Propriedades da liga de tungsténio

1.Densidade

O tungsténio tem uma densidade elevada de até 19,3 g/cm³, o que consequentemente confere caraterísticas de elevada densidade às ligas de tungsténio. As suas densidades variam normalmente entre 16,5 e 19,0 g/cm³. Por exemplo, as ligas comuns de tungsténio-níquel-ferro têm geralmente uma densidade entre 17,0 e 18,5 g/cm³, enquanto a densidade das ligas de tungsténio-cobre varia entre 16,5 e 18,0 g/cm³, dependendo do teor de cobre. As ligas de tungsténio-cobalto (carboneto de tungsténio) apresentam normalmente densidades na ordem dos 14,0-15,0 g/cm³. Se quiser saber propriedades do carboneto de tungsténio clique aqui.

2. resistência à tração

estado sinterizado: A resistência à tração de ligas de tungsténio produzida através da sinterização por metalurgia do pó situa-se normalmente no intervalo de 600-1000 MPa. Neste estado, a microestrutura da liga é relativamente porosa, contendo alguns vazios, o que limita a sua resistência.

Estado trabalhado e reforçado: Após tratamentos de reforço, tais como forjamento ou laminagem, a resistência à tração das ligas de tungsténio pode ser significativamente melhorada, atingindo valores entre 1300-2000 MPa ou mesmo superiores. Esta melhoria é atribuída ao refinamento do grão, a uma microestrutura mais densificada e a um aumento dos defeitos cristalinos (por exemplo, deslocações) causados pelo processo de trabalho. Estes factores impedem a deformação por deslizamento sob carga, aumentando assim a resistência à tração. Por exemplo, a resistência à tração de ligas de tungsténio de elevado desempenho sujeitas a processos de laminagem especializados pode exceder 2000 MPa.

3. resistência ao escoamento

Estado sinterizado: O limite de elasticidade das ligas de tungsténio sinterizadas situa-se normalmente entre 400-800 MPa. A presença de poros internos e a ligação relativamente fraca dos limites dos grãos significa que a deformação plástica pode iniciar-se a níveis de tensão relativamente baixos.

4. alongamento

Estado sinterizado: O alongamento das ligas de tungsténio sinterizadas situa-se geralmente entre 10%-30%. A estrutura interna insuficientemente densa do corpo sinterizado, contendo certos defeitos, torna-o propenso à propagação de fissuras durante a carga de tração, levando a uma fratura mais precoce e, por conseguinte, a um alongamento relativamente mais baixo.

Estado trabalhado e tratado termicamente: As técnicas adequadas de processamento e tratamento térmico, como a extrusão a quente ou o recozimento, podem melhorar a microestrutura da liga, eliminar alguns defeitos internos e aumentar a plasticidade e a tenacidade do material. Isto resulta numa melhoria do alongamento, com algumas ligas de tungsténio a atingirem um alongamento de 30%-50%. Por exemplo, as ligas de tungsténio submetidas a tratamentos de trabalho a quente e de recozimento cuidadosamente concebidos podem atingir um alongamento de cerca de 40%.

5. dureza

Dureza Brinell (HB)

Estado de sinterização: A dureza Brinell das ligas de tungsténio sinterizadas varia normalmente entre 200 e 350 HB. O grau limitado de densificação neste estado resulta numa dureza relativamente mais baixa.

Estado reforçado: Após tratamentos de reforço (por exemplo, adição de fases duras, endurecimento por trabalho), a dureza da liga aumenta significativamente, com valores de dureza Brinell que atingem 400-600 HB ou mais. Por exemplo, a dureza Brinell das ligas de tungsténio que incorporam partículas de carboneto de elevada dureza pode exceder 600 HB após um processamento especial.

Dureza Rockwell (HRC): A dureza Rockwell das ligas de tungsténio situa-se geralmente no intervalo de 30-50 HRC. O valor específico varia consoante a composição da liga e a tecnologia de processamento. Ao ajustar os elementos de liga e os processos de tratamento térmico, a dureza Rockwell pode ser controlada dentro de um intervalo adequado para satisfazer diferentes requisitos de aplicação.

6.Módulo de elasticidade

O módulo de elasticidade das ligas de tungsténio situa-se normalmente entre 300-400 GPa. Este valor elevado indica uma forte resistência à deformação elástica, permitindo que a liga mantenha uma excelente estabilidade dimensional sob carga. Por exemplo, nos componentes aeroespaciais fabricados a partir de ligas de tungsténio, o elevado módulo de elasticidade assegura a manutenção de dimensões e formas precisas em condições de carga complexas, garantindo o funcionamento correto do equipamento.

7. resistência ao impacto

A resistência ao impacto é uma propriedade mecânica que mede a capacidade de um material para absorver energia e resistir à fratura sob impacto de alta velocidade ou carga dinâmica. É particularmente importante para avaliar a tendência frágil dos materiais. Para as ligas de tungsténio, este é um parâmetro crítico, mas difícil, devido à fragilidade inerente ao próprio tungsténio metálico.

Valores típicos e gama:

A resistência ao impacto das ligas de tungsténio é tipicamente medida utilizando o teste de impacto Charpy V-notch, e os valores geralmente flutuam num amplo intervalo de 20 a 150 Joules. O valor específico é altamente dependente dos seguintes factores principais:

Composição e microestrutura da liga:

Conteúdo e tipo de fase aglutinante: Este é o fator de influência mais significativo. As ligas de tungsténio são normalmente constituídas por partículas de tungsténio de ponto de fusão elevado (fase frágil) e uma fase ligante de metal dúctil (por exemplo, Ni, Fe, Cu, Co).

Elevado teor de fase ligante (por exemplo, >10%): Um teor mais elevado de fases dúcteis, como o níquel-ferro, encapsula melhor as partículas de tungsténio, absorvendo mais energia de impacto através da deformação plástica, melhorando assim significativamente a resistência. Por exemplo, a energia de impacto de uma liga 93W-Ni-Fe é tipicamente muito mais elevada do que a de uma liga 97W-Ni-Fe.

Tipo de fase ligante: As fases ligantes de níquel-ferro proporcionam geralmente uma melhor tenacidade e desempenho ao impacto do que as fases ligantes de cobalto ou cobre.

Morfologia e conetividade das partículas de tungsténio: A microestrutura ideal apresenta partículas esféricas de tungsténio uniformemente distribuídas, rodeadas por uma rede contínua da fase aglutinante. Se as partículas de tungsténio entrarem em contacto direto umas com as outras, formando "limites de grão de tungsténio-tungsténio", estas interfaces fracas tornam-se caminhos fáceis para a propagação de fissuras, reduzindo drasticamente a resistência ao impacto.

Estado de processamento e tratamento térmico:

Estado sinterizado: As ligas de tungsténio no estado sinterizado possuem normalmente uma tenacidade moderada. A sua resistência ao impacto é influenciada principalmente pela densidade e pela homogeneidade microestrutural. Os poros residuais reduzem significativamente a tenacidade.

Estado processado termomecanicamente (forjamento, laminagem, extrusão): Estas técnicas de processamento termomecânico podem melhorar drasticamente a resistência ao impacto. Conseguem-no através de:

Fratura dos limites iniciais dos grãos de tungsténio-tungsténio: Quebrando a rede frágil de grãos de tungsténio interligados.

Refinamento da estrutura do grão: Resultando em partículas mais finas de tungsténio e fase aglutinante.

Aumento da densidade de deslocação: Aumento da resistência, que influencia indiretamente a tenacidade.

As ligas sujeitas a um processamento termomecânico adequado podem ver a sua energia de impacto aumentar várias vezes em comparação com o estado de sinterização, atingindo o limite superior da gama (por exemplo, mais de 100 J).

Estado tratado termicamente: Os tratamentos subsequentes, como o tratamento por solução ou o envelhecimento, podem otimizar a composição e a distribuição da fase ligante e aliviar as tensões de processamento. Isto aumenta ainda mais a tenacidade ou alcança um equilíbrio ótimo entre resistência e tenacidade.

Exemplo:

Uma liga típica de 90W-7Ni-3Fe sinterizada pode ter uma energia de impacto Charpy V-notch de cerca de 30-50 J.

A energia de impacto de uma liga com a mesma composição pode ser dramaticamente aumentada para 100 J ou mais, depois de submetida a prensagem isostática a quente (HIP) para eliminar a porosidade residual, seguida de forjamento e recozimento adequado.

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