La tensión admisible del carburo de wolframio cementado

Carburo de wolframio cementado se utiliza con frecuencia en el diseño de ingeniería, y la comprensión de la tensión admisible del carburo de tungsteno cementado ayuda a los ingenieros a seleccionar los materiales adecuados. La tensión admisible se refiere a la tensión máxima que un material puede soportar con seguridad a largo plazo; superar este valor puede causar deformación o fractura. Como aleación dura representativa, la tensión admisible del carburo de tungsteno cementado se ve influida por la composición, la temperatura, las técnicas de procesamiento y otros factores. Los valores específicos requieren un análisis basado en las condiciones reales.

Compuesto por átomos de tungsteno y carbono, el carburo de tungsteno cementado se aproxima a la dureza del diamante natural y presenta una excepcional resistencia al desgaste. Este material suele utilizar cobalto como fase aglutinante: un mayor contenido de cobalto mejora la tenacidad, pero puede reducir la dureza y la tensión admisible. Por ejemplo, el carburo de wolframio cementado con cobalto 6% suele tener una resistencia a la compresión de entre 4.000 y 5.000 MPa, aunque el esfuerzo práctico admisible aplica un factor de seguridad, normalmente de 1/5 a 1/3 de la resistencia a la compresión.

La temperatura influye significativamente en la tensión admisible. Aunque es estable a temperatura ambiente, el carburo de tungsteno cementado se reblandece por encima de los 500°C, lo que provoca que la tensión admisible descienda bruscamente. Los datos experimentales muestran que la tensión admisible disminuye aproximadamente 8%-12% por cada 100°C de aumento de temperatura. Las aplicaciones de alta temperatura requieren una cuidadosa atención al diseño del sistema de refrigeración y al control de la temperatura.

Los procesos de fabricación determinan directamente el rendimiento del material. El carburo de tungsteno cementado producido mediante sinterización a baja presión reduce la porosidad en 0,5%-1% en comparación con los métodos convencionales, aumentando la tensión admisible en más de 15%. Los tratamientos superficiales, como los recubrimientos por deposición química de vapor (CVD), forman una capa de nitruro de titanio de 5-10 μm, lo que aumenta la tensión superficial admisible en unos 20% sin comprometer la tenacidad global.

La concentración de tensiones debe tenerse en cuenta en las aplicaciones prácticas. Debido a su fragilidad, deben evitarse los bordes afilados en el diseño de las piezas. Un fabricante de herramientas informó de que el aumento del radio del filo de corte de 0,1 mm a 0,3 mm triplicaba la vida útil de la herramienta. El control de la precarga durante el montaje también es fundamental, ya que una tensión excesiva puede iniciar microfisuras.

Los valores de tensión admisible varían según las normas. La norma ASTM B657 especifica un intervalo de tensión admisible de 800-1.200 MPa para el carburo de tungsteno cementado de calidad industrial, mientras que la norma DIN 4990 proporciona 600-1.000 MPa para condiciones específicas. La selección debe tener en cuenta el escenario de aplicación, por ejemplo, valores inferiores para cargas de impacto y valores medios o superiores para cargas estáticas.

El mantenimiento afecta a la durabilidad de la tensión admisible. Es esencial inspeccionar periódicamente el desgaste de la superficie; los desconchones superiores a 0,2 mm pueden reducir la capacidad de carga en 30%. La selección del lubricante también es importante: la grasa con sólidos lubricantes puede reducir la tensión de contacto en 15%-20% en comparación con los aceites estándar.

La inspección de materiales es crucial para garantizar la tensión admisible. Las pruebas ultrasónicas detectan defectos internos de hasta 0,1 mm y la difracción de rayos X analiza la distribución de la tensión residual. Las pruebas destructivas -incluidos los ensayos de flexión y compresión en tres puntos- deben realizarse por lote para verificar el cumplimiento de los requisitos de diseño.

Un caso práctico de ingeniería muestra que la sustitución de un eje de engranaje de maquinaria minera por carburo de tungsteno cementado aumentó la tensión admisible en 50% en comparación con el diseño original, aunque para ello fue necesario mejorar las estructuras de soporte. Esta modificación alargó la vida útil del equipo de 6 meses a 3 años, lo que demuestra las importantes ventajas de aplicar correctamente los datos de tensiones admisibles. Hay que tener en cuenta que los parámetros de los materiales nunca deben aplicarse a ciegas; es esencial realizar un análisis exhaustivo adaptado a las condiciones de funcionamiento específicas.