásFerramentas de fundo de poço, ferramentas wireline, bolas de fraturamento, mangas, perfuração de poços
ConstruçãoFerramentas de fresagem e planejamento de estradas, ferramentas de abertura de valas, serras circulares
MetalurgiaInsertos de torneamento, matrizes de conformação a frio, rebarbas rotativas, cortadores, balanças de rolos
Trabalho em madeiraFerramentas de corte, serras circulares, picadores, facas de plaina e de marcenaria
AutomotivoSuporte do bico de injeção de combustível, válvulas e assentos
AeroespacialMatrizes de trefilação, matrizes de extrusão, ferramentas de estampagem
EletrônicosLâminas de corte de wafer semicondutor
Médico e odontológicoLâminas cirúrgicas e brocas
Processamento de alimentosPlacas de picadores de carne, matrizes de extrusão

As propriedades exclusivas do carboneto de tungstênio-cobalto permitem que ele supere os aços para ferramentas convencionais, os aços inoxidáveis e outros materiais concorrentes em condições extremas de serviço.

Especificações do pó de tungstênio e cobalto

O pó de cobalto de carboneto de tungstênio para prensa e sinterização atende a várias especificações internacionais:

PadrãoDescrição
ISO 2768Tolerâncias geométricas para pós de carbeto cimentado
ISO 4499Métodos para medição do tamanho de grão de carboneto cimentado
ASTM B771Padrão para pó de carboneto de cobre-tungstênio para moldagem por injeção
JIS R 1601Classificação dos pós de carbeto cimentado

Principais métricas de pó juntamente com valores típicos de acordo com a ISO 2768:

ParâmetroFaixa típica
Tamanho da partícula0,2 a 120 mícrons
Forma da partículaRedondo, angular ou triturado
Densidade aparente3-8 g/cc
Densidade da torneira4-12 g/cc
Área de superfície específica0,1 a 20 m2/g
Conteúdo da solução sólidaOpcionalmente, até 5%
Carbono residual0,1% máximo
Oxigênio residual0,6% máximo

Os fabricantes fornecem TDS e COA detalhados, especificando a composição química, as características físicas e os critérios de inspeção para cada grau de pó adaptado para as aplicações-alvo. São oferecidas misturas personalizadas para necessidades exclusivas.

Carbeto de tungstênio vs. metais duros de cobalto

Principais diferenças na comparação entre os graus padrão de carboneto de tungstênio e os pós de metal duro ricos em cobalto:

ParâmetroCarbeto de tungstênioCobalto Hardmetal
Composição94-97% WC com 3-6% Co84-90% WC com 10-16% Co
DurezaAté 92 HRA (>1500 HV)Até 62 HRA (~700 HV)
RobustezMaior risco de fratura frágilResistência à propagação de trincas de até 30 MPa√m
ForçaResistência à ruptura transversal de 2.000 a 3.000 MPaResistência à ruptura transversal de 4.500 a 5.500 MPa
Resistência ao desgasteExtrema resistência à abrasão e à erosãoDesempenho de desgaste inferior, mas ainda excelente
Resistência à corrosãoPropenso à oxidação e ao ataque químico se não for protegido por um aglutinanteMelhor proteção contra corrosão devido à camada mais espessa de cobalto
Resposta magnéticaLigeiramente magnético devido a vestígios de aglutinante de cobaltoFerromagnético devido ao maior teor de cobalto

Compensações

O aumento do teor de cobalto melhora a dureza e a resistência à corrosão, ao mesmo tempo em que reduz a dureza e o desempenho de desgaste. Escolha a classe com base na propriedade mais crítica necessária - dureza extrema versus resistência e durabilidade.

pó de tungstênio e cobalto
Pó de tungstênio e cobalto 4

Carboneto de tungstênio vs. Cobalto de carboneto de tungstênio

É importante fazer a distinção entre carboneto de tungstênio em pó (WC puro sem aglutinante de cobalto) e carbeto de tungstênio cobalto (WC composto + pó de Co).

MétricoCarbeto de tungstênioCarbeto de tungstênio Cobalto
ConstituintesCarbeto de tungstênio puro sem cobaltoMistura íntima de WC+Co em pó
DurezaDureza extremamente alta, muito frágilA redução da dureza é compensada pelo endurecimento do cobalto
FormuláriosUso limitado na forma de WC puro sem aglutinanteA maioria dos usos comerciais exige cobalto como aglutinante
ProcessamentoDesafio de sinterizar pó de WC puroConsolidação mais fácil com cobalto para fortalecer o produto
PreçoMenos caro como um único componenteCusto mais alto devido ao teor de cobalto
DisponibilidadeMenos comumente usadoMuito amplamente disponível

Assim, os pós de carboneto de tungstênio e cobalto são mais versáteis e aplicáveis à maioria dos casos de uso na produção de peças de metal duro.

Graus de pó de tungstênio e cobalto

O pó de cobalto de carboneto de tungstênio está disponível comercialmente em uma ampla gama de composições e graus padronizados para atender às necessidades de desempenho:

GrauDescriçãoFormulários
MicrogrãosPó muito fino de <1 mícron para componentes menores e complexosFerramentas em miniatura, eletrônicos
SubmicrônicoPartículas de menos de 1 mícron com área de superfície moderadaInsertos intercambiáveis, matrizes de desenho
UltrafinoPó de ~1-5 mícrons para propriedades aprimoradasFerramentas de corte, picaretas de mineração
BomPartículas de tamanho médio de 5 a 10 mícrons para melhor fluxo e empacotamentoFerramentas de remoção de metal, peças de desgaste
PadrãoPó de 10 a 30 mícrons para uso geralConstrução, marcenaria, ferramentas de conformação
Médio/grossoPartículas maiores, >30 mícrons, com maior tenacidadeMineração, petróleo e gás, peças grandes

As designações de grau mais alto denotam qualidade superior com controle mais rígido sobre métricas críticas do pó, como distribuição do tamanho das partículas, forma, níveis de pureza, teor de oxigênio/carbono e microestrutura.

Os pós premium melhoram a densidade sinterizada, a consistência do desempenho e a confiabilidade dos componentes de metal duro acabados. No entanto, o custo também aumenta substancialmente para classes mais finas e puras de tungstênio-cobalto otimizadas para aplicações avançadas.

Análise de custo do pó de tungstênio-cobalto

O preço varia de acordo com a composição, o grau, os volumes de pedidos e as condições de mercado:

Grau de póFaixa de preço médio
Comercial padrão 10-30 mícrons$27 a $37 por libra
Grão fino submicrônico 1-5 mícrons$45 a $55 por libra
Ultrafina de alta pureza <1 mícron$90 a $110 por libra
Graus de cobalto ou enriquecidos com aglutinante especial$80 a $250+ por libra
  • A volatilidade do preço do tungstênio afeta diretamente os custos do pó
  • Os graus médicos e aeroespaciais de maior pureza exigem preços premium
  • Pedidos em massa de milhares de libras oferecem uma economia significativa de custos

Com o aumento dos custos de energia, matéria-prima e transporte, os preços do pó de cobalto e carboneto de tungstênio sofreram pressão de alta, mas espera-se que se estabilizem à medida que os mercados equilibram a oferta e a demanda. Considere análise do custo total do ciclo de vida para a tomada de decisões, pois os graus de desempenho mais altos podem proporcionar produtividade e durabilidade superiores, o que se traduz em custos mais baixos de $/peça.

perguntas frequentes

O que é carbeto cimentado?

O carboneto cimentado refere-se a um material composto feito pela mistura de partículas de carboneto com uma fase aglutinante, normalmente o cobalto. O carboneto de tungstênio cobalto (também chamado de tungstênio cobalto, WC-Co ou carboneto de cobalto) fabricado com pó de carboneto de tungstênio como constituinte do carboneto é um tipo extremamente popular de carboneto cimentado graças às suas propriedades exclusivas.

Quais são as diferentes classes de carbeto de tungstênio?

O próprio pó de carboneto de tungstênio está disponível em diferentes graus com base na pureza, no tamanho da partícula, no teor de carbono/oxigênio e em outras métricas. As designações comuns do pó de carbeto de tungstênio incluem tamanhos de partículas microgrão, submicrônico, fino, padrão e grosso. Além disso, os carbonetos cimentados são diferenciados pela composição - um teor mais alto de cobalto faz com que seja um grau rico em cobalto com maior resistência e tenacidade em comparação com os graus padrão, otimizando a dureza e o desempenho de desgaste. As classes especiais também podem incorporar outros carbonetos, como os de tântalo, titânio ou nióbio.

Como fabricar peças de carboneto de tungstênio?

O processo de consolidação preferido para fabricar componentes acabados de carboneto de tungstênio e cobalto envolve a metalurgia do pó de prensagem e sinterização:

  • Pesar as quantidades adequadas de pós de WC e Co
  • Moagem de bolas para misturar e homogeneizar intimamente
  • Compactar em peças "verdes" usando matrizes e aplicando pressão
  • Debind e pré-sinterização de peças para conferir resistência ao manuseio
  • Sinterização em alta temperatura logo abaixo do ponto de fusão do cobalto
  • Tratamentos térmicos adicionais podem melhorar ainda mais as propriedades

A flexibilidade da metalurgia do pó, aliada às excelentes propriedades do metal duro, torna essa técnica extremamente popular para a fabricação em escala comercial.

Qual é a cor do carbeto de tungstênio?

Na forma de pó, o carbeto de tungstênio cobalto normalmente apresenta uma cor cinza escuro. A aparência final varia de acordo com a composição - o carbeto de tungstênio puro sem cobalto pode parecer cinza claro. Um teor mais alto de cobalto confere uma cor mais metálica. As peças de carbeto de tungstênio totalmente sinterizadas refletem as diferenças na proporção do pó inicial. De modo geral, um tom de cinza é a cor mais representativa.

O carbeto de tungstênio é magnético?

O carbeto de tungstênio em si não é magnético. Entretanto, a resposta magnética é determinada pela porcentagem de ligante de cobalto nas ligas de WC-Co. As classes com 6% ou menos de cobalto geralmente apresentam apenas uma atração magnética fraca. As composições ricas em cobalto com mais de 10% de Co tornam-se ferromagnéticas. Isso facilita as técnicas de separação magnética para recuperar componentes de metal duro gastos e desgastados para reciclagem.

O carbeto de tungstênio é perigoso?

Como a maioria dos pós industriais, algumas precauções de saúde e segurança se aplicam ao manuseio do carboneto de tungstênio-cobalto:

  • Deve-se evitar a inalação de poeira
  • Assegure-se de que haja ventilação adequada
  • Use EPIs - máscaras, luvas, óculos de proteção, conforme necessário
  • Evite o contato com a pele ou a ingestão
  • Revisar o SDS para gerenciar os riscos adequadamente

Na forma sólida, o carbeto de tungstênio em si é relativamente inerte e não é considerado tóxico. Entretanto, o aglutinante de cobalto típico pode causar sensibilização da pele ou respiratória em alguns indivíduos. Em geral, os carbetos cimentados não representam riscos significativos à saúde se manuseados com cuidado, de acordo com as diretrizes.

Conclusão

Com sua extrema dureza aliada à resistência, à tenacidade e ao desempenho em termos de desgaste, o carboneto de tungstênio cobalto se tornou o metal duro mais utilizado em metalurgia, mineração, construção, energia e diversas aplicações industriais. A personalização da composição do pó de WC e Co e do processo de consolidação permite perfis de propriedades sob medida. A confiabilidade do componente, a consistência e a vida útil da ferramenta dependem da qualidade e do grau do pó de tungstênio-cobalto selecionado como matéria-prima. À medida que os pioneiros continuam a ampliar os limites de desempenho, os avanços em carbonetos cimentados darão suporte a futuras descobertas em uma ampla gama de tecnologias de ponta.

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