Is tungsten carbide an alloy ?

I. Il carburo di tungsteno è una lega?

Il carburo di tungsteno, con formula chimica WC, non è una lega. È un composto di tungsteno e carbonio. Una lega si riferisce a una sostanza metallica formata dalla miscelazione e dalla fusione di un metallo con uno o più altri metalli o non metalli, seguita da raffreddamento e solidificazione, che dà luogo a un prodotto solido con proprietà metalliche. Il carburo di tungsteno, invece, è un composto duro generato da una reazione chimica. È comunemente usato come materiale per la produzione di utensili da taglio, abrasivi o componenti resistenti all'usura.

II. Confronto della durezza: Tungsteno puro vs. carburo di tungsteno

In termini di durezza, il carburo di tungsteno è significativamente più duro del tungsteno puro. Il carburo di tungsteno è un materiale estremamente duro, con un grado di durezza Mohs pari a 9-9,5 e un valore di Durezza Rockwell (scala HRA) raggiungendo 94 HRA, avvicinandosi alla durezza del diamante. Sebbene anche il tungsteno puro sia un metallo ad alta durezza, la sua durezza è di gran lunga inferiore a quella del carburo di tungsteno. Questa eccezionale durezza conferisce al carburo di tungsteno un vantaggio unico nella produzione di prodotti resistenti all'usura, come utensili da taglio e abrasivi.

III. Confronto della durezza: Carburo di tungsteno vs. leghe di tungsteno

Quando si confronta la durezza del carburo di tungsteno e delle leghe di tungsteno, è fondamentale notare che la durezza delle leghe di tungsteno varia a seconda della loro composizione e del processo di produzione. Tuttavia, in generale, le leghe di tungsteno pure presentano una durezza inferiore rispetto al carburo di tungsteno. Grazie alla sua struttura composta stabile, il carburo di tungsteno possiede una durezza di gran lunga superiore a quella delle leghe metalliche semplici. Pertanto, il carburo di tungsteno è solitamente la scelta migliore nelle applicazioni che richiedono una durezza estremamente elevata.

IV. Campi di applicazione del carburo di tungsteno

4.1 Utensili da taglio e lavorazione:

Applicazione principale: Questo è il mercato più grande per il carburo di tungsteno. Utensili in carburo cementato (utensili di tornitura inserti in carburo, frese, punte in carburo di tungsteno, alesatori, maschi, ecc.) sono ampiamente utilizzati per la lavorazione di metalli, legno e materiali compositi mediante tornitura, fresatura, foratura, maschiatura, ecc.

Vantaggi: Elevata durezza, eccellente resistenza all'usura, durezza rossa superiore alle alte temperature (mantiene la durezza a temperature elevate), migliorando significativamente l'efficienza della lavorazione, la precisione e la durata dell'utensile.

4.2 Strumenti per l'estrazione mineraria e l'ingegneria:

Punte e picconi per trivellazioni: Utilizzate nelle perforazioni petrolifere, nell'esplorazione geologica, nell'estrazione del carbone e nello scavo di gallerie. Servono come denti da taglio per le punte da trapano (per le punte a cono a rullo, per le basi delle punte PDC) e come punte per i picconi delle testate stradali, resistendo a forti impatti e all'usura.

Punte da roccia: La sezione della punta delle punte da roccia a percussione.

Parti per macchine edili: Parti di usura come punte di pale di bulldozer ed escavatori, vomeri e anelli di tenuta di pompe per liquami.

4.3 Parti resistenti all'usura:

Guarnizioni: Meccaniche anelli di tenuta in carburo di tungsteno, sedi e nuclei di valvole utilizzati nelle pompe e nelle valvole dell'industria chimica, petrolifera ed energetica per resistere all'erosione dei fluidi e all'usura corrosiva.

Ugelli: Ugelli ad alta pressione per apparecchiature di sabbiatura, taglio a getto d'acqua e asciugatura a spruzzo, che resistono all'usura di particelle o fluidi ad alta velocità.

Stampi e strumenti di stampaggio: Filiere di trafilatura (per la trafilatura del metallo in fili sottili), stampi per l'intestazione a freddo, stampi per la metallurgia delle polveri e stampi per lo stampaggio, che utilizzano elevata durezza e resistenza all'usura per la formatura dei metalli.

Rotoli: Piastre di guida, rulli, ecc. per i mulini a vergella ad alta velocità.

4.4 Rivestimenti resistenti all'usura:

Spruzzatura termica: I rivestimenti in carburo di tungsteno vengono applicati tramite HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel), spruzzatura al plasma, ecc. su componenti critici (ad esempio, pale di turbine, valvole, alberi, corpi di pompe) per migliorare significativamente la resistenza all'usura e alla corrosione del substrato.

Tempra: Deposito di materiali compositi di carburo di tungsteno su superfici soggette a usura.

4.5 Componenti strutturali resistenti all'usura:

Cuscinetti e boccole: Utilizzati in condizioni operative speciali che comportano alte temperature, corrosione o che richiedono un'estrema resistenza all'usura.

Calibri e sonde: Punti di contatto o superfici di misura resistenti all'usura per strumenti di misura di precisione.

Articolazioni artificiali: I compositi a base di carburo di tungsteno sono utilizzati per le superfici di attrito in alcune articolazioni artificiali ad alte prestazioni di anca e ginocchio.

4.6 Militare e aerospaziale:

Penetratori perforanti: Utilizzato come materiale di base per i proiettili perforanti ad energia cinetica, grazie alla sua elevata densità e durezza.

Componenti ad alta temperatura: Rivestimenti delle gole degli ugelli dei razzi, pale delle turbine a gas e altre parti che richiedono resistenza all'ablazione e all'erosione ad alta temperatura (spesso in combinazione con altre ceramiche).

Armatura: incorporata come parte di un'armatura composita per migliorare la capacità di protezione.

4.7 Altre applicazioni:

Stampa 3D: Utilizzato come materiale in polvere nella produzione additiva di metalli (SLM - Selective Laser Melting, Binder Jetting) per produrre parti antiusura di forma complessa.

Gioielli: Utilizzato per la realizzazione di fedi nuziali da uomo e gioielli di moda grazie all'elevata durezza, alla resistenza ai graffi, alla resistenza alla deformazione, all'esclusiva lucentezza metallica e all'aspetto grigio.

Attrezzature sportive: Contrappesi per le teste delle mazze da golf (utilizzando l'alta densità), punte di bastoni da trekking, piombi da pesca.

Industria elettronica: Alcuni contatti elettrici e materiali per elettrodi ad alte prestazioni.

Industria nucleare: Alcuni componenti che richiedono elevata durezza e resistenza alle radiazioni.

V. Conclusioni

In sintesi, il carburo di tungsteno non è una lega ma un composto ad alta durezza. Rispetto al tungsteno puro e alle leghe di tungsteno, il carburo di tungsteno presenta un netto vantaggio in termini di durezza. Ciò rende il carburo di tungsteno ampiamente applicabile in numerosi settori industriali. Approfondendo la conoscenza delle proprietà e dei processi di produzione del carburo di tungsteno, possiamo utilizzare meglio questo materiale per facilitare il progresso e lo sviluppo delle industrie correlate.

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