Propiedades de la aleación de wolframio

1.Densidad

El wolframio tiene una densidad elevada, de hasta 19,3 g/cm³, lo que confiere características de alta densidad a las aleaciones de wolframio. Sus densidades suelen oscilar entre 16,5 y 19,0 g/cm³. Por ejemplo, las aleaciones comunes de wolframio-níquel-hierro suelen tener una densidad de entre 17,0 y 18,5 g/cm³, mientras que la densidad de las aleaciones de wolframio-cobre varía entre 16,5 y 18,0 g/cm³ en función del contenido de cobre. Las aleaciones de wolframio-cobalto (carburo de tungsteno) suelen presentar densidades del orden de 14,0-15,0 g/cm³. Si desea saber propiedades del carburo de tungsteno haga clic aquí.

2.Resistencia a la tracción

Estado asinterizado: La resistencia a la tracción de aleaciones de tungsteno producido mediante sinterización pulvimetalúrgica suele situarse entre 600 y 1000 MPa. En este estado, la microestructura de la aleación es relativamente porosa y contiene ciertos vacíos, lo que limita su resistencia.

Estado trabajado y reforzado: Tras tratamientos de refuerzo como la forja o el laminado, la resistencia a la tracción de las aleaciones de wolframio puede aumentar considerablemente, alcanzando valores entre 1300-2000 MPa o incluso superiores. Esta mejora se atribuye al refinamiento del grano, a una microestructura más densificada y a un aumento de los defectos cristalinos (por ejemplo, dislocaciones) causados por el proceso de trabajo. Estos factores impiden la deformación por deslizamiento bajo carga, aumentando así la resistencia a la tracción. Por ejemplo, la resistencia a la tracción de las aleaciones de tungsteno de alto rendimiento sometidas a procesos de laminación especializados puede superar los 2000 MPa.

3.Límite elástico

Estado sinterizado: El límite elástico de las aleaciones de wolframio sinterizadas suele estar entre 400-800 MPa. La presencia de poros internos y la unión relativamente débil de los límites de grano significa que la deformación plástica puede iniciarse a niveles de tensión relativamente bajos.

4.Elongación

Estado sinterizado: El alargamiento de las aleaciones de wolframio sinterizadas oscila generalmente entre 10%-30%. La estructura interna insuficientemente densa del cuerpo sinterizado, que contiene ciertos defectos, lo hace propenso a la propagación de grietas durante la carga de tracción, lo que conduce a una fractura más temprana y, por tanto, a un alargamiento relativamente menor.

Estado trabajado y tratado térmicamente: Unas técnicas adecuadas de procesamiento y tratamiento térmico, como la extrusión en caliente o el recocido, pueden mejorar la microestructura de la aleación, eliminar algunos defectos internos y aumentar la plasticidad y tenacidad del material. El resultado es un alargamiento mejorado, con algunas aleaciones de tungsteno que alcanzan un alargamiento de 30%-50%. Por ejemplo, las aleaciones de tungsteno sometidas a tratamientos de trabajo en caliente y recocido cuidadosamente diseñados pueden alcanzar un alargamiento de alrededor de 40%.

5.Dureza

Dureza Brinell (HB)

Estado sinterizado: La dureza Brinell de las aleaciones de wolframio sinterizado oscila normalmente entre 200 y 350 HB. El grado limitado de densificación en este estado da como resultado una dureza relativamente más baja.

Estado reforzado: Tras tratamientos de refuerzo (por ejemplo, adición de fases duras, endurecimiento por deformación), la dureza de la aleación aumenta significativamente, con valores de dureza Brinell que alcanzan 400-600 HB o más. Por ejemplo, la dureza Brinell de las aleaciones de wolframio que incorporan partículas de carburo de alta dureza puede superar los 600 HB tras un tratamiento especial.

Dureza Rockwell (HRC): La dureza Rockwell de las aleaciones de wolframio suele estar comprendida entre 30 y 50 HRC. El valor específico varía en función de la composición de la aleación y la tecnología de procesamiento. Ajustando los elementos de aleación y los procesos de tratamiento térmico, la dureza Rockwell puede controlarse dentro de un rango adecuado para satisfacer los diferentes requisitos de aplicación.

6.Módulo elástico

El módulo elástico de las aleaciones de wolframio suele situarse entre 300-400 GPa. Este alto valor indica una fuerte resistencia a la deformación elástica, lo que permite a la aleación mantener una excelente estabilidad dimensional bajo carga. Por ejemplo, en los componentes aeroespaciales fabricados con aleaciones de tungsteno, el alto módulo elástico asegura el mantenimiento de dimensiones y formas precisas en condiciones de carga complejas, garantizando el correcto funcionamiento de los equipos.

7.Resistencia al impacto

La tenacidad al impacto es una propiedad mecánica que mide la capacidad de un material para absorber energía y resistir la fractura bajo un impacto a alta velocidad o una carga dinámica. Es especialmente importante para evaluar la tendencia a la fragilidad de los materiales. En el caso de las aleaciones de tungsteno, se trata de un parámetro crítico pero difícil debido a la fragilidad inherente al propio tungsteno metálico.

Valores típicos y rango:

La tenacidad al impacto de las aleaciones de tungsteno se mide normalmente mediante el ensayo de impacto Charpy V-notch, y los valores fluctúan generalmente dentro de un amplio rango de 20 a 150 julios. El valor específico depende en gran medida de los siguientes factores básicos:

Composición de la aleación y microestructura:

Contenido y tipo de fase aglutinante: Este es el factor que más influye. Las aleaciones de tungsteno suelen constar de partículas de tungsteno de alto punto de fusión (fase frágil) y una fase aglutinante metálica dúctil (por ejemplo, Ni, Fe, Cu, Co).

Alto contenido de fase aglutinante (por ejemplo, >10%): Un mayor contenido de fases dúctiles como el níquel-hierro encapsula mejor las partículas de wolframio, absorbiendo más energía de impacto a través de la deformación plástica, lo que mejora significativamente la tenacidad. Por ejemplo, la energía de impacto de una aleación 93W-Ni-Fe suele ser mucho mayor que la de una aleación 97W-Ni-Fe.

Tipo de fase aglutinante: Las fases aglutinantes de níquel-hierro generalmente proporcionan mejor tenacidad y comportamiento al impacto que las fases aglutinantes de cobalto o cobre.

Morfología y conectividad de las partículas de wolframio: La microestructura ideal presenta partículas esféricas de tungsteno distribuidas uniformemente y rodeadas por una red continua de la fase aglutinante. Si las partículas de tungsteno entran en contacto directo entre sí, formando "límites de grano de tungsteno-tungsteno", estas interfaces débiles se convierten en vías fáciles para la propagación de grietas, reduciendo drásticamente la tenacidad al impacto.

Estado de transformación y tratamiento térmico:

Estado sinterizado: Las aleaciones de tungsteno en estado sinterizado poseen normalmente una tenacidad moderada. Su tenacidad al impacto se ve influida principalmente por la densidad y la homogeneidad microestructural. Los poros residuales reducen significativamente la tenacidad.

Estado procesado termomecánicamente (forja, laminado, extrusión): Estas técnicas de procesamiento termomecánico pueden mejorar drásticamente la tenacidad al impacto. Esto se consigue mediante:

Fractura de los límites iniciales de los granos de wolframio-tungsteno: Rompiendo la red frágil de granos de tungsteno interconectados.

Refinamiento de la estructura del grano: El resultado son partículas de wolframio y fase aglutinante más finas.

Aumento de la densidad de dislocación: Aumento de la resistencia, que influye indirectamente en la tenacidad.

Las aleaciones sometidas a un tratamiento termomecánico adecuado pueden ver cómo su energía de impacto aumenta varias veces en comparación con el estado sinterizado, alcanzando el extremo superior de la gama (por ejemplo, más de 100 J).

Estado tratado térmicamente: Los tratamientos posteriores, como el tratamiento por disolución o el envejecimiento, pueden optimizar la composición y la distribución de la fase aglutinante y aliviar las tensiones de transformación. Esto mejora aún más la tenacidad o logra un equilibrio óptimo entre resistencia y tenacidad.

Por ejemplo:

Una aleación 90W-7Ni-3Fe sinterizada típica puede tener una energía de impacto Charpy V-notch de unos 30-50 J.

La energía de impacto de una aleación de la misma composición puede aumentar drásticamente hasta 100 J o más tras someterse a un prensado isostático en caliente (HIP) para eliminar la porosidad residual, seguido de un forjado y un recocido adecuado.

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