Carburo di tungsteno

Alta durezza
Il carburo di tungsteno è un materiale estremamente duro, secondo solo al diamante. La durezza del carburo di tungsteno lo rende un materiale ideale per utensili da taglio e lavorazione. La durezza è una proprietà importante del carburo di tungsteno, che viene testata dal Rockwell Hardness Tester. Un penetratore diamantato appuntito viene forzato nel carburo di tungsteno e la profondità del foro è una misura della durezza. Nella produzione del carburo di tungsteno, molti fattori influenzano la durezza, come la quantità di cobalto, la dimensione del grano, la quantità di carbonio e anche il processo di produzione.

Punto di fusione elevato
Il carburo di tungsteno ha un punto di fusione di circa 5.700 gradi, che è significativamente più alto del punto di fusione della maggior parte degli altri metalli. Questo elevato punto di fusione rende il carburo di tungsteno ideale per l'uso in applicazioni ad alta temperatura. L'elevato punto di fusione rende il carburo di tungsteno non fabbricabile con la normale tecnologia di forgiatura. I prodotti in carburo di tungsteno sono fabbricati con metallurgia delle polveri, tramite miscelazione, fresatura, compattazione, sinterizzazione e controllo.

Chimicamente stabile
Il carburo di tungsteno è composto da atomi di tungsteno e carbonio, entrambi stabili all'ossigeno e ad altri elementi. Il carburo di tungsteno è altamente resistente all'attacco chimico e non si corrode nella maggior parte degli ambienti. Questa inerzia chimica rende il carburo di tungsteno un materiale ideale per l'uso in apparecchiature di lavorazione chimica e aree in cui è richiesta resistenza alla corrosione.

Basso coefficiente di espansione termica
Il coefficiente medio di espansione termica indica la quantità di espansione quando il carburo di tungsteno viene riscaldato. L'espansione del carburo di tungsteno segue l'espansione della temperatura. Maggiore è la polvere legante nel carburo di tungsteno, maggiore sarà l'espansione termica del carburo di tungsteno. Il carburo di tungsteno ha un coefficiente di espansione termica molto basso, il che significa che si espande molto poco quando viene riscaldato. Questa proprietà rende il carburo di tungsteno ideale per strumenti di precisione e applicazioni in cui è richiesta stabilità dimensionale.

Elettricamente conduttivo
Nonostante sia un metallo refrattario, il carburo di tungsteno è elettricamente conduttivo grazie alla presenza di carbonio nella sua struttura cristallina. Questa conduttività elettrica rende il carburo di tungsteno ideale per applicazioni elettriche come elettrodi e contatti.

Le proprietà del carburo di tungsteno e del tungsteno sono modulo di elasticità, modulo di taglio, resistenza allo snervamento a trazione, conduttività termica e durezza (Rockwell A). Di seguito, confrontiamo le proprietà di ciascuno.

Tabella 1: Confronto delle proprietà dei materiali tra tungsteno e carburo di tungsteno

Il carburo di tungsteno è più forte del tungsteno?
Sì, il carburo di tungsteno è generalmente più forte del tungsteno puro. Il carburo di tungsteno è un composto ottenuto combinando tungsteno con carbonio per formare un materiale molto duro e durevole. Questo composto mostra eccezionale durezza, resistenza all'usura e forza, rendendolo adatto a varie applicazioni industriali, tra cui utensili da taglio, abrasivi e gioielli.

Il tungsteno ha già un grande modulo elastico, uno più grande della maggior parte degli acciai; il carburo di tungsteno ha un modulo elastico ancora maggiore, dimostrando la sua impressionante rigidità. La rigidità dei materiali è correlata a un grande modulo elastico e i valori mostrati nella Tabella 1 dimostrano perché il carburo di tungsteno è secondo solo al diamante in termini di resilienza elastica. Il suo modulo elastico è di quasi 700 GPa, che è sulla scia del diamante (modulo elastico di 1000 GPa), che mostra sia la sua resistenza alla deformazione sia la sua tendenza a frantumarsi quando viene lavorato.

Il modulo di taglio è il rapporto tra sforzo di taglio e deformazione di taglio all'interno di un campione di prova e viene spesso definito modulo di rigidità. È inesorabilmente collegato al modulo elastico, poiché derivano dalle stesse equazioni e sono entrambi misure di rigidità (una è in risposta a sollecitazioni elastiche o lineari, rispetto a sollecitazioni di taglio o trasversali). I valori nella Tabella 1 sono un'ulteriore prova per dimostrare l'impressionante resistenza fornita dal tungsteno. Per riferimento, la maggior parte degli acciai ha un modulo di taglio di circa 80 GPa, che è solo la metà di quello del tungsteno e un terzo di quello del modulo di taglio del carburo di tungsteno.

La maggior parte dei progettisti seleziona i materiali in base alla loro resistenza, naturalmente. Sia il tungsteno che il carburo di tungsteno sono noti per essere metalli robusti ed estremamente resistenti, quindi perché la loro resistenza alla trazione è così bassa? La risposta è dovuta al fatto che questi materiali sono fragili per natura e mostrano un interessante fenomeno della scienza dei materiali. A causa della loro rigidità molecolare, i materiali fragili sono molto, molto più forti in compressione che in tensione (pensa ai muri di mattoni: possono sopportare migliaia di libbre in compressione, ma hai mai visto una capriata di mattoni prima?). Questo principio diventa chiaro quando si esamina la resistenza alla compressione di questi materiali, in particolare del carburo di tungsteno meno metallico: ha una resistenza alla compressione di 2683 MPa a temperatura ambiente e mantiene la sua resistenza attraverso cambiamenti estremi di temperatura. Questa stessa caratteristica non si può dire per l'acciaio, dove la sua resistenza alla compressione è prima di tutto molto più bassa e in secondo luogo, fluttua in base alla temperatura. Conoscendo questo fatto, è abbondantemente chiaro che il tungsteno non dovrebbe mai essere utilizzato in applicazioni di trazione, ma è un contendente principale nelle applicazioni di compressione.