El tungsteno y el carburo de tungsteno suelen confundirse, pero bajo sus nombres similares se esconden propiedades distintivas que los diferencian. Si bien ambos derivan del raro metal tungsteno, la adición de átomos de carbono al carburo de tungsteno da como resultado un compuesto único con características propias.
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 presente en la naturaleza. Se considera un metal raro, ya que representa solo aproximadamente 1.5 ppm de la corteza terrestre. El tungsteno tiene número atómico 74 y se ubica en el período 6, grupo 6, de la tabla periódica, lo que lo sitúa 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, como 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 superado por el uranio. Su densidad de 19.3 g/cm³ es comparable a la del oro (19.32 g/cm³) y 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 átomos de tungsteno y carbono a partes iguales. También conocido como monocarburo de tungsteno, es el carburo de tungsteno más importante y ampliamente utilizado.
Los átomos de tungsteno y carbono del carburo de tungsteno están unidos en una estructura cristalina hexagonal, lo que le confiere 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). Presenta un punto de fusión elevado de 2,870 °C (5,200 °F), aunque este 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 posee una dureza excelente, es frágil y propenso a romperse, especialmente al impactar. Para mejorar su tenacidad 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 con aglutinante de 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 el 3 % y el 30 % en peso, y las proporciones más altas de cobalto proporcionan mayor tenacidad a costa de cierta dureza y resistencia al desgaste. El cobalto posee excelentes propiedades de humectación y adhesión con el carburo de tungsteno, lo que permite la producción de piezas sinterizadas de alta densidad y sin huecos.
Níquel (Ni)
El níquel puede servir como aglutinante alternativo al cobalto en compuestos de carburo de tungsteno. En comparación con el cobalto, los aglutinantes de níquel ofrecen mayor resistencia a la corrosión y estabilidad química, especialmente en ambientes ácidos. Sin embargo, los carburos con aglutinante de níquel presentan menor dureza y resistencia al desgaste. El níquel se utiliza a veces junto con el cobalto para optimizar 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 la oxidación del compuesto de carburo de tungsteno. Se utiliza a menudo 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 presenta menor dureza, pero mayor tenacidad, en comparación con los grados aglutinados con cobalto.
La 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 se clasifica entre 9 y 9.5, casi tan duro como el diamante (10). En contraste, 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 excepcional resistencia al desgaste y durabilidad. Las herramientas y 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 mayor dureza del carburo de tungsteno es su mayor fragilidad en comparación con el tungsteno puro. El tungsteno es relativamente dúctil y ofrece mayor 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 todavía es mucho más pesado que el acero (7.8 g/cm³).
Resistencia a la Corrosión
Tanto el tungsteno como el carburo de tungsteno presentan 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 contener aglutinantes de cobalto o níquel que pueden ser más susceptibles a la corrosión en ciertos entornos, especialmente en condiciones ácidas.
El tungsteno puro generalmente ofrece mayor resistencia a la corrosión en una gama más amplia de entornos. Para las aplicaciones más exigentes, se suele preferir el tungsteno puro o sus aleaciones 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, toberas 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 aun así es 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 eléctrico 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.
En cambio, 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 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, similar al carbón, debido a su contenido de carbono y a los materiales aglutinantes. El tono exacto puede variar según la proporción de tungsteno y carburo, así como 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 componentes de carburo de tungsteno suelen ser más costosos y consumir más energía. La fragilidad 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.
