Il carburo di tungsteno è più forte dell'acciaio?

Il carburo di tungsteno è più forte dell'acciaio? La risposta è sì. Carburo di tungsteno è significativamente più forte di tutti i tipi di acciaio. La durezza del carburo di tungsteno è di solito da 2 a 3 volte quella dell'acciaio legato di alta qualità, e può addirittura raggiungere 4 volte o più in base a determinati standard di misurazione. Come professionista produttore di prodotti in carburo di tungstenoIn questa sede, confronterò la durezza e gli scenari di utilizzo del carburo di tungsteno e dell'acciaio, confrontando le loro applicazioni industriali. Innanzitutto, possiamo spiegare nel dettaglio diversi aspetti:

1. Confronto diretto della durezza:

Carburo di tungsteno (WC): La sua durezza è tipicamente compresa tra 8,5 e 9 sulla scala Mohs, e la sua durezza Vickers (HV) può raggiungere 1800HV o anche più.

Acciaio: L'acciaio presenta un'ampia gamma di durezze, a seconda del tipo e del trattamento termico.

Acciaio strutturale ordinario: La sua durezza è molto bassa, con una durezza Vickers di circa 150-250 HV.

Acciaio per utensili/acciaio per stampi temprato: È il livello di durezza più elevato che l'acciaio possa raggiungere, con una durezza Rockwell (HRC) di circa 60-68. Convertito in una durezza Vickers di circa 700-900 HV. Acciaio ad alta velocità (HSS): Acciaio per utensili ad alte prestazioni con una durezza di 64-68 HRC (circa 850-900 HV).

Conclusione: Anche l'acciaio più duro (~900 HV) è duro solo la metà del carburo di tungsteno (~1800 HV). Il carburo di tungsteno è da due a tre volte più duro dell'acciaio temprato ad alto tenore di carbonio. Si veda il grafico a barre qui sotto:

2. Perché il carburo di tungsteno è così duro?

A cominciare dalla sua microstruttura:

Acciaio: Composto principalmente da ferro (Fe), carbonio (C) e altri elementi di lega (come cromo, molibdeno e vanadio). La sua elevata durezza deriva principalmente dalla struttura della martensite che si forma dopo il trattamento termico (tempra). Si tratta di una struttura metastabile in cui gli atomi di carbonio sono sovrasaturi nel reticolo del ferro, causando una distorsione del reticolo stesso, con conseguente estrema durezza ma anche maggiore fragilità.

Carburo di tungsteno: È un materiale cermetico composto da atomi di tungsteno (W) e carbonio (C) legati da legami covalenti estremamente forti. La forza di questi legami atomici rende la sua struttura cristallina estremamente stabile e dura. I prodotti in "carburo di tungsteno" che usiamo comunemente (come coltelli e punte da trapano) sono in realtà un carburo cementato formato dalla sinterizzazione di particelle di carburo di tungsteno (che conferiscono durezza) con un legante metallico di cobalto (Co) (che conferisce tenacità). Anche con l'aggiunta di cobalto, la sua durezza complessiva rimane di gran lunga superiore a quella dell'acciaio.

3. Il prezzo della durezza: La durezza (la fragilità):

Sebbene il carburo di tungsteno sia estremamente duro, presenta uno svantaggio significativo: è fragile e ha una scarsa tenacità.

Acciaio: Ha un'eccellente resistenza e può sopportare piegature, urti e deformazioni senza rompersi. Un buon coltello d'acciaio può essere piegato in modo significativo e rimbalzare.

Carburo di tungsteno: È molto fragile e tende a scheggiarsi e a frantumarsi piuttosto che a piegarsi se sottoposto a un impatto brusco o a una pressione impropria. Se si colpisce una punta in carburo di tungsteno, questa potrebbe scheggiarsi.

È come paragonare vetro e plastica: il vetro (come il carburo di tungsteno) è molto duro e resistente all'usura, ma si frantuma facilmente in caso di caduta; la plastica (come l'acciaio) è più morbida e si graffia facilmente, ma è difficile da rompere. Tabella riassuntiva e di confronto

Proprietà	Carburo di tungsteno (metallo duro)	Acciaio ad alta resistenza (ad esempio, Acciaio per utensili)
Durezza	Estremamente alto (1800+ HV)	Alto (700-900 HV)
La robustezza	Basso (fragile, soggetto a scheggiature)	Alto (resistente agli urti, pieghevole)
Resistenza all'usura	Eccellente	Buono
Resistenza alla compressione	Estremamente alto	Alto
Densità	Molto alto (~15,63 g/cm³)	Alto (~7,85 g/cm³)
Applicazioni primarie	Utensili da taglio, punte da trapano, stampi, parti resistenti all'usura	Lame, molle, ingranaggi, componenti strutturali, utensili

Scenari applicativi:

Scegliete il carburo di tungsteno: Quando si richiede una durezza, una resistenza all'usura e una durata estremamente elevate, soprattutto nella lavorazione di altri materiali duri (come acciaio, ghisa o materiali compositi). Alcuni esempi sono:

Utensili da tornio per macchine utensili, inserti di fresatura, punte per l'estrazione mineraria, casse per orologi, punte per penne di lusso (resistenti all'usura e non sbiadite), punte per chiodi e punte per dentisti.

Scegliete l'acciaio: Quando si richiede una combinazione di proprietà - durezza, resistenza agli urti e lavorabilità - pur mantenendo un certo livello di durezza. Alcuni esempi sono:

Martelli, piedi di porco, molle, coltelli da cucina, spade, asce, telai di automobili, cuscinetti, ingranaggi, alberi di trasmissione e strutture di apparecchiature.

Il carburo di tungsteno può sostituire l'acciaio nelle seguenti situazioni, aumentando la durata dei pezzi, riducendo i costi di produzione e migliorando la produttività.

1. Strumenti per il taglio del metallo: Utensili da tornio, frese e punte da trapano.

Prodotti in acciaio sostituiti: Utensili in acciaio ad alta velocità (HSS). Esempio specifico:

Nella lavorazione di acciaio, ghisa, acciaio inox o leghe più dure a base di nichel su centri di lavoro CNC, le punte o le frese in acciaio ad alta velocità possono usurarsi e diventare opache dopo poche decine di pezzi.

Soluzione alternativa: Sostituire il tagliente dell'utensile con inserti in carburo di tungsteno (inserti indicizzabili) o utilizzare punte/frese in carburo solido.

Vantaggi:

Velocità di taglio: Il metallo duro consente velocità di taglio da 4 a 8 volte superiori rispetto all'acciaio ad alta velocità, migliorando notevolmente l'efficienza produttiva.

Durata di vita: La durata degli utensili si allunga di decine o addirittura centinaia di volte, riducendo le sostituzioni e i tempi di fermo.

Qualità della lavorazione: L'accuratezza dimensionale e la finitura superficiale vengono mantenute meglio.

2. Stampi per trafilatura

Prodotto in acciaio sostituito: Acciaio per utensili.

Esempio specifico:

Nella produzione di fili di rame, acciaio e leghe di alluminio, il filo viene trafilato a forza attraverso un foro chiamato "filiera" per ridurne lo spessore. Questo processo causa un'estrema usura del foro interno della filiera.

Soluzione alternativa: Utilizzare matrici di trafilatura in carburo. Il foro della matrice è tipicamente in diamante policristallino (PCD), ma la base della matrice è quasi interamente in carburo.

Vantaggi:

Resistenza all'usura: Durata centinaia di volte superiore a quella delle filiere in acciaio, per garantire la stabilità dimensionale e la qualità superficiale del filo trafilato.

Efficienza: In grado di sopportare velocità di trafilatura più elevate e una maggiore riduzione della superficie.

3. Parti e guarnizioni resistenti all'usura

Prodotti in acciaio sostituiti: Parti resistenti all'usura in acciaio temprato e acciaio inossidabile.

Esempio specifico:

Tenute meccaniche nelle pompe a sabbia: Utilizzate per pompare liquidi contenenti particelle solide (come sabbia, ghiaia e fanghi). Questi materiali granulari possono causare una forte erosione e usura delle superfici di tenuta. Le tenute in acciaio hanno una durata molto breve.

Alternativa: Utilizzare il carburo di tungsteno (tipicamente YG) per le tenute dinamiche e statiche.

Vantaggi: L'elevatissima resistenza all'usura garantisce una lunga durata e l'affidabilità della tenuta in condizioni operative difficili, riducendo in modo significativo i costi di manutenzione e i tempi di fermo.

4. Rulli

Prodotti in acciaio sostituiti: Rotoli di acciaio legato ad alta resistenza nei laminatoi a freddo. Esempio specifico:

Nel treno di finitura (stand di prefinitura e finitura) di un mulino a vergella ad alta velocità, i rulli devono operare continuamente in condizioni di elevata sollecitazione e temperatura, con conseguente rapida usura.

Soluzione alternativa: Utilizzare rulli di carburo (in genere a base di carburo di tungsteno).

Vantaggi:

Resistenza all'usura: Durata maggiore rispetto ai rulli in acciaio, per ridurre le sostituzioni dei rulli e migliorare la disponibilità del mulino.

Precisione del prodotto: Il mantenimento a lungo termine delle dimensioni della scanalatura garantisce un'elevata precisione dimensionale e una qualità superficiale costante della vergella.

5. Strumenti per l'estrazione mineraria: Punte da trapano per roccia

Prodotti in acciaio sostituiti: Punte in acciaio carburato o in acciaio legato.

Esempio specifico:

Nella perforazione di petrolio e gas e nell'estrazione mineraria, le punte utilizzate per la perforazione a percussione (come le punte a fessura e a croce) si scontrano e sfregano direttamente contro la roccia dura.

Soluzione alternativa: Le moderne punte da roccia sono dotate di denti in carburo incorporati nel tagliente (in genere del tipo YG, che offre un'eccellente resistenza agli urti). Vantaggi:

La sua durezza e resistenza all'usura gli consentono di frantumare facilmente la roccia, mentre le punte in acciaio si usurerebbero rapidamente e si guasterebbero. Questo è uno degli esempi più riusciti e diffusi di sostituzione del carburo cementato con l'acciaio.

Sintesi e limiti principali:

Il carburo cementato non è una panacea; la sua sostituzione è condizionata:

Vantaggi: Elevata durezza (HRA 82-94), buona resistenza all'usura ed elevata resistenza alla compressione.

Svantaggi: Fragilità, bassa resistenza alla flessione, scarsa tenacità e prezzo elevato.

Pertanto, non può sostituire le strutture in acciaio che devono resistere a impatti significativi, a sollecitazioni di flessione o che richiedono una robustezza complessiva, come i telai delle automobili, le scocche delle macchine e i telai.

Strutture in acciaio in ponti, molle, chiavi e altri utensili.

La sostituzione del carburo cementato è essenzialmente un compromesso tra resistenza all'usura e tenacità. Nei settori in cui la resistenza all'usura è fondamentale, sostituisce perfettamente l'acciaio, apportando un progresso rivoluzionario.

In sintesi, il carburo di tungsteno supera innegabilmente tutti gli acciai in termini di durezza pura. Tuttavia, non è esente da difetti: la sua fragilità ne limita l'uso in molte applicazioni che richiedono resistenza agli urti. Si tratta di due importanti materiali industriali con proprietà complementari.

La nostra azienda è tra le prime dieci in Cina prodotti in carburo di tungsteno produttori. Se avete bisogno di prodotti in carburo cementato, vi invitiamo a contattateci.