notícias da empresa sobre Porque é que os carbonetos cimentados (carbono de tungsténio + cobalto) são resistentes ao calor?

Os carburos cimentados compostos de carburo de tungsténio (WC) como fase dura e de cobalto (Co) como fase de ligação são materiais industriais raros que conservam a dureza mesmo a altas temperaturas." A sua temperatura máxima de funcionamento contínua pode atingir 800 ° C, e podem resistir a temperaturas de curta duração superiores a 1000°C, superando em muito o aço comum (por exemplo,45# aço amolece acima de 500°C) e aço de alta velocidade (W18Cr4V perde dureza significativa em torno de 600°C)Esta resistência ao calor não se deve a um único fator, mas aoO efeito sinérgico da estabilidade de alta temperatura inerente ao carburo de tungstênio, das propriedades de ligação compatíveis do cobalto e das características microstruturais formadas pelos doisPara a produção industrial, esta característica resolve pontos críticos em cenários de alta temperatura:da geração de calor por atrito (600°C a 800°C) durante o corte de metais às temperaturas de funcionamento (400°C a 500°C) dos moldes de fundição por impressão de ligas de alumínio, e desgaste dos equipamentos de mineração em ambientes subterrâneos de alta temperatura.Este artigo explica as principais razões para a resistência ao calor dos carbonetos cimentados WC-Co a partir de três dimensões, microstrutura e aplicações práticas, tornando os princípios mais fáceis de compreender.

A resistência ao calor dos carbonetos cimentados decorre, em primeiro lugar, das propriedades inerentes do seu componente principal: o carburo de tungstênio." proporcionando apoio estável para o material a altas temperaturasEste facto reflete-se em três aspectos essenciais:

O carburo de tungsténio tem um ponto de fusão extremamente elevado, de 2.870°C, muito superior às temperaturas elevadas típicas encontradas em ambientes industriais (a maioria das condições de trabalho a altas temperaturas são <1,0 °C).000°C)Para comparação:

• O aço carbono comum tem um ponto de fusão de aproximadamente 1.538°C e amolece acima de 500°C devido ao aumento da mobilidade atómica.
• O aço de alta velocidade (W18Cr4V) tem um ponto de fusão de cerca de 1.400 °C; a sua dureza cai de HRC 62 para menos de HRC 50 a 600 °C, tornando-o inutilizável para corte.
• Mesmo a 1.000°C, o carburo de tungstênio apenas suaviza ligeiramente – o seu ponto de fusão nunca é atingido, de modo que não derrete nem sofre colapso estrutural.

O carburo de tungsténio tem umEstrutura cristalina hexagonal de embalagem fechada (HCP)Esta estrutura impede a difusão atômica ou a desordem estrutural a altas temperaturas:

• A temperatura ambiente, esta estrutura confere à WC a sua alta dureza (HRA 90 ̊93).
• Em altas temperaturas (por exemplo, 800 ° C), os átomos vibram ligeiramente, mas mantêm um arranjo ordenado, ao contrário dos metais comuns, que se deformam à medida que os átomos se soltam e as lacunas se ampliam.
• Em contraste, o aço de alta velocidade tem uma estrutura cúbica centrada no corpo (BCC), onde as lacunas atômicas se expandem facilmente a altas temperaturas, causando uma rápida perda de resistência.

Em ambientes industriais de alta temperatura, os materiais devem resistir não só à "temperatura" mas também à "corrosição ambiental" (por exemplo, oxidação no ar, reação com fluidos de corte).O carburo de tungstênio apresenta propriedades químicas estáveis a altas temperaturas:

• Em temperaturas inferiores a 800 °C, apenas uma fina película de óxido (WO3) se forma na sua superfície quando exposta ao ar. Esta película é densa e impede a oxidação do material interno.
• Não reage (por exemplo, não se dissolve nem corrói) com meios industriais comuns, tais como fluidos de corte de metais ou ligas de alumínio fundido.
• Ao contrário dos materiais cerâmicos (por exemplo, alumina), que também têm altos pontos de fusão, as cerâmicas tendem a reagir com metais fundidos a altas temperaturas, causando esbranquiçamento da superfície, um problema que a WC evita.

Uma pergunta comum surge: o cobalto tem um ponto de fusão de apenas 1.495°C, muito inferior ao WC, por isso, por que não prejudica a resistência ao calor?o cobalto (normalmente 615% em peso) atua como "fase ligante" e não existe isoladamenteEm vez disso, é uniformemente dispersado entre os grãos WC, formando uma microestrutura onde os grãos WC são encapsulados pela fase Co".

Na temperatura ambiente, o cobalto é um metal dúctil que "liga" grãos duros, mas frágeis de WC juntos para evitar rachaduras.O cobalto amolece ligeiramente (tornando-se “semi-sólido”), mas não derrete completamente nem flui para longe:

• Este ligeiro amolecimento realmente "ampara" o esforço térmico entre os grãos de WC (materiais diferentes expandem-se a velocidades diferentes a altas temperaturas, criando estresse),Prevenção de rachaduras do material devido ao acúmulo de tensões.
• Enquanto isso, a força de ligação (ligação metalúrgica) entre os grãos de cobalto e WC permanece forte a altas temperaturas, ao contrário dos ligantes feitos de outros metais de baixa fusão (por exemplo, cobre, ponto de fusão 1,085°C), que derreteria e perderia a sua capacidade de ligação a 800 °C.

Em altas temperaturas, os grãos do material tendem a "crescer" (grãos pequenos se fundem em grãos maiores), levando à perda de dureza.O cobalto atua como um "inibidor" para prevenir o crescimento excessivo de grãos WC a altas temperaturas:

• Os átomos de cobalto adsorvem-se na superfície dos grãos WC (nos limites dos grãos), formando uma "camada de barreira" que retarda a difusão dos átomos WC e inibe a fusão dos grãos.
• Sem cobalto, os grãos de WC cresceriam de 3 μm para mais de 8 μm após 10 horas a 800 ° C, reduzindo a dureza em 20%.

Além das propriedades individuais dos seus componentes, a "microstrutura densa" formada por WC e cobalto aumenta ainda mais a resistência ao calor.Os carburos cementados WC-Co de alta qualidade são submetidos a sinterização a alta temperatura (1A densidade é geralmente ≥ 14,5 g/cm3 e as vantagens desta estrutura são as seguintes:

Se um material contém poros, o ar de alta temperatura ou meios corrosivos podem se infiltrar no interior através desses poros, acelerando a oxidação (por exemplo,cerâmicas com alta porosidade oxidam 3 vezes mais rapidamente do que o WC-Co)A estrutura densa da WC-Co:

• Não contém quase poros visíveis, pelo que o oxigénio externo só pode entrar em contacto com a superfície do material e não pode penetrar para dentro.
• A película de óxido WO3 formada na superfície (abaixo de 800 °C) adere firmemente à estrutura densa, proporcionando uma "dupla protecção" contra uma oxidação posterior.

Em cenários de alta temperatura, os materiais geralmente suportam cargas (por exemplo, forças de corte, pressão do molde).A distribuição uniforme dos grãos WC em WC-Co garante que as cargas sejam uniformemente transferidas através da fase Co para cada grão WC, evitando a concentração de tensão localizada:

• Por exemplo, nos moldes de fundição a moagem em liga de alumínio, o molde deve suportar 20 MPa de pressão a 400°C. A estrutura uniforme do WC-Co dispersa esta pressão,Prevenção da deformação devido ao amolecimento localizado a altas temperaturas.
• Em contraste, o aço de alta velocidade apresenta dureza desigual a altas temperaturas, levando a indentations em áreas mais macias e falha do molde.

Para realçar as suas vantagens, a seguir está uma comparação do WC-Co com outros materiais comuns "resistentes ao desgaste e ao calor" utilizados na indústria:

Como mostrado, embora a resistência ao calor do WC-Co ′ seja ligeiramente menor do que a da cerâmica de alumina, ele equilibra ′′resistência ao calor + resistência ao impacto" (as cerâmicas são propensas a rachaduras a altas temperaturas).Em comparação com o aço de alta velocidade e o aço carbono, as suas vantagens em resistência ao calor e retenção da dureza são significativas, tornando-a uma das melhores opções para cenários de "desgaste a altas temperaturas + carga".

A resistência ao calor do WC-Co varia com a sua formulação, influenciada principalmente por:Teor de cobaltoeTamanho do grão do carburo de tungsténioConsidere estes fatores ao selecionar uma nota:

Com uma dureza suficiente para evitar a fissuração, um menor teor de cobalto significa uma maior proporção de WC· e uma melhor resistência ao calor:

• Baixo teor de cobalto (6% ou 8%, por exemplo, YG6): Alto teor de WC, mantendo ≥92% de dureza a altas temperaturas. Adequado para cenários de baixo impacto e altas temperaturas (por exemplo, ferramentas de moagem de precisão).
• Cobalto médio (812%, por exemplo, YG8): equilibra a resistência ao calor e a dureza. Adequado para cenários de impacto médio e temperatura média (por exemplo, ferramentas de corte de uso geral).
• Alto nível de cobalto (1215%, por exemplo, YG15): Excelente dureza e resistência ao impacto, mas mantém a dureza ≤ 85% a altas temperaturas. Adequado para cenários de alto impacto e baixa temperatura (por exemplo,Forno de mineração).

O WC de grãos finos (1μ3μm) tem mais limites de grãos, onde os átomos de cobalto atuam como "inibidores" mais fortes para impedir o crescimento do grão a altas temperaturas:

• WC-Co de grãos finos (por exemplo, YG6X): após 10 horas a 800 °C, o crescimento do grão é < 5% e a dureza permanece praticamente inalterada.
• WC-Co de grãos grosseiros (por exemplo, YG15): nas mesmas condições, o crescimento do grão excede 15% e a dureza diminui cerca de 10%.
• Para cenários de precisão de alta temperatura (por exemplo, luminárias de alta temperatura de semicondutores), dar prioridade às qualidades de grãos finos.

Muitos assumem que o WC-Co não tem resistência ao calor porque o cobalto tem um baixo ponto de fusão (1.495°C) – este é um mal-entendido típico que ignora a microstrutura do material:

• No WC-Co, o cobalto não existe "isolado", mas como uma "filme fina" que envolve os grãos do WC. Protegido pelo WC, ele não se amolece ou flui como o cobalto puro (que se torna semi-líquido a 800 ° C).
• Os ensaios práticos mostram que, a 800 °C, a fase de Co no WC-Co apenas suaviza ligeiramente (dureza ~HRC 20), mas ainda liga grãos de WC. Em contraste, o cobalto puro já é semi-líquido a 800 °C e não tem força.

A resistência ao calor dos carburos cimentados WC-Co não se deve a um único componente, mas à sinergia do esqueleto estável de alta fusão de ¥WC, da ligação e amortecimento a alta temperatura do cobalto e de um denso,Microestrutura uniformeEsta característica permite-lhe manter a dureza a 600°C e resistir a impactos e cargas moderadas, tornando-o ideal para cenários industriais como corte de metais, moldes a alta temperatura,e ambientes de mineração de alta temperatura.

Para os profissionais da indústria do carburo de tungstênio, ao recomendar produtos WC-Co, alinhar o grau com o cliente “temperatura máxima de funcionamento + carga de impacto":Escolha qualidades de grãos finos com baixo teor de cobalto (e.por exemplo, YG6X) para cenários de alta temperatura e baixo impacto; graus de cobalto médio e de grão médio (por exemplo, YG8) para cenários de temperatura média e de impacto médio; e graus de cobalto grosso e alto (por exemplo,YG15) para baixa temperatura, cenários de alto impacto.