A tensão admissível do carboneto de tungsténio cimentado

Carboneto de tungsténio cimentado é frequentemente utilizado em projectos de engenharia, e compreender a tensão admissível do carboneto de tungsténio cimentado ajuda os engenheiros a selecionar os materiais adequados. A tensão admissível refere-se à tensão máxima que um material pode suportar com segurança a longo prazo; exceder este valor pode causar deformação ou fratura. Como liga dura representativa, a tensão admissível do carboneto de tungsténio cementado é influenciada pela composição, temperatura, técnicas de processamento e outros factores. Os valores específicos requerem uma análise baseada nas condições actuais.

Composto por átomos de tungsténio e carbono, o carboneto de tungsténio cimentado aproxima-se da dureza do diamante natural e apresenta uma excecional resistência ao desgaste. Este material utiliza frequentemente o cobalto como fase aglutinante - um teor mais elevado de cobalto melhora a tenacidade, mas pode reduzir a dureza e a tensão admissível. Por exemplo, o carboneto de tungsténio cimentado com cobalto 6% tem normalmente uma resistência à compressão entre 4.000-5.000 MPa, embora a tensão prática admissível aplique um fator de segurança, normalmente 1/5 a 1/3 da resistência à compressão.

A temperatura tem um impacto significativo na tensão admissível. Embora estável à temperatura ambiente, o carboneto de tungsténio cimentado amolece acima dos 500°C, fazendo com que a tensão admissível diminua drasticamente. Os dados experimentais mostram que a tensão admissível diminui em aproximadamente 8%-12% por cada aumento de temperatura de 100°C. As aplicações a altas temperaturas requerem uma atenção especial à conceção do sistema de arrefecimento e à monitorização da temperatura.

Os processos de fabrico determinam diretamente o desempenho do material. O carboneto de tungsténio cimentado produzido por sinterização a baixa pressão reduz a porosidade em 0,5%-1% em comparação com os métodos convencionais, aumentando a tensão admissível em mais de 15%. Os tratamentos de superfície, como os revestimentos por deposição química de vapor (CVD), formam uma camada de nitreto de titânio de 5-10 μm, aumentando a tensão admissível na superfície em cerca de 20%, sem comprometer a tenacidade do material.

A concentração de tensões deve ser tida em conta nas aplicações práticas. Devido à sua fragilidade, as arestas vivas devem ser evitadas na conceção das peças. Um fabricante de ferramentas informou que o aumento do raio da aresta de corte de 0,1 mm para 0,3 mm triplicou a vida útil da ferramenta. O controlo da pré-carga durante a montagem também é fundamental, uma vez que a tensão excessiva pode dar origem a microfissuras.

Os valores de tensão admissíveis variam consoante as normas. A norma ASTM B657 especifica uma gama de tensões admissíveis de 800-1.200 MPa para o carboneto de tungsténio cimentado de grau industrial, enquanto a norma DIN 4990 fornece 600-1.000 MPa para condições específicas. A seleção deve ter em conta o cenário de aplicação - por exemplo, valores mais baixos para cargas de impacto e valores médios a superiores para cargas estáticas.

A manutenção afecta a durabilidade da tensão admissível. A inspeção regular do desgaste da superfície é essencial; a fragmentação superior a 0,2 mm pode reduzir a capacidade de suporte de carga em 30%. A seleção do lubrificante também é importante: massa lubrificante com lubrificantes pode reduzir a tensão de contacto em 15%-20% em comparação com os óleos normais.

A inspeção de materiais é crucial para garantir a tensão admissível. Os testes ultra-sónicos detectam defeitos internos tão pequenos como 0,1 mm, e a difração de raios X analisa a distribuição da tensão residual. Os testes destrutivos - incluindo testes de flexão e compressão de três pontos - devem ser efectuados por lote para verificar a conformidade com os requisitos do projeto.

Um estudo de caso de engenharia mostra que a substituição de um eixo de engrenagem em máquinas mineiras por carboneto de tungsténio cimentado aumentou a tensão admissível em 50% em comparação com o projeto original, embora isso tenha exigido estruturas de suporte melhoradas. Esta modificação prolongou a vida útil do equipamento de 6 meses para 3 anos, demonstrando os benefícios significativos da aplicação correta dos dados de tensão admissível. Note-se que os parâmetros dos materiais nunca devem ser aplicados às cegas; é essencial uma análise exaustiva adaptada a condições de funcionamento específicas.