Proprietà della lega di tungsteno

1.Densità

Il tungsteno ha una densità elevata, fino a 19,3 g/cm³, che di conseguenza conferisce alle leghe di tungsteno caratteristiche di alta densità. La loro densità è tipicamente compresa tra 16,5 e 19,0 g/cm³. Ad esempio, le comuni leghe di tungsteno-nichel-ferro hanno generalmente una densità compresa tra 17,0 e 18,5 g/cm³, mentre la densità delle leghe di tungsteno-rame varia tra 16,5 e 18,0 g/cm³ a seconda del contenuto di rame. Le leghe di tungsteno-cobalto (carburo di tungsteno) presentano solitamente densità comprese nell'intervallo 14,0-15,0 g/cm³. Se si vuole conoscere proprietà del carburo di tungsteno clicca qui.

2. Resistenza alla trazione

Stato sinterizzato: La resistenza alla trazione di leghe di tungsteno prodotta attraverso la sinterizzazione con la metallurgia delle polveri rientra tipicamente nell'intervallo 600-1000 MPa. In questo stato, la microstruttura della lega è relativamente porosa e contiene alcuni vuoti, che ne limitano la resistenza.

Stato lavorato e rinforzato: Dopo trattamenti di rafforzamento come la forgiatura o la laminazione, la resistenza alla trazione delle leghe di tungsteno può essere notevolmente aumentata, raggiungendo valori compresi tra 1300-2000 MPa o addirittura superiori. Questo miglioramento è attribuito all'affinamento dei grani, a una microstruttura più densificata e a un aumento dei difetti cristallini (ad esempio, dislocazioni) causati dal processo di lavorazione. Questi fattori impediscono la deformazione da scorrimento sotto carico, aumentando così la resistenza alla trazione. Ad esempio, la resistenza alla trazione delle leghe di tungsteno ad alte prestazioni sottoposte a processi di laminazione specializzati può superare i 2000 MPa.

3. Resistenza allo snervamento

Stato as-sinterizzato: Il limite di snervamento delle leghe di tungsteno sinterizzate è solitamente compreso tra 400-800 MPa. La presenza di pori interni e di un legame relativamente debole tra i bordi dei grani significa che la deformazione plastica può iniziare a livelli di stress relativamente bassi.

4.Allungamento

Stato sinterizzato: L'allungamento delle leghe di tungsteno sinterizzate è generalmente compreso tra 10%-30%. La struttura interna non sufficientemente densa del corpo sinterizzato, contenente alcuni difetti, lo rende incline alla propagazione di cricche durante il carico di trazione, con conseguente rottura anticipata e quindi un allungamento relativamente inferiore.

Stato lavorato e trattato termicamente: Tecniche di lavorazione e trattamento termico appropriate, come l'estrusione a caldo o la ricottura, possono migliorare la microstruttura della lega, eliminare alcuni difetti interni e aumentare la plasticità e la tenacità del materiale. Ciò si traduce in un migliore allungamento, con alcune leghe di tungsteno che raggiungono un allungamento di 30%-50%. Ad esempio, le leghe di tungsteno sottoposte a trattamenti di lavorazione e ricottura a caldo attentamente studiati possono raggiungere un allungamento di circa 40%.

5.Durezza

Durezza Brinell (HB)

Stato sinterizzato: La durezza Brinell delle leghe di tungsteno sinterizzato varia in genere da 200 a 350 HB. Il limitato grado di densificazione in questo stato determina una durezza relativamente inferiore.

Stato rafforzato: Dopo i trattamenti di rafforzamento (ad esempio, aggiunta di fasi dure, incrudimento), la durezza della lega aumenta notevolmente, con valori di durezza Brinell che raggiungono i 400-600 HB o superiori. Ad esempio, la durezza Brinell delle leghe di tungsteno che incorporano particelle di carburo ad alta durezza può superare i 600 HB dopo una lavorazione speciale.

Durezza Rockwell (HRC): La durezza Rockwell delle leghe di tungsteno rientra generalmente nell'intervallo 30-50 HRC. Il valore specifico varia a seconda della composizione della lega e della tecnologia di lavorazione. Regolando gli elementi di lega e i processi di trattamento termico, la durezza Rockwell può essere controllata all'interno di un intervallo adeguato per soddisfare le diverse esigenze applicative.

6.Modulo elastico

Il modulo elastico delle leghe di tungsteno è tipicamente compreso tra 300-400 GPa. Questo valore elevato indica una forte resistenza alla deformazione elastica, che consente alla lega di mantenere un'eccellente stabilità dimensionale sotto carico. Ad esempio, nei componenti aerospaziali realizzati con leghe di tungsteno, l'elevato modulo elastico assicura il mantenimento di dimensioni e forme precise in condizioni di carico complesse, garantendo il corretto funzionamento delle apparecchiature.

7.Durezza all'urto

La tenacità all'urto è una proprietà meccanica che misura la capacità di un materiale di assorbire energia e resistere alla frattura in caso di impatto ad alta velocità o di carico dinamico. È particolarmente importante per valutare la tendenza alla fragilità dei materiali. Per le leghe di tungsteno, si tratta di un parametro critico ma impegnativo a causa della fragilità intrinseca del tungsteno metallico stesso.

Valori tipici e gamma:

La tenacità all'urto delle leghe di tungsteno viene tipicamente misurata con il test d'urto Charpy V-notch e i valori oscillano generalmente in un ampio intervallo compreso tra 20 e 150 Joule. Il valore specifico dipende in larga misura dai seguenti fattori fondamentali:

Composizione e microstruttura della lega:

Contenuto e tipo di fase legante: È il fattore che influisce maggiormente. Le leghe di tungsteno sono solitamente costituite da particelle di tungsteno ad alto punto di fusione (fase fragile) e da una fase legante metallica duttile (ad esempio, Ni, Fe, Cu, Co).

Alto contenuto di fasi leganti (ad esempio, >10%): Un contenuto più elevato di fasi duttili come il nichel-ferro incapsula meglio le particelle di tungsteno, assorbendo una maggiore energia d'impatto attraverso la deformazione plastica e migliorando così in modo significativo la tenacità. Ad esempio, l'energia d'impatto di una lega 93W-Ni-Fe è in genere molto più elevata di quella di una lega 97W-Ni-Fe.

Tipo di fase legante: Le fasi leganti nichel-ferro forniscono generalmente una migliore tenacità e prestazioni d'impatto rispetto alle fasi leganti cobalto o rame.

Morfologia e connettività delle particelle di tungsteno: La microstruttura ideale prevede particelle di tungsteno sferiche uniformemente distribuite e circondate da una rete continua di fase legante. Se le particelle di tungsteno entrano direttamente in contatto tra loro, formando "confini tra i grani di tungsteno e tungsteno", queste interfacce deboli diventano facili percorsi per la propagazione di cricche, riducendo drasticamente la tenacità all'impatto.

Stato di lavorazione e trattamento termico:

Stato as-sinterizzato: Le leghe di tungsteno allo stato as-sinterizzato possiedono in genere una tenacità moderata. La loro tenacità all'impatto è influenzata principalmente dalla densità e dall'omogeneità microstrutturale. I pori residui riducono significativamente la tenacità.

Stato trattato termomeccanicamente (forgiatura, laminazione, estrusione): Queste tecniche di lavorazione termomeccanica possono migliorare drasticamente la tenacità all'impatto. Si ottengono attraverso:

Frattura dei confini iniziali dei grani di tungsteno-tungsteno: Rottura della rete fragile di grani di tungsteno interconnessi.

Affinamento della struttura dei grani: Si ottengono particelle di tungsteno e fase legante più fini.

Aumento della densità di dislocazione: Aumenta la resistenza, che influenza indirettamente la tenacità.

Le leghe sottoposte a un'adeguata lavorazione termomeccanica possono vedere la loro energia d'impatto aumentare più volte rispetto allo stato as-sinterizzato, raggiungendo l'estremità superiore della gamma (ad esempio, oltre 100 J).

Stato trattato termicamente: I trattamenti successivi, come il trattamento in soluzione o l'invecchiamento, possono ottimizzare la composizione e la distribuzione della fase legante e alleviare le tensioni di lavorazione. In questo modo si migliora ulteriormente la tenacità o si raggiunge un equilibrio ottimale tra resistenza e tenacità.

Esempio:

Una tipica lega 90W-7Ni-3Fe sinterizzata può avere un'energia d'urto Charpy V-notch di circa 30-50 J.

L'energia d'impatto di una lega della stessa composizione può essere aumentata drasticamente fino a 100 J o più dopo essere stata sottoposta a pressatura isostatica a caldo (HIP) per eliminare la porosità residua, seguita dalla forgiatura e da un'adeguata ricottura.

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