O que é o carboneto de tungstênio?

Carboneto de tungstênio (metal duro)

Os carbonetos cimentados, ou metais duros como são frequentemente chamados, são materiais feitos pela "cimentação" de grãos muito duros de monocarboneto de tungstênio (WC) em uma matriz aglutinante de uma liga resistente de cobalto ou níquel por sinterização em fase líquida. Os carbonetos cimentados combinam a alta dureza e resistência dos carbonetos metálicos (WC, TiC, TaC) ou carbonitretos (por exemplo, TiCN) com a tenacidade e plasticidade de um aglutinante de liga metálica (Co, Ni, Fe), no qual as partículas duras são distribuídas uniformemente para formar um compósito metálico. O carboneto de tungstênio é o mais metálico dos carbonetos e, de longe, a fase dura mais importante. Quanto mais partículas de carboneto duro houver no material, mais duro ele é, mas menos resistente ele se comporta durante a carga; e, vice-versa, aumentos significativos na tenacidade são alcançados por uma maior quantidade de aglutinante metálico, às custas da dureza.

No campo dos materiais de engenharia, os carbonetos cimentados desempenham um papel crucial, pois combinam alta dureza e resistência com boa tenacidade em uma ampla faixa de propriedades e, portanto, constituem o grupo de materiais duros mais versátil para aplicações de engenharia e ferramentas.

  Tipicamente, um metal duro de carboneto de tungstênio pode ter um valor de dureza de 1600 HV, enquanto o aço de baixo carbono estaria na região de 160 HV, um fator 10 menor.

Embora chamado de metal duro, o carboneto de tungstênio é, na verdade, um material compósito com partículas duras de carboneto de tungstênio embutidas em uma matriz mais macia de cobalto metálico.

A fórmula química do carboneto de tungstênio é WC.

  O carboneto de tungstênio é preparado pela reação de tungstênio metálico e carbono a 1400–2000 °C. Outros métodos incluem um processo patenteado de leito fluidizado de baixa temperatura que reage tungstênio metálico ou WO3 azul com mistura de CO/CO2 e H2 entre 900 e 1200 °C.

Quais são as propriedades do metal duro?

Propriedades mecânicas:

As propriedades mecânicas refletem a capacidade de um material de suportar uma força de um determinado tipo que, no entanto, quando aplicada, requer uma definição mais precisa. Para clareza, existem vários tipos de força aos quais a resistência se opõe, dependendo das condições de carga; para metais duros, as resistências mais importantes dentro das propriedades mecânicas são resistência à compressão, tração, abrasão, fadiga e ruptura transversal por impacto.

  Propriedades físicas:

O carboneto de tungstênio tem um alto ponto de fusão a 2.870 °C (5.200 °F), um ponto de ebulição de 6.000 °C (10.830 °F) quando sob uma pressão equivalente a 1 atmosfera padrão (100 kPa), uma condutividade térmica de 110 W·m−1·K−1 e um coeficiente de expansão térmica de 5,5 µm·m−1·K−1.

  O carboneto de tungstênio é extremamente duro, classificando-se em torno de 9 na escala de Mohs e com um número Vickers de cerca de 2600. Ele tem um módulo de Young de aproximadamente 530–700 GPa, um módulo de volume de 630–655 GPa e um módulo de cisalhamento de 274 GPa. Ele tem uma resistência à tração última de 344 MPa, uma resistência à compressão última de cerca de 2,7 GPa e uma razão de Poisson de 0,31.

  A velocidade de uma onda longitudinal (a velocidade do som) através de uma haste fina de carboneto de tungstênio é de 6220 m/s.

  A baixa resistividade elétrica do carboneto de tungstênio, de cerca de 0,2 µΩ·m, é comparável à de alguns metais (por exemplo, vanádio 0,2 µΩ·m).

  O WC é facilmente molhado por níquel e cobalto fundidos. A investigação do diagrama de fase do sistema W-C-Co mostra que WC e Co formam um eutético pseudo binário. O diagrama de fase também mostra que existem os chamados η-carbides com composição (W,Co) 6C que podem ser formados e a fragilidade dessas fases torna importante o controle do teor de carbono em metais duros WC-Co.

Propriedades químicas:

Existem dois compostos bem caracterizados de tungstênio e carbono, WC e semicarbide de tungstênio, W 2C. Ambos os compostos podem estar presentes em revestimentos e as proporções podem depender do método de revestimento.

  Em altas temperaturas, o WC se decompõe em tungstênio e carbono, e isso pode ocorrer durante a pulverização térmica em alta temperatura, por exemplo, em métodos de combustível de oxigênio de alta velocidade (HVOF) e plasma de alta energia (HEP).

  A oxidação do WC começa a 500–600 °C (932–1.112 °F). É resistente a ácidos e é atacado apenas por misturas de ácido fluorídrico/ácido nítrico (HF/HNO3) acima da temperatura ambiente. Reage com gás flúor à temperatura ambiente e cloro acima de 400 °C (752 °F) e é inerte ao H2 seco até seu ponto de fusão. O WC finamente pulverizado oxida-se prontamente em soluções aquosas de peróxido de hidrogênio. Em altas temperaturas e pressões, reage com carbonato de sódio aquoso, formando tungstato de sódio, um procedimento usado para a recuperação de sucata de carboneto cimentado.