Carburo cementato: composizione, proprietà, usi

Il carburo cementato è un materiale composito, costituito da carburo metallico duro e resistente all’usura inglobato da una matrice metallica. Ha quindi una combinazione unica di durezza e tenacità. Il carburo cementato è più duro del ferro o dell’acciaio inossidabile ed è secondo solo al diamante

Le basi per l’attuale metodo di produzione risalgono agli anni ’20 dello scorso secolo, quando l’azienda tedesca di lampadine elettriche, Osram, cercò dei sostituti delle costose filiere diamantate utilizzate nella produzione del filo di tungsteno. La ricerca portò al carburo cementato, che fu presto prodotto e commercializzato da numerose aziende per diverse applicazioni, dove la sua elevata resistenza all’usura.

Generalmente è un composito ceramico-metallico solitamente costituito da grani di carburo, che sono la fase dura che occupa il 70-97% in peso, e legante, che è la fase morbida che occupa il resto. Questa natura ceramica-metallica offre la possibilità di ottenere combinazioni uniche di durezza, tenacità e resistenza all’usura, sulla base della personalizzazione dell’assemblaggio microstrutturale.

Di conseguenza, il loro campo di applicazione si è ampliato continuamente; dall’uso convenzionale negli utensili per il taglio/la formatura dei metalli o nelle punte per l’estrazione mineraria alle opportunità emergenti nei settori dell’elettronica, dell’aeronautica e dell’odontoiatria,

Nel 1926 Friedlich Krupp in Germania commercializzò utensili basati di questo materiale con il nome Widia (Wie Diamant = come il diamante).

Composizione del carburo cementato

La matrice metallica è costituita, in genere da metalli dei Gruppi 4, 5 e 6 o ferro e il carburo è quello di tungsteno WC, titanio TiC o tantalio TaC. Il carburo cementato più comune è prodotto combinando carburo di tungsteno (WC) con il metallo legante cobalto (Co).  Esso ha elevata durezza, resistenza all’usura, resistenza alla compressione e modulo elastico e ha un ruolo fondamentale nell’industria aerospaziale, nell’estrazione di risorse, nella produzione di attrezzature, nel trasporto ferroviario, nell’informazione elettronica

A seconda dei diversi leganti, il carburo cementato può essere suddiviso nelle seguenti categorie:

• Lega di tungsteno-cobalto: i componenti principali sono il carburo di tungsteno e il cobalto
• Leghe di tungsteno-titanio-cobalto: i componenti principali sono carburo di tungsteno, carburo di titanio e cobalto.
• Leghe di tungsteno-titanio-tantalio (niobio): i componenti principali sono carburo di tungsteno, carburo di titanio, carburo di tantalio (o carburo di niobio) e cobalto.

Un carburo cementato si ottiene tramite un processo di sinterizzazione in cui le polveri dei materiali solidi in forma di polvere sono mescolate, pressate e poi riscaldate. La pressione è mantenuta alta, in modo che i granuli delle polveri si uniscono a formare un pezzo di materiale compatto

Proprietà

I parametri più importanti per la determinazione delle proprietà del carburo cementato sono il contenuto di legante e la granulometria media del carburo. La fase di carburo è generalmente compresa tra il 70 e il 97% del peso totale del composito. La sua granulometria è in media compresa tra 0.4 e 10 μm.

Tra le proprietà resistenza all’usura, all’ossidazione e alla corrosione, tenacità, stabilità chimica, resistenza alle deformazioni, basso coefficiente lineare di espansione.

Usi

A seconda della loro composizione sono utilizzati per realizzare utensili da tornio, frese, pialle, punte, ecc. Tra questi, il carburo cementato di tungsteno-cobalto è adatto per la lavorazione di metalli ferrosi e non ferrosi e di materiali non metallici, come ghisa, ottone fuso, bachelite.

I prodotti in carburo di tungsteno cementato sono largamente usati e preferiti all’acciaio inossidabile per l’elevata durezza e resistenza all’usura e utilizzati per punte di trapano, frese e utensili da taglio.

Esso è usato per unte di utensili chirurgici sia perché possono essere affilate sia per la loro resistenza all’ossidazione. Grazie alle sue eccellenti prestazioni, il carburo cementato è stato ampiamente utilizzato nella produzione, nelle trivellazioni petrolifere, nell’estrazione mineraria

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