O Século da Dureza: Uma História do Carboneto de Tungstênio

Das lâmpadas às perfuratrizes: a descoberta

A história do carboneto de tungstênio (WC) é uma história de necessidade industrial que impulsiona um avanço na ciência dos materiais.

O Elemento Tungstênio

A viagem começa no século XVIII com a descoberta do elemento Tungstênio (W) . Conhecida pela sua incrível densidade e pela ponto de fusão mais alto de todos os metais (over $3,400^{\circ}\text{C}$), it quickly became the material of choice for filamentos em lâmpadas incandescentes no início de 1900. O processo de transformar esse metal incrivelmente resistente em fios finos exigia matrizes quase tão duras quanto o diamante.

O nascimento do metal duro

O avanço crucial ocorreu em Alemanha na década de 1920 . Os engenheiros da empresa de lâmpadas elétricas Osram procuravam desesperadamente uma alternativa mais barata e mais resistente às caras matrizes de diamante usadas para trefilar fios de tungstênio. Essa necessidade levou à invenção do metal duro (ou metal duro) por Karl Schröter.

• A ideia: Combine a extrema dureza do pó de carboneto de tungstênio (WC) com uma “cola” metálica dúctil - cobalto .
• O resultado: O primeiro metal duro moderno: um material compósito com a resistência a riscos da cerâmica, mas com a tenacidade e a resistência ao impacto do metal. Este material revolucionário rapidamente substituiu o diamante nas matrizes de trefilação e logo se espalhou pelo mundo mais amplo do corte e da perfuração.

A ciência da força: por que o WC é tão difícil

O que dá ao carboneto de tungstênio sua dureza semelhante à do diamante? A resposta está na ligação em nível atômico entre os átomos de tungstênio e carbono.

A Estrutura Cristalina

O carboneto de tungstênio forma uma estrutura cristalina única. No composto (WC), os átomos de carbono cabem nos espaços entre os átomos de tungstênio, muito maiores. A estrutura resultante apresenta características extremamente fortes ligações covalentes entre o tungstênio e o carbono, combinado com forte ligações metálicas entre os próprios átomos de tungstênio.

Essa combinação é o que cria as famosas propriedades:

• Dureza Extrema: O forte e direcional ligações covalentes resistir à deformação e arranhões. Normalmente pontua 9 a 9,5 na escala de Mohs , perdendo apenas para o diamante (10).
• Alta resistência e resistência: O metálico cobalto binder que mantém as partículas de WC unidas fornece o necessário resistência -uma resistência à quebra ou estilhaçamento sob impacto - que faltaria ao pó de carboneto de tungstênio puro e quebradiço.

As partículas finas de carboneto de tungstênio são dispersas por toda a matriz de cobalto, criando um compósito de matriz metálica isso é muito superior a qualquer material único para aplicações pesadas.

Carboneto de tungstênio no mundo moderno: transformação industrial

A ampla adoção do metal duro levou a uma revolução industrial, aumentando a produtividade em quase todas as indústrias pesadas.

Eficiência em Usinagem

As ferramentas de carboneto de tungstênio podem manter uma aresta afiada em temperaturas que fariam com que uma ferramenta de aço tradicional ficasse cega rapidamente (uma propriedade chamada dureza quente ).

• Impacto: Isso permite que os fabricantes aumentem as velocidades de corte e as taxas de avanço em tornos e fresadoras até cinco vezes mais rápido do que com ferramentas de aço rápido (HSS), reduzindo drasticamente o tempo e os custos de produção.

Dominação na mineração

No setor de recursos, as pontas de carboneto de tungstênio são literalmente mastigando os materiais mais resistentes do planeta.

• Perfuração de rocha: As brocas usadas para exploração de petróleo e gás, bem como para quebrar rochas, são cravejadas com insertos de WC. Esses bits podem durar 10 vezes mais do que ferramentas de aço, reduzindo o dispendioso tempo de inatividade para manutenção.
• Construção: As máquinas de perfuração de túneis (TBMs) dependem de discos com ponta de carboneto de tungstênio para esmerilhar montanhas e construir novos túneis ou infraestruturas de metrô.

A competição mais difícil: WC vs. Titânio

Embora muitas vezes confundidos, o carboneto de tungstênio e o titânio têm finalidades muito diferentes devido às suas propriedades principais.

Resumindo, se você precisa de um material leve e resistente a impactos (como para uma asa de avião ou um implante corporal), você escolhe Titânio . Se você precisa do material mais duro e resistente à abrasão para cortar ou lixar algo, você escolhe Carboneto de tungstênio .