El tungsteno y el carburo de tungsteno suelen confundirse con uno solo, pero detrás de sus nombres similares se esconden propiedades distintivas que los diferencian. Si bien ambos derivan del raro elemento metálico tungsteno, la adición de átomos de carbono en el carburo de tungsteno da como resultado un compuesto único con su propio conjunto de características.
En esta publicación de blog, profundizaremos en las distinciones clave entre el tungsteno y el carburo de tungsteno, explorando factores como la dureza, la fragilidad, la densidad, la resistencia a la corrosión y el costo.
¿Qué es el tungsteno?
El tungsteno, también conocido por el símbolo químico W, es un elemento metálico que se encuentra en la naturaleza. Se considera un metal raro, ya que representa solo alrededor de 1,5 ppm de la corteza terrestre. El tungsteno tiene el número atómico 74 y se ubica en el período 6, grupo 6 de la tabla periódica, lo que lo ubica entre los metales de transición.
En su forma elemental pura, el tungsteno es un metal de color gris acero a blanco estaño. Posee varias propiedades notables, entre ellas el punto de fusión más alto (3422 °C, 6192 °F) y la mayor resistencia a la tracción de todos los metales. El tungsteno también tiene el segundo peso atómico más alto (183,84 u) de todos los elementos naturales, solo detrás del uranio. Su densidad de 19,3 g/cm³ es comparable a la del oro (19,32 g/cm³) y es mucho mayor que la del plomo (11,34 g/cm³).
¿Qué es el carburo de tungsteno?
El carburo de tungsteno (WC) es un compuesto químico inorgánico que contiene partes iguales de átomos de tungsteno y carbono. También conocido como monocarburo de tungsteno, es el carburo de tungsteno más importante y más utilizado.
Los átomos de tungsteno y carbono del carburo de tungsteno están unidos entre sí en una estructura cristalina hexagonal, lo que da como resultado propiedades similares a las de la cerámica. Con una dureza de Mohs de entre 9 y 9,5, el carburo de tungsteno se acerca a la dureza del diamante (10). Tiene un punto de fusión alto de 2870 °C (5200 °F), aunque es inferior al del tungsteno puro debido a la presencia de carbono.
Tipos de aglutinantes para carburo de tungsteno
Si bien el carburo de tungsteno puro tiene una dureza excelente, es frágil y propenso a romperse, especialmente bajo impacto. Para mejorar su dureza y durabilidad, los polvos de carburo de tungsteno se mezclan con aglutinantes metálicos antes de sinterizarlos para formar piezas sólidas.
Cobalto (Co)
El cobalto es el aglutinante más utilizado para el carburo de tungsteno. El carburo de tungsteno aglutinado con cobalto, a menudo denominado simplemente carburo, es el estándar de la industria para herramientas de corte y piezas de desgaste. El contenido de cobalto suele oscilar entre 3% y 30% en peso, y las proporciones más altas de cobalto proporcionan una mayor tenacidad a expensas de cierta dureza y resistencia al desgaste. El cobalto tiene excelentes propiedades de humectación y adhesión con el carburo de tungsteno, lo que permite la producción de piezas sinterizadas altamente densas y sin huecos.
Níquel (Ni)
El níquel puede servir como aglutinante alternativo al cobalto en los compuestos de carburo de tungsteno. En comparación con el cobalto, los aglutinantes de níquel dan como resultado una mejor resistencia a la corrosión y una estabilidad química mejorada, en particular frente a entornos ácidos. Sin embargo, los carburos unidos con níquel tienen índices de dureza y resistencia al desgaste más bajos. El níquel se utiliza a veces junto con el cobalto para ajustar las propiedades del compuesto de carburo de tungsteno.
Otros aglutinantes
Otros metales, como el cromo y el hierro, se utilizan con menos frecuencia como aglutinantes únicos, pero se pueden combinar con cobalto o níquel para impartir propiedades específicas:
- El cromo mejora la resistencia a la corrosión y a la oxidación del compuesto de carburo de tungsteno. Se suele utilizar en combinación con aglutinantes de níquel.
- El hierro puede servir como una alternativa económica o como complemento a los aglutinantes de cobalto. El carburo de ferrotungsteno tiene menor dureza pero mayor tenacidad en comparación con los grados aglutinados con cobalto.
Diferencia entre tungsteno y carburo de tungsteno
Dureza y durabilidad
El carburo de tungsteno es significativamente más duro que el tungsteno puro. En la escala de dureza de Mohs, el carburo de tungsteno tiene una dureza de aproximadamente 9-9,5, casi tan dura como el diamante (10). En cambio, el tungsteno tiene una dureza de aproximadamente 7,5, similar a la de otros metales duros como el acero endurecido.
La extrema dureza del carburo de tungsteno se traduce en una resistencia al desgaste y una durabilidad excepcionales. Las herramientas y los componentes de carburo de tungsteno mantienen un filo afilado y resisten la abrasión mejor que el tungsteno en condiciones exigentes. Sin embargo, la dureza del carburo de tungsteno también lo hace más frágil.
Fragilidad y resistencia al impacto
La desventaja de la dureza superior del carburo de tungsteno es una mayor fragilidad en comparación con el tungsteno puro. El tungsteno es relativamente dúctil y tiene una mejor resistencia al impacto. Puede soportar golpes más fuertes sin astillarse ni fracturarse.
En aplicaciones con altos impactos o vibraciones, el tungsteno suele ser la mejor opción. El carburo de tungsteno es más adecuado cuando se requiere una resistencia extrema al desgaste pero las fuerzas de impacto son menores, como en herramientas de corte, matrices y abrasivos.
Densidad y peso
El tungsteno es uno de los metales más densos, con una densidad de 19,3 g/cm³, aproximadamente 1,7 veces la del plomo.
El carburo de tungsteno es ligeramente menos denso, alrededor de 15,6 g/cm³, pero aún es mucho más pesado que el acero (7,8 g/cm³).
Resistencia a la corrosión
Tanto el tungsteno como el carburo de tungsteno tienen una buena resistencia a la corrosión gracias a la formación de una fina capa de óxido en su superficie. Sin embargo, el carburo de tungsteno suele tener aglutinantes de cobalto o níquel que pueden ser más susceptibles a la corrosión en determinados entornos, especialmente en condiciones ácidas.
El tungsteno puro generalmente ofrece una mejor resistencia a la corrosión en una gama más amplia de entornos. Para las aplicaciones más exigentes, el tungsteno puro o las aleaciones de tungsteno suelen preferirse al carburo.
Resistencia al calor
El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de todos los metales, 3422 °C (6192 °F). Esto lo hace ideal para aplicaciones de temperaturas extremadamente altas, como filamentos de iluminación, boquillas de motores de cohetes y electrodos de soldadura.
El carburo de tungsteno tiene un punto de fusión más bajo, alrededor de 2870 °C (5198 °F), pero sigue siendo excepcionalmente alto en comparación con la mayoría de los demás materiales. El carburo de tungsteno mantiene la mayor parte de su dureza y resistencia a temperaturas elevadas.
Conductividad eléctrica
El tungsteno puro es un buen conductor de electricidad y se utiliza a menudo para contactos y electrodos eléctricos. Tiene una resistividad de 5,6 μΩ·cm, inferior a la del níquel y el acero al carbono.
Por el contrario, el carburo de tungsteno es más bien un aislante eléctrico, con una resistividad mucho mayor, de alrededor de 20 μΩ·cm o más, dependiendo del material del aglutinante. El aglutinante de cobalto del carburo cementado le confiere cierta conductividad, pero mucho menor que la del tungsteno puro.
Apariencia
El tungsteno puro tiene un brillo metálico blanco grisáceo similar al de otros metales.
El carburo de tungsteno suele tener un color gris mate, como el carbón, debido a su contenido de carbono y a los materiales aglutinantes. El tono exacto puede variar según la proporción de tungsteno y carburo y la composición específica del aglutinante.
Costo
El polvo de carburo de tungsteno es más barato que el tungsteno puro porque utiliza menos tungsteno por unidad de volumen.
Sin embargo, el procesamiento y la sinterización de los componentes de carburo de tungsteno tienden a ser más costosos y requieren un mayor consumo de energía. La naturaleza frágil del carburo también genera más desperdicio en las operaciones de mecanizado. Por lo tanto, en general, las piezas terminadas de carburo de tungsteno son más costosas que las de tungsteno puro.
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