La búsqueda global de una durabilidad extrema
En el mundo de la manufactura, la minería y el secto aeroespacial, nada es más valioso que durabilidad . Cada vez que una broca se rompe, el álabe de una turbina se erosiona o un cojinete se desgasta, cuesta tiempo, dinero y eficiencia. Durante décadas, los ingenieros han perseguido el sueño de un material con la resistencia de un metal pero la dureza cortante de un diamante.
Esta búsqueda condujo al desarrollo de carburos cementados , una clase revolucionaria de materiales compuestos que forman el corazón de las superherramientas modernas. El punto de partida de casi todos estos materiales es un ingrediente finamente afinado: Polvo compuesto de carburo .
¿Qué es exactamente el polvo compuesto de carburo?
Un metal simple o un material cerámico puro rara vez posee la combinación perfecta de propiedades necesarias para aplicaciones de alta tensión. Los metales son duros y resisten la rotura, pero suelen ser blandos y se desgastan rápidamente. Las cerámicas, como los carburos puros, son extremadamente duras pero suelen ser quebradizas.
Polvo compuesto de carburo es una mezcla diseñada que combina lo mejor de ambos mundos, siguiendo el principio "compuesto" de que el material final es superior a sus componentes.
Las dos fases esenciales
El polvo es una mezcla microscópica de dos componentes distintos, cada uno de los cuales desempeña un papel vital:
1. La fase dura: el grano de carburo
Esta fase proporciona el legendario material. dureza y resistencia al desgaste. Consiste en partículas microscópicas de carburo metálico, más comúnmente Carburo de tungsteno (WC) . El carburo de tungsteno es un compuesto cerámico que se ubica justo por debajo del diamante en la escala de dureza. Estos granos rígidos y angulares son los caballos de batalla que cortan, perforan y rectifican. A veces se utilizan otros carburos, como el carburo de titanio (TiC) o el carburo de cromo (CrC), para mejorar propiedades específicas como la resistencia a la corrosión.
2. La fase aglutinante: el pegamento metálico
Los granos de carburo duro se mezclan con un polvo metálico, típicamente Cobalto (Co) , pero a veces Níquel (Ni) o Hierro (Fe). Este es el carpeta —el “pegamento” que mantiene unidas las partículas cerámicas. Sin él, el carburo sería demasiado frágil y se rompería con el impacto. El aglutinante proporciona la información crucial dureza y resistencia a la fractura.
La proporción entre el carburo duro y el aglutinante metálico más blando se controla con precisión para crear diferentes grados de material. Más aglutinante significa un material más duro que resiste mejor los golpes, mientras que menos aglutinante y granos de carburo más pequeños producen un material más duro y resistente al desgaste.
Del polvo a la herramienta: el proceso de sinterización
¿Cómo se transforma este polvo suelto en un objeto sólido capaz de cortar acero? El proceso se llama sinterización , una forma de pulvimetalurgia.
1. Mezclar y prensar (el estado “verde”)
Primero, el Polvo compuesto de carburo se mezcla completamente, a menudo con un auxiliar de prensado orgánico, y luego se compacta bajo alta presión hasta darle la forma deseada. Este objeto presinterizado, llamado “compacto verde”, es frágil y parecido a la tiza.
2. Sinterización y cementación
Luego, el compacto verde se coloca en un horno de atmósfera controlada de alta temperatura. Se calienta a una temperatura superior al punto de fusión del aglutinante (cobalto) pero inferior al punto de fusión del carburo (carburo de tungsteno). El aglutinante se funde y fluye a través de la estructura, disolviendo y luego volviendo a precipitar los granos de carburo, uniéndolos al enfriarse. Esto forma un material denso y sólido donde los granos de carburo duro están rodeados y sostenidos por el aglutinante metálico: el final, increíblemente fuerte. carburo cementado or metal duro .
Las aplicaciones indispensables de los compuestos de carburo
El material resultante se caracteriza por una excelente combinación de alta dureza, alta resistencia a la compresión y buena tenacidad, lo que lo hace vital para innumerables trabajos industriales:
- Herramientas de corte: Los insertos y puntas de corte utilizados en el mecanizado de alta velocidad (tornos, fresas) están fabricados casi exclusivamente de carburo cementado. Permiten a los fabricantes cortar, dar forma y terminar metales duros mucho más rápido que las herramientas de acero tradicionales.
- Minería y Perforación: Los taladros para rocas, los insertos para máquinas perforadoras de túneles y las brocas para perforación de petróleo y gas dependen de puntas de carburo para resistir la abrasión y el impacto extremos al cortar roca y tierra.
- Piezas de desgaste: Cualquier lugar donde las piezas rocen entre sí bajo cargas elevadas, como cojinetes, sellos, componentes de bombas y boquillas, están protegidas por carburo cementado.
- Recubrimientos superficiales: Los polvos compuestos de carburo también se pulverizan sobre componentes metálicos (por ejemplo, trenes de aterrizaje de aviones, palas de turbinas) utilizando técnicas como la pulverización de combustible de oxígeno de alta velocidad (HVOF) para crear recubrimientos protectores extremadamente duros que resisten la erosión y la corrosión.
Al proporcionar un material equilibrado que ofrece la nitidez de una cerámica y la resistencia de un metal, Polvo compuesto de carburo realmente le da a la industria la ventaja inquebrantable que necesita para construir el mundo moderno.
