noticias de la compañía sobre ¿Por qué los carburos cementados (carburo de tungsteno + cobalto) son resistentes al calor?

Los carburos cementados compuestos de carburo de tungsteno (WC) como fase dura y cobalto (Co) como fase de unión son materiales industriales raros que conservan su dureza incluso a altas temperaturas." Su temperatura máxima de funcionamiento continua puede alcanzar los 800 ° C, y pueden soportar temperaturas a corto plazo superiores a 1.000°C, superando con creces el acero ordinario (por ejemplo,El acero 45° se ablanda por encima de 500°C) y el acero de alta velocidad (W18Cr4V pierde una dureza significativa alrededor de 600°C)Esta resistencia al calor no se debe a un solo factor, sino a laefecto sinérgico de la estabilidad inherente a altas temperaturas del carburo de tungsteno, las propiedades de unión compatibles del cobalto y las características microstruturales formadas por los dosPara la producción industrial, este rasgo resuelve puntos críticos en escenarios de alta temperatura:de la generación de calor por fricción (600-800 °C) durante el corte de metales a las temperaturas de funcionamiento (400-500 °C) de los moldes de fundición a presión de aleación de aluminio, y el desgaste de los equipos mineros en ambientes subterráneos de alta temperatura.En este artículo se analizan las principales razones de la resistencia al calor de los carburos cementados WC-Co a partir de las propiedades tridimensionales de los componentes, microstructura y aplicaciones prácticas, haciendo que los principios sean fáciles de entender.

La resistencia al calor de los carburos cementados se deriva en primer lugar de las propiedades inherentes de su componente central: el carburos de tungsteno." proporcionando apoyo estable para el material a altas temperaturasEsto se refleja en tres aspectos clave:

El carburo de tungsteno tiene un punto de fusión extremadamente alto, de 2.870°C, muy superior a las altas temperaturas típicas que se encuentran en entornos industriales (la mayoría de las condiciones de trabajo a altas temperaturas son <1,0 °C).(en el caso de los productos de la categoría 94)Para la comparación:

• El acero al carbono ordinario tiene un punto de fusión de aproximadamente 1.538 °C y se ablanda por encima de 500 °C debido al aumento de la movilidad atómica.
• El acero de alta velocidad (W18Cr4V) tiene un punto de fusión de alrededor de 1.400 °C; su dureza cae de HRC 62 a menos de HRC 50 a 600 °C, por lo que no se puede utilizar para el corte.
• Incluso a 1.000 ° C, el carburo de tungsteno solo se ablanda ligeramente, su punto de fusión nunca se alcanza, por lo que no se derrite ni sufre un colapso estructural.

El carburo de tungsteno tiene unestructura de cristal hexagonal envasada (HCP)Esta estructura evita la difusión atómica o el desorden estructural a altas temperaturas:

• A temperatura ambiente, esta estructura le da a WC su alta dureza (HRA 90?? 93).
• A altas temperaturas (por ejemplo, 800 ° C), los átomos vibran ligeramente, pero mantienen una disposición ordenada a diferencia de los metales ordinarios, que se deforman a medida que los átomos se aflojan y las brechas se ensanchan.
• En contraste, el acero de alta velocidad tiene una estructura cúbica (BCC) centrada en el cuerpo, donde los huecos atómicos se expanden fácilmente a altas temperaturas, causando una rápida pérdida de resistencia.

En entornos industriales de alta temperatura, los materiales deben resistir no sólo a la "temperatura" sino también a la "corrosión ambiental" (por ejemplo, oxidación en el aire, reacción con fluidos de corte).El carburo de tungsteno presenta propiedades químicas estables a altas temperaturas:

• Bajo 800 °C, sólo se forma una película fina de óxido (WO3) en su superficie cuando se expone al aire.
• No reacciona (por ejemplo, se disuelve o erosiona) con medios industriales comunes como fluidos de corte de metales o aleaciones de aluminio fundido.
• A diferencia de los materiales cerámicos (por ejemplo, alúmina), que también tienen altos puntos de fusión, las cerámicas tienden a reaccionar con metales fundidos a altas temperaturas, causando una salpicadura superficial, un problema que el WC evita.

Una pregunta común surge: el cobalto tiene un punto de fusión de sólo 1.495°C, muy inferior al WC, así que ¿por qué no socava la resistencia al calor?el cobalto (normalmente 6 ∼15% en peso) actúa como una fase de "aglutinante" y no existe aisladoEn cambio, se dispersa uniformemente entre los granos de WC, formando una microestructura donde los granos de WC están encapsulados por la fase Co.

A temperatura ambiente, el cobalto es un metal dúctil que "liga" los granos duros pero quebradizos del WC para evitar que se agrieten.El cobalto se ablanda ligeramente (convirtiéndose en “semi-sólido”), pero no se derrite por completo ni se desvanece:

• Este ligero ablandamiento en realidad amortiguará la tensión térmica entre los granos de WC (diferentes materiales se expanden a diferentes velocidades a altas temperaturas, creando tensión),evitar que el material se agriete debido a la acumulación de tensión.
• Mientras tanto, la fuerza de unión (unión metalúrgica) entre los granos de cobalto y WC permanece fuerte a altas temperaturas, a diferencia de los aglutinantes hechos de otros metales de baja fusión (por ejemplo, cobre, punto de fusión 1,085 °C), que derretirían y perderían su capacidad de unión a 800 °C.

A altas temperaturas, los granos del material tienden a "crecer" (los granos pequeños se fusionan en más grandes), lo que conduce a la pérdida de dureza.El cobalto actúa como un "inhibidor" para prevenir el crecimiento excesivo del grano WC a altas temperaturas:

• Los átomos de cobalto se adsorben en la superficie de los granos de WC (en los límites del grano), formando una "capa de barrera" que ralentiza la difusión de los átomos de WC e inhibe la fusión de los granos.
• Sin cobalto, los granos de WC crecerían de 3 μm a más de 8 μm después de 10 horas a 800 °C, reduciendo la dureza en un 20%.

Más allá de las propiedades individuales de sus componentes, la "microstructura densa" formada por WC y cobalto mejora aún más la resistencia al calor.Los carburos cementados WC-Co de alta calidad son sometidos a sinterización a altas temperaturas (1La composición de los gránulos de la WC se distribuye uniformemente, el CO llena los huecos y no hay poros significativos (densidad normalmente ≥ 14,5 g/cm3).

Si un material contiene poros, el aire de alta temperatura o los medios corrosivos pueden filtrarse al interior a través de estos poros, acelerando la oxidación (por ejemplo,cerámicas con alta porosidad se oxidan 3 veces más rápido que WC-Co)La estructura densa de WC-Co:

• Casi no contiene poros visibles, por lo que el oxígeno externo solo puede entrar en contacto con la superficie del material y no puede penetrar hacia el interior.
• La película de óxido WO3 formada en la superficie (por debajo de 800 °C) se adhiere firmemente a la estructura densa, proporcionando una "doble protección" contra una mayor oxidación.

En escenarios de alta temperatura, los materiales a menudo soportan cargas (por ejemplo, fuerzas de corte, presión del molde).La distribución uniforme de los granos WC en WC-Co asegura que las cargas se transfieren uniformemente a través de la fase Co a cada grano WC, evitando la concentración localizada de estrés:

• Por ejemplo, en los moldes de fundición a presión de aleación de aluminio, el molde debe soportar una presión de 20 MPa a 400 °C. La estructura uniforme de WC-Co dispersa esta presión,Prevención de la deformación debida al ablandamiento localizado a altas temperaturas.
• Por el contrario, el acero de alta velocidad presenta una dureza desigual a altas temperaturas, lo que conduce a hendiduras en áreas más blandas y a fallas del molde.

Para resaltar sus ventajas, a continuación se muestra una comparación del WC-Co con otros materiales comunes "resistentes al desgaste y al calor" utilizados en la industria:

Como se muestra, si bien la resistencia al calor de WC-Co es ligeramente menor que la de la cerámica de alumina, equilibra la resistencia al calor + resistencia al impacto (las cerámicas son propensas a agrietarse a altas temperaturas).Comparado con el acero de alta velocidad y el acero al carbono, sus ventajas en resistencia al calor y retención de dureza son significativas, lo que la convierte en una de las mejores opciones para escenarios de "desgaste a altas temperaturas + carga".

La resistencia al calor de WC-Co varía según su formulación, influenciada principalmente por:contenido de cobaltoytamaño del grano del carburo de tungstenoConsidere estos factores al seleccionar una calificación:

Con una dureza suficiente para evitar el agrietamiento, un menor contenido de cobalto significa una mayor proporción de WC· y una mejor resistencia al calor:

• Bajo contenido de cobalto (6% y 8%, por ejemplo, YG6): alto contenido de WC, conservando ≥92% de dureza a altas temperaturas. Adecuado para escenarios de bajo impacto y altas temperaturas (por ejemplo, herramientas de rectificación de precisión).
• Cobalto medio (812%, por ejemplo, YG8): Equilibra la resistencia al calor y la dureza. Adecuado para escenarios de impacto medio y temperatura media (por ejemplo, herramientas de corte de uso general).
• Alto contenido de cobalto (1215%, por ejemplo, YG15): excelente dureza y resistencia al impacto, pero conserva ≤85% de dureza a altas temperaturas.Excavadoras de minería).

El WC de grano fino (1μ3μm) tiene más límites de grano, donde los átomos de cobalto actúan como "inhibidores" más fuertes para evitar el crecimiento del grano a altas temperaturas:

• WC-Co de grano fino (por ejemplo, YG6X): después de 10 horas a 800 °C, el crecimiento del grano es < 5%, y la dureza permanece casi sin cambios.
• WC-Co de grano grueso (por ejemplo, YG15): bajo las mismas condiciones, el crecimiento del grano excede el 15% y la dureza disminuye en ~ 10%.
• Para los escenarios de precisión a altas temperaturas (por ejemplo, accesorios de semiconductores a altas temperaturas), priorizar los grados de grano fino.

Muchos asumen que el WC-Co carece de resistencia al calor porque el cobalto tiene un bajo punto de fusión (1.495 ° C) –este es un malentendido típico que ignora la microestructura del material:

• En WC-Co, el cobalto no existe "en aislamiento", sino como una "pantalla delgada" que rodea los granos de WC. Protegido por WC, no se ablanda ni fluye como el cobalto puro (que se convierte en semi-líquido a 800 °C).
• Los ensayos prácticos muestran que a 800 °C, la fase de Co en WC-Co solo se ablanda ligeramente (dureza ~ HRC 20) pero sigue uniendo los granos de WC. En contraste, el cobalto puro ya es semiliquido a 800 °C y no tiene resistencia.

La resistencia al calor de los carburos cementados WC-Co no se debe a un solo componente, sino a la sinergia del esqueleto estable de alta fusión de WC, la unión y el amortiguamiento a alta temperatura del cobalto y una densa,microestructura uniformeEsta característica le permite conservar su dureza a 600°C y resistir impactos y cargas moderadas, por lo que es ideal para escenarios industriales como el corte de metales, moldes a alta temperatura,y ambientes mineros de alta temperatura.

Para los profesionales de la industria del carburo de tungsteno, al recomendar los productos WC-Co, alinear el grado con el cliente “temperatura máxima de funcionamiento + carga de impacto":Seleccionar los grados de grano fino con bajo contenido de cobalto (e.por ejemplo, YG6X) para escenarios de alta temperatura y bajo impacto; grados de cobalto de grano medio (por ejemplo, YG8) para escenarios de temperatura media e impacto medio; y grados de grano grueso de cobalto alto (por ejemplo,YG15) para baja temperatura, escenarios de alto impacto.