O carboneto de tungsténio é mais forte do que o aço?

O carboneto de tungsténio é mais forte do que o aço? A resposta é sim. Carboneto de tungsténio é significativamente mais forte do que todos os tipos de aço. A dureza do carboneto de tungsténio é normalmente 2 a 3 vezes superior à do aço de liga de alta qualidade, podendo mesmo atingir 4 vezes ou mais, segundo determinadas normas de medição. Como profissional fabricante de produtos de carboneto de tungsténioNo artigo seguinte, irei comparar a dureza e os cenários de utilização do carboneto de tungsténio e do aço, comparando as suas aplicações industriais. Em primeiro lugar, podemos explicar em pormenor vários aspectos:

1. Comparação direta da dureza:

Carboneto de tungsténio (WC): A sua dureza situa-se normalmente entre 8,5 e 9 na escala de Mohs, e a sua dureza Vickers (HV) pode atingir 1800HV ou mesmo superior.

Aço: O aço tem uma vasta gama de durezas, dependendo do seu tipo e tratamento térmico.

Aço estrutural comum: A sua dureza é muito baixa, com uma dureza Vickers de cerca de 150-250 HV.

Aço para ferramentas/aço para ferramentas endurecido: Este é o nível de dureza mais elevado que o aço pode atingir, com uma dureza Rockwell (HRC) de aproximadamente 60-68. Convertido para uma dureza Vickers de aproximadamente 700-900 HV. Aço rápido (HSS): Um aço para ferramentas de alto desempenho com uma dureza de 64-68 HRC (aproximadamente 850-900 HV).

Conclusão: Mesmo o aço mais duro (~900 HV) é apenas cerca de metade da dureza do carboneto de tungsténio (~1800 HV). O carboneto de tungsténio é duas a três vezes mais duro do que o aço endurecido com elevado teor de carbono. Consulte o gráfico de barras abaixo:

2. Porque é que o carboneto de tungsténio é tão duro?

Isto começa com a sua microestrutura:

Aço: Composto principalmente por ferro (Fe), com carbono (C) e outros elementos de liga (como o crómio, o molibdénio e o vanádio). A sua elevada dureza resulta principalmente da estrutura de martensite formada após tratamento térmico (têmpera). Trata-se de uma estrutura metaestável em que os átomos de carbono estão supersaturados na estrutura do ferro, provocando a distorção da estrutura, o que resulta numa dureza extrema, mas também numa maior fragilidade.

Carboneto de tungsténio: É um material cermet composto por átomos de tungsténio (W) e de carbono (C) ligados entre si por ligações covalentes extremamente fortes. A força destas ligações atómicas torna a sua estrutura cristalina extremamente estável e dura. Os produtos de "carboneto de tungsténio" que utilizamos habitualmente (como facas e brocas) são, na realidade, um carboneto cimentado formado pela sinterização de partículas de carboneto de tungsténio (que conferem dureza) com um ligante metálico de cobalto (Co) (que confere dureza). Mesmo com a adição de cobalto, a sua dureza global continua a ser muito superior à do aço.

3. O preço da dureza: Dureza (fragilidade):

Embora o carboneto de tungsténio seja extremamente duro, tem uma desvantagem significativa: é frágil e tem pouca tenacidade.

Aço: Tem uma excelente resistência e pode suportar dobras, impactos e deformações sem se partir. É possível dobrar significativamente uma boa faca de aço e ela continua a recuperar.

Carboneto de tungsténio: É muito frágil e tem tendência para lascar e estilhaçar em vez de dobrar quando sujeito a um impacto forte ou a uma pressão incorrecta. Se bater numa broca de carboneto de tungsténio, esta pode lascar.

É como comparar o vidro com o plástico: o vidro (como o carboneto de tungsténio) é muito duro e resistente ao desgaste, mas parte-se facilmente se cair; o plástico (como o aço) é mais macio e arranha-se facilmente, mas é difícil de partir. Resumo e tabela de comparação

Imóveis	Carboneto de tungsténio (metal duro)	Aço de alta resistência (por exemplo, Aço para ferramentas)
Dureza	Extremamente elevado (1800+ HV)	Alta (700-900 HV)
Resistência	Baixo (frágil, propenso a lascar)	Elevada (resistente a impactos, flexível)
Resistência ao desgaste	Excelente	Bom
Resistência à compressão	Extremamente elevado	Elevado
Densidade	Muito elevado (~15,63 g/cm³)	Elevado (~7,85 g/cm³)
Aplicações primárias	Ferramentas de corte, brocas, moldes, peças resistentes ao desgaste	Lâminas, molas, engrenagens, componentes estruturais, ferramentas

Cenários de aplicação:

Escolha o carboneto de tungsténio: Quando é necessária uma dureza, resistência ao desgaste e durabilidade extremamente elevadas, especialmente ao maquinar outros materiais duros (como aço, ferro fundido ou materiais compostos). Os exemplos incluem:

Ferramentas de torno para máquinas-ferramentas, pastilhas de fresagem, brocas para minas, caixas de relógios, pontas de canetas de luxo (resistentes ao desgaste e que não desbotam), brocas para unhas e brocas dentárias.

Escolha o aço: Quando é necessária uma combinação de propriedades - dureza, resistência ao impacto e maquinabilidade - mantendo um determinado nível de dureza. Os exemplos incluem:

Martelos, pés-de-cabra, molas, facas de cozinha, espadas, machados, quadros de automóveis, rolamentos, engrenagens, veios de transmissão e estruturas de equipamentos.

O carboneto de tungsténio pode substituir o aço nas seguintes situações, aumentando assim a vida útil da peça, reduzindo os custos de produção e melhorando a produtividade.

1. Ferramentas de corte de metais: Ferramentas de torno, fresas e brocas

Produtos de aço substituídos: Ferramentas de aço rápido (HSS). Exemplo específico:

Ao maquinar aço, ferro fundido, aço inoxidável ou mesmo ligas à base de níquel mais duras em centros de maquinação CNC, as brocas ou fresas de aço de alta velocidade podem desgastar-se e tornar-se baças após apenas algumas dezenas de peças.

Solução alternativa: Substituir a aresta de corte da ferramenta por pastilhas de carboneto de tungsténio (pastilhas intercambiáveis) ou utilizar brocas/fresas de topo de metal duro.

Vantagens:

Velocidade de corte: O metal duro permite velocidades de corte 4-8 vezes superiores às do aço rápido, melhorando significativamente a eficiência da produção.

Vida útil: A vida útil da ferramenta é aumentada em dezenas ou mesmo centenas de vezes, reduzindo as mudanças de ferramenta e o tempo de inatividade.

Qualidade de processamento: A precisão dimensional e o acabamento da superfície são mais bem mantidos.

2. Matrizes de trefilagem

Produto de aço substituído: Matrizes de aço para ferramentas.

Exemplo concreto:

Ao produzir fio de cobre, aço e ligas de alumínio, o fio é puxado à força através de um orifício chamado "matriz de trefilação" para reduzir a sua espessura. Este processo provoca um desgaste extremo no furo interior da matriz.

Solução alternativa: Utilizar matrizes de estiramento de carboneto. O furo da matriz é tipicamente feito de diamante policristalino (PCD), mas a base da matriz é quase inteiramente de carboneto.

Vantagens:

Resistência ao desgaste: Centenas de vezes mais tempo de vida útil do que as matrizes de aço, garantindo a estabilidade dimensional e a qualidade da superfície do fio trefilado.

Eficiência: Capaz de suportar velocidades de estiragem mais elevadas e uma maior redução da superfície.

3. Peças e vedantes resistentes ao desgaste

Produtos de aço substituídos: Peças resistentes ao desgaste em aço temperado e em aço inoxidável.

Exemplo concreto:

Selos mecânicos em bombas de areia: Utilizados para bombear líquidos que contêm partículas sólidas (como areia, cascalho e lama). Estes meios granulares podem causar erosão e desgaste graves nas superfícies de vedação. Os vedantes de aço têm uma vida útil muito curta.

Alternativa: Utilizar carboneto de tungsténio (normalmente YG) para vedações dinâmicas e estáticas.

Vantagens: A sua resistência extremamente elevada ao desgaste garante uma longa vida útil e a fiabilidade da vedação em condições de funcionamento difíceis, reduzindo significativamente os custos de manutenção e o tempo de inatividade.

4. Rolos

Produtos siderúrgicos substituídos: Rolos de ligas de aço de alta resistência em laminadores a frio. Exemplo específico:

No trem de acabamento (bancadas de pré-acabamento e de acabamento) de um laminador de fio-máquina de alta velocidade, os rolos são obrigados a funcionar continuamente sob alta tensão e alta temperatura, o que resulta num desgaste rápido.

Solução alternativa: Utilizar rolos de carboneto (normalmente à base de carboneto de tungsténio).

Vantagens:

Resistência ao desgaste: Vida útil mais longa do que os rolos de aço, reduzindo as trocas de rolos e melhorando a disponibilidade do moinho.

Precisão do produto: A manutenção a longo prazo das dimensões das ranhuras assegura uma elevada precisão dimensional e uma qualidade de superfície consistente do fio-máquina.

5. Ferramentas para mineração: Brocas de perfuração de rocha

Produtos de aço substituídos: Brocas de aço cementado ou de aço-liga.

Exemplo concreto:

Na perfuração de petróleo e gás e na exploração mineira, as brocas utilizadas na perfuração por percussão (como as brocas ranhuradas e cruzadas) colidem diretamente e friccionam contra a rocha dura.

Solução alternativa: As brocas de rocha modernas possuem dentes de carboneto incorporados na aresta de corte (normalmente do tipo YG, que oferece uma excelente resistência ao impacto). Vantagens:

A sua dureza e resistência ao desgaste permitem-lhe esmagar facilmente a rocha, enquanto as brocas de aço se desgastariam rapidamente e falhariam. Este é um dos exemplos mais bem sucedidos e generalizados de substituição do aço pelo carboneto cimentado.

Resumo e limitações principais:

O carboneto cimentado não é uma panaceia; a sua substituição é condicional:

Vantagens: Elevada dureza (HRA 82-94), boa resistência ao desgaste e elevada resistência à compressão.

Desvantagens: Fragilidade, baixa resistência à flexão, fraca tenacidade e preço elevado.

Por conseguinte, não pode substituir as estruturas de aço que têm de suportar impactos significativos, tensões de flexão ou que requerem uma resistência global, como as estruturas dos automóveis, as carroçarias das máquinas e os chassis.

Estruturas de aço em pontes, molas, chaves inglesas e outras ferramentas.

A substituição do metal duro é essencialmente um compromisso entre a resistência ao desgaste e a tenacidade. Nos domínios em que a resistência ao desgaste é primordial, substitui perfeitamente o aço, trazendo um progresso revolucionário.

Em resumo, o carboneto de tungsténio ultrapassa inegavelmente todos os aços em termos de dureza pura. No entanto, não é isento de defeitos; a sua fragilidade limita a sua utilização em muitas aplicações que requerem resistência ao impacto. Os dois são materiais industriais importantes com propriedades complementares.

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