Menú de contenido
● Introducción al carburo de tungsteno
>> Materia prima
● Proceso de fabricación
● Técnicas de mecanizado avanzadas
● Aplicaciones de productos de carburo de tungsteno
● Técnicas de fabricación avanzadas
>> Proceso de fabricación aditiva
>> Beneficios de la fabricación aditiva
● Tecnología de recubrimiento de carburo de tungsteno
● Reciclaje del carburo de tungsteno
>> Método electrolítico
>> Método de fundición de zinc
● Sostenibilidad en la industria del carburo
● Conclusión
● Preguntas frecuentes
>> 1. ¿Qué es el carburo de tungsteno?
>> 2. ¿Cómo se fabrica el carburo de tungsteno?
>> 3. ¿Cuáles son las aplicaciones clave del carburo de tungsteno?
>> 4. ¿Se puede reciclar el carburo de tungsteno?
>> 5. ¿Cuáles son los beneficios del uso de carburo de tungsteno en aplicaciones industriales?
● Citas:
El carburo de tungsteno, conocido por su excepcional resistencia y resistencia al desgaste, es un material crucial en la producción de productos industriales de carburo. Estos productos se utilizan ampliamente en diversas industrias, incluidas las sectores de fabricación, minería, aeroespacial y automotriz. El proceso de fabricación de El carburo de tungsteno implica varios pasos complejos, desde la selección de materia prima hasta la configuración final del producto. En este artículo, profundizaremos en el proceso detallado de cómo se fabrican los productos de carburo de tungsteno.
Introducción al carburo de tungsteno
El carburo de tungsteno es un compuesto hecho de tungsteno y átomos de carbono, con una fórmula química de WC. Es reconocido por su dureza, que es comparable al diamante, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren alta resistencia y precisión. Los productos de carburo de tungsteno a menudo se combinan con un material de aglutinante, como cobalto o níquel, para mejorar su dureza y trabajabilidad.
Materia prima
Las materias primas principales para producir carburo de tungsteno son las fuentes de mineral de tungsteno y carbono. El mineral de tungsteno se procesa en óxido de tungsteno, que luego se reduce al polvo de metal de tungsteno en una atmósfera de hidrógeno. El carbono generalmente se obtiene de negro de carbono de alta pureza o grafito. La calidad de estas materias primas afecta significativamente el rendimiento del producto final.
Proceso de fabricación
El proceso de fabricación de los productos de carburo de tungsteno implica varios pasos clave:
1. Mezcla de material: el polvo de tungsteno se mezcla con negro de carbono en un molino de bolas durante 2-4 horas para garantizar la uniformidad. Este paso es crucial ya que afecta la calidad del producto final. La mezcla debe considerar no solo el carbono necesario para la carburación, sino también el carbono requerido para la reacción entre el carbono y el oxígeno en el polvo.
2. Caburización: la mezcla de tungsteno-carbono se calienta en un horno de tubo de carbono de grafito a altas temperaturas (típicamente entre 1300 ° C y 1600 ° C) para formar carburo de tungsteno. La temperatura exacta depende del tamaño de partícula deseado del producto final. Las diferentes temperaturas afectan el tamaño y la dureza del grano del carburo de tungsteno resultante [1].
3. Molilla y tamizado: después de la carburización, el carburo de tungsteno se muele en un polvo fino y se tamiza para lograr tamaños de partículas uniformes. Las partículas finas generalmente se tamizan a través de un tamiz de 200 malla, mientras que las partículas gruesas usan un tamiz de 60 malla. Esto asegura que el polvo sea adecuado para procesos posteriores [1].
4. Mezcla con carpeta: el polvo de carburo de tungsteno se mezcla con un material de aglutinante, como el cobalto, para mejorar su dureza y trabajabilidad. Esta mezcla es crucial para crear un producto fuerte y duradero. La proporción del aglutinante afecta las propiedades generales de los productos industriales de carburo final [1].
5. Compactación: la mezcla se presiona en la forma deseada utilizando maquinaria de alta presión. Esto crea un 'compacto verde' que es frágil pero tiene la forma prevista. Las técnicas como la presión isostática fría (CIP) o la presión uniaxial se usan comúnmente [1].
6. Sinterización: el compacto verde se calienta en un horno de vacío a altas temperaturas (típicamente alrededor de 1500 ° C) para fusionar las partículas, lo que resulta en una estructura de carburo sólida y densa. La sinterización es crítica para lograr la densidad deseada y las propiedades mecánicas [1].
7. Formación y molienda final: el producto sinterizado se forma y se muele para lograr las dimensiones deseadas y el acabado superficial. Las técnicas como el mecanizado CNC y el mecanizado EDM se utilizan para una configuración precisa [1].
Técnicas de mecanizado avanzadas
Una vez que se sinteriza la forma básica, se logra un mayor refinamiento a través de varios métodos de corte y molienda [1]:
- Corte de EDM de alambre rápido: este paso inicial implica el uso de mecanizado de descarga eléctrica de alambre (EDM) para cortar el material de acero de tungsteno en forma y tamaño en bruto. Es un método efectivo para la conformación gruesa [1].
- Corte de alambre medio: después del corte rugoso, se emplea un corte de alambre medio para detalles más finos, lo que mejora la precisión de la forma de las piezas de carburo de tungsteno [1].
- Procesos de molienda: la molienda es crucial para lograr las dimensiones finales y las cualidades superficiales requeridas [1]:
- Molilla de superficie: esto se utiliza principalmente para procesar superficies planas, asegurando el control sobre el paralelismo de la superficie y la perpendicularidad [1].
- Molilla cilíndrica: incluyendo la molienda cilíndrica interna, externa y combinada se centra en el procesamiento de piezas circulares para mantener la concentricidad [1].
- Molilla de perfil PG: este método de molienda especializado se utiliza para superficies curvas y mecanizado preciso de las puntas de carburo, que se adhiere a patrones de molienda programados específicos [1].
- Mecanizado de CNC: el mecanizado CNC posterior a la ñc refina las partes en sus dimensiones finales, particularmente después de los tratamientos de enfriamiento que podrían causar deformaciones sutiles. Los centros de mecanizado CNC ofrecen una alta eficiencia a pesar de los altos costos asociados con el equipo [1].
- Giro CNC: el giro de CNC es crucial para el mecanizado de superficies complejas, incluida la bisuga y el control preciso sobre ángulos y tolerancias en agujeros y ranuras [1].
- Mecanizado EDM: para características que requieren tolerancias extremadamente ajustadas como agujeros ciegos, el mecanizado EDM es el método de elección. El corte de alambre lento, otra forma de EDM, es ideal para el mecanizado de orejas y microholes [1].
- Toques finales con corte de alambre lento: el proceso de fabricación concluye con un corte de alambre lento, asegurando que las dimensiones finales se alineen estrictamente con los requisitos de diseño [1].
Aplicaciones de productos de carburo de tungsteno
Los productos de carburo de tungsteno se utilizan en una amplia gama de industrias debido a su excepcional dureza y resistencia al desgaste. Algunas de las aplicaciones clave incluyen:
- Herramientas de corte: el carburo de tungsteno se usa ampliamente en herramientas de corte como brocas, insertos de fresado y cuchillas de sierra debido a su capacidad para mantener la nitidez en condiciones de alta tensión.
-Piezas resistentes al desgaste: se usa en piezas resistentes al desgaste, como asientos de válvulas, impulsores de la bomba y revestimientos de trituradores para mejorar la durabilidad y reducir los costos de mantenimiento.
- Aeroespacial y automotriz: el carburo de tungsteno se usa en componentes de alto rendimiento para industrias aeroespaciales y automotrices debido a su resistencia y precisión.
- Producción de petróleo y gas: los recubrimientos de carburo de tungsteno se aplican a los equipos de perforación y los componentes de producción para extender su vida en entornos abrasivos.
- Aplicaciones médicas: el carburo de tungsteno se usa en herramientas e implantes quirúrgicos debido a su biocompatibilidad y durabilidad.
Técnicas de fabricación avanzadas
En los últimos años, se han explorado técnicas avanzadas como la fabricación de aditivos para producir piezas de carburo de tungsteno. Estos métodos permiten la creación de geometrías complejas y pueden reducir potencialmente el tiempo y los costos de producción.
Proceso de fabricación aditiva
El proceso de fabricación aditiva para el carburo de tungsteno implica la mezcla de partículas de carburo de tungsteno con otros carburos y una aglutinante, luego utilizar técnicas como la fusión láser selectiva para crear la forma deseada. Este proceso ofrece flexibilidad en el diseño y puede producir piezas con detalles intrincados.
Beneficios de la fabricación aditiva
- Geometrías complejas: permite la creación de formas complejas que son difíciles de lograr con los métodos tradicionales.
- Residuos de material reducido: minimiza los desechos del material mediante la capa de piezas de construcción por capa.
- Aumento de la velocidad: puede reducir potencialmente el tiempo de producción en comparación con los procesos de sinterización tradicionales.
Tecnología de recubrimiento de carburo de tungsteno
La tecnología de recubrimiento de carburo de tungsteno es muy popular en la industria aeroespacial, lo que puede lidiar efectivamente con el desgaste de los equipos de aviación [6]. Una tecnología de recubrimiento llamada deposición de vapor químico de baja temperatura (CVD) se usa comúnmente entre los fabricantes de aviación más famosos de Europa y Estados Unidos, que es un proceso para depositar recubrimientos de carburo de tungsteno y se ha considerado una solución práctica, técnica y comercial [6]. Puede aumentar significativamente la vida útil de las piezas de la aeronave y se usa ampliamente en los motores a reacción de tres generaciones de aeronaves, como tifones y F16 [6]. Los procesos de recubrimiento existentes incluyen el carburo de tungsteno supersónico de la llama, el revestimiento de cromo duro, la deposición de vapor físico del carburo de tungsteno y el carburo de tungsteno de explosión [6]. Sin embargo, aunque estas aplicaciones han tenido éxito en algunas áreas, tienen sus propias limitaciones [6].
Reciclaje del carburo de tungsteno
Reciclar el carburo de tungsteno es crucial debido a su amplio uso en las herramientas de corte y mecanizado y su significativo impacto ambiental y económico [4]. Dos métodos principales para reciclar el carburo de tungsteno son el método electrolítico y el método de fundición de zinc [4]. Cada uno tiene procesos y aplicaciones únicas, lo que los hace adecuados para diferentes tipos de materiales de carburo de tungsteno de desechos [4].
Método electrolítico
El método electrolítico es un proceso eficiente que aprovecha los potenciales de electrodos de diferentes componentes dentro de los desechos que contienen tungsteno [4]. Este método es particularmente efectivo para materiales de desecho que incluyen carburo de tungsteno y metal cobalto [4].
Descripción general del proceso:
- En una solución ácida, como una con una concentración de ácido clorhídrico de aproximadamente 20 g/L, el cobalto se puede disolver selectivamente, o el carburo de cobalto y tungsteno se puede disolver simultáneamente [4].
- Se usan un ánodo de grafito y un cátodo de placa de níquel, donde el cobalto se disuelve en la solución, formando COCL2 [4].
- La electrólisis se realiza a un bajo voltaje de 1.0-1.5V, lo que lleva a la disolución de cobalto y la despegue de WC de los desechos [4].
- El lodo anódico producido se procesa (lavado, molido y tamizado) para recuperar WC, lo que puede reutilizarse para producir nuevos carburos de tungsteno [4].
Ventajas:
- Bajo reactivo y consumo de energía [4].
- Simplicidad del proceso [4].
Limitaciones:
- Solo aplicable al carburo de tungsteno desechos con un contenido de cobalto por encima del 10%[4].
Método de fundición de zinc
Este método implica el uso de zinc metálico y altas temperaturas para recuperar el carburo de tungsteno de los materiales de desecho [4]. Es efectivo para el carburo de tungsteno de desechos con bajo contenido de cobalto o aquellos que contienen otros metales como Tantalum y Titanium [4].
Descripción general del proceso:
- Los bloques de carburo de tungsteno de desechos y el zinc metálico se colocan en un crisol dentro de un horno de vacío [4].
- La mezcla se calienta a temperaturas entre 773 y 873 K, donde el cobalto reacciona con zinc fundido para formar una aleación de zinc-cobalto [4].
- A 1173 K, el zinc se elimina por destilación al vacío, dejando atrás WC y polvo de cobalto suelto [4].
- El WC y el polvo de cobalto recuperado se procesan (bola molida y tamizada) para su uso en una nueva producción de carburos de tungsteno [4].
Ventajas:
- Proceso de producción corto [4].
- Capaz de manejar los desechos de bajo contenido de contenido de robalt [4].
- Recupera materiales que coinciden estrechamente con el grado de los desechos originales [4].
Limitaciones:
- Requiere tipos específicos de material de desecho [4].
- Equipo complejo y alto consumo de energía [4].
- En general, costos más altos que el método electrolítico [4].
Sostenibilidad en la industria del carburo
La industria del carburo es una parte importante de la industria de metalurgia y juega un papel crucial en la fabricación de herramientas, componentes de la máquina y otras piezas de precisión [7]. Sin embargo, la industria también enfrenta varios desafíos con respecto a la sostenibilidad [7]. Uno de los mayores desafíos es el uso de materias primas como el tungsteno y el cobalto, que se utilizan en la producción de carburos [7]. Estas materias primas son limitadas y su extracción puede tener impactos ambientales como el consumo de energía, el uso del agua y las emisiones de CO2 [7]. Otro problema es la eliminación de residuos de carburo, que a menudo puede representar una carga para el medio ambiente debido a su alto contenido de metales pesados y otras sustancias peligrosas [7].
Para abordar estos desafíos, muchas empresas en la industria del carburo han comenzado a implementar procesos y prácticas más sostenibles [7]. Estos incluyen el uso de materias primas recicladas, la reducción de los desechos y las emisiones, la optimización de los procesos de producción y la promoción de la economía circular y la eficiencia de los recursos [7]. Algunas compañías también están recurriendo a materiales alternativos como carburos basados en acero o cerámica reciclada [7]. Estos materiales tienen la ventaja de ser más amigables con el medio ambiente y requerir menos materias primas [7].
Conclusión
La fabricación de productos de carburo de tungsteno implica un proceso complejo que requiere un control preciso sobre la calidad de la materia prima, la mezcla, la carburación y las condiciones de sinterización. Los productos resultantes son muy valorados en varias industrias por su dureza y resistencia al desgaste excepcionales, lo que los hace indispensables para cortar herramientas, piezas resistentes al desgaste y componentes de alto rendimiento.
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es el carburo de tungsteno?
El carburo de tungsteno es un compuesto hecho de átomos de tungsteno y carbono, conocido por su excepcional dureza y resistencia al desgaste. Se usa ampliamente en productos industriales de carburo.
2. ¿Cómo se fabrica el carburo de tungsteno?
El carburo de tungsteno se fabrica a través de un proceso de metalurgia en polvo que involucra mezclar polvo de tungsteno con carbono, carburación, molienda, mezcla con una carpeta, compactación y sinterización.
3. ¿Cuáles son las aplicaciones clave del carburo de tungsteno?
El carburo de tungsteno se usa en herramientas de corte, piezas resistentes al desgaste, componentes aeroespaciales, piezas automotrices y aplicaciones médicas debido a su dureza y durabilidad.
4. ¿Se puede reciclar el carburo de tungsteno?
Sí, el carburo de tungsteno se puede reciclar. Las herramientas usadas y el material de chatarra se pueden recuperar y reutilizar, reduciendo los desechos y la conservación de los recursos.
5. ¿Cuáles son los beneficios del uso de carburo de tungsteno en aplicaciones industriales?
El carburo de tungsteno ofrece una vida útil de herramientas extendidas, costos de mantenimiento reducidos, una precisión mejorada y una mayor eficiencia de fabricación, lo que lo convierte en una opción rentable para aplicaciones industriales exigentes.
Citas:
[1] https://www.carbide-products.com/blog/how-tungsten-carbide-parts-made/
[2] https://www.coherentmarketinsights.com/industry-reports/tungsten-carbide-market
[3] https://www.tungstenmetalsgroup.com/blog-log/tungsten-scrap-metal-crycling
[4] https://www.carbide-products.com/blog/tungsten-carbide-recycling/
[5] https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/tungsten-carbide-powder-market.asp
[6] https://www.samaterials.com/content/how-does-the-new-tungsten-carbide-coating-trengthen-ircraft-ts.html
[7] https://grafhartmetall.com/en/sustainability-in-the-carbide-industry/
[8] https://patents.google.com/patent/ep2521799a1/en
[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungsten-carbide-market-future-trends-solutions-industry-fib5f
[10] https://grafhartmetall.com/en/innovations-in-tungsten-carbide-catings-swiss-expertise-revealed/
[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-end-mills-news-archive/
[12] https://tungstencarbide42.wordpress.com/environmental-impact-and-sustainability/
[13] https://www.itia.info/wp-content/uploads/2023/07/itia_newsletter_2019_08.pdf
[14] https://www.ls-carbide.com/news/tungsten-carbide-market-utlook-an-inghepth-analysis-ofuture-crowth-trends.htm
[15] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx?nid=298
[16] https://www.durit.com/technology/carbide
[17] https://www.mdpi.com/2071-1050/15/16/12249
[18] https://www.allied-material.co.jp/en/research-develovelment/tungsten_recycle.html
[19] https://www.carbide-part.com/blog/comprehensive-analysis-of-tungsten-carbide-parts-aracteristics-types-applications-and-future-trends/
[20] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
