Introducción al carburo de tungsteno

El carburo de tungsteno es un material de aleación compuesto de carburo de tungsteno (WC) y cobalto (Co), que tiene una dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión extremadamente altas. Esta aleación se usa ampliamente en la fabricación de herramientas de corte, moldes y piezas resistentes al desgaste. El proceso de fabricación del carburo de tungsteno implica la pulvimetalurgia, en la que el carburo de tungsteno actúa como un "núcleo duro" y el cobalto actúa como un aglutinante para conectar firmemente las partículas de carburo de tungsteno entre sí. Además, se pueden agregar otros elementos como carburo de titanio (TiC) o carburo de tantalio (TaC) según sea necesario para mejorar el rendimiento de la aleación.

Han pasado exactamente cien años desde la invención del carburo de tungsteno.

A principios de la década de 1920, Karl Schröter, ingeniero de OSRAM, una empresa alemana de bombillas, inventó el carburo cementado WC-Co con el fin de encontrar un material alternativo al costoso molde de diamante utilizado para estirar filamentos de tungsteno. En 1923 solicitó la primera patente de carburo cementado (patente alemana n.º 420.689) y obtuvo la autorización en 1925.

En 1926, KRUPP, un gigante militar que obtuvo la patente, produjo el primer lote de carburo cementado comercial, que se utilizó como cabezal de corte de mecanizado para aumentar exponencialmente la eficiencia de procesamiento, causando sensación en el mundo y rápidamente se convirtió en un material estratégico con un alto precio. En ese momento, el precio de un gramo de carburo cementado era más alto que un gramo de oro.

Tipos de carburo cementado

01 Carburo cementado de tungsteno y cobalto

Este tipo de carburo cementado contiene únicamente carburo de tungsteno y cobalto, o carburo cementado WC-Co puro con una cantidad muy pequeña (generalmente no más del 1%) de otros aditivos. La norma internacional (ISO) lo llama carburo cementado de tipo K, y la norma nacional de mi país lo llama carburo cementado de tipo tungsteno-cobalto (YG); por ejemplo, YG6 (WC-6Co), es decir, un carburo cementado que contiene un 6% de cobalto (fracción de masa) y el resto es carburo de tungsteno. Esta es la composición del primer carburo cementado comercial del mundo.

02 Carburo cementado de tungsteno-cobalto-titanio

Además del carburo de tungsteno y el cobalto, el carburo cementado de tungsteno-cobalto-titanio (WC-TiC-Co) también contiene una cierta cantidad (más del 1%) de carburo de titanio (TiC), que se denomina tipo P en la norma internacional y tipo YT en la norma nacional. La cantidad de carburo de titanio suele ser menor que la de carburo de tungsteno; si la cantidad de carburo de titanio supera la de carburo de tungsteno, se convierte en un "carburo cementado a base de carburo de titanio" o, con un nombre más profesional, "cermet a base de carburo de titanio".

03 Carburo cementado de tungsteno-cobalto-titanio-tántalo (niobio)

La tercera categoría es el carburo cementado WC-TiC-TaC(NbC)-Co con una cierta cantidad de carburo de tantalio (TaC) y/o carburo de niobio (NbC) añadido a la segunda categoría. Se denomina categoría M en las normas internacionales y categoría YW en las normas nacionales.

También existen carburos cementados WC-Ni que utilizan níquel (Ni) para reemplazar al cobalto, o carburos cementados unidos con acero que utilizan aleación de hierro (acero) para reemplazar al cobalto. Los ingenieros pueden diseñar diferentes composiciones para obtener carburos cementados con diferentes propiedades para cumplir con los requisitos de uso de diferentes campos de aplicación al reemplazar WC y Co en WC-Co con carburos metálicos como carburo de titanio, carburo de tantalio, carburo de niobio, carburo de molibdeno, carburo de cromo o metales como níquel, hierro y cromo.

Rendimiento del carburo cementado

(1) Alta dureza y buena resistencia al desgaste. La dureza del carburo cementado está entre 80 y 94 HRA, mientras que la dureza máxima del acero para herramientas después del temple y endurecimiento es de solo 80 HRA o ligeramente superior. Durante mucho tiempo, el carburo cementado fue el material con la segunda dureza más dura después del diamante. De hecho, la primera generación de carburo cementado se denominó "Widia" (derivada de la palabra alemana Wie Diamant, que significa "como el diamante"), que se inventó para reemplazar al diamante. Por lo tanto, se puede decir que el carburo cementado nació para la dureza.

(2) Alta resistencia y módulo elástico La resistencia a la flexión del carburo cementado típico puede alcanzar 3000~5000 MPa (N/mm2) y no es fácil de deformar.

(3) Resistencia al calor y resistencia a la corrosión Generalmente, puede resistir bien la corrosión atmosférica, ácida, alcalina y otras, y no es fácil de oxidar.

Estas características lo convierten en el mejor material para piezas estructurales resistentes al desgaste utilizadas en ambientes corrosivos y de alta temperatura.

Usos del carburo cementado

Material de la herramienta

Como herramienta de mecanizado, el carburo cementado es el uso más importante del carburo cementado, ya que consume más de la mitad de la producción de carburo cementado. El carburo cementado ha sido el mejor material para herramientas de mecanizado desde su nacimiento.

Material del molde

El carburo cementado se utiliza principalmente para matrices de estirado en frío, matrices de punzonado en frío, matrices de extrusión en frío, matrices de estampación en frío y otras matrices de trabajo en frío.

Herramientas de medición y piezas resistentes al desgaste

El carburo se utiliza para incrustaciones superficiales y piezas de herramientas de medición que se desgastan fácilmente, cojinetes de precisión de rectificadoras, placas guía y barras guía de rectificadoras sin centro, centros de torno y otras piezas resistentes al desgaste.

Carburo cementado especial

Con el avance de la ciencia y la tecnología, la producción de materiales de carburo cementado de alta gama también se ha desarrollado rápidamente. Con más requisitos técnicos de productos en las industrias posteriores, la demanda del mercado de materiales de carburo cementado ha seguido aumentando. La tecnología de producción de materiales de carburo cementado también se ha mejorado, y los materiales de carburo cementado especiales correspondientes se utilizan actualmente ampliamente en la industria militar, aeroespacial, procesamiento mecánico, metalurgia, perforación petrolera, herramientas mineras, comunicaciones electrónicas, construcción y otros campos. En los campos de fabricación de armas y equipos de alta tecnología, el avance de la ciencia y la tecnología de vanguardia y la energía nuclear, también se utilizan productos de carburo cementado con alto contenido tecnológico y alta estabilidad de calidad.