Carbur de tungstè

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Anell de Carbur de tungstè

El carbur de wolframi o carbur de tungstè o widia, és un compost ceràmic format per wolframi i carboni. Pertany al grup dels carburs, amb composició química de W 3 C fins W6 C. S'utilitza fonamentalment, a causa de la seva elevada duresa, en la fabricació de maquinàries i estris per treballar l'acer. D'aquesta característica és d'on li ve el nom de widia, com a abreviatura de l'alemany "Wie Diamant" ("com el diamant").

A causa de la seva elevada duresa i escassa ductilitat, s'elaboren peces d'aquest material en forma de pols, afegint entre un 6 i un 10% de cobalt. Els grans del carbur de wolframi empleats en el procés solen tenir diàmetres d'uns 0,5-1 micròmetres. La pols es premsa, i les peces obtingudes s'escalfen sota pressió de 10.000 a 20.000 Bar, fins a aproximadament 1600 °C, una mica per sota del punt de fusió del carbur. En aquestes condicions, la massa es compacta per sinterització, actuant el cobalt com cola entre els grans del carbur.

L'acabat final de les peces només es pot realitzar amb mètodes abrasius. També és possible treballar amb màquines d'electroerosió de fil o penetració.

El tipus de material format d'aquesta manera es coneix com CERMET, de les sigles angleses ceramic metal.

Història[modifica | modifica el codi]

Broques de Carbur de tungstè

El carbur de wolframi va ser descobert pel químic i Premi Nobel francès Henri Moissan

Moissan va adaptar el forn elèctric per a experiments científics i descobrir diversos carburs, entre ells el de carbur de silici o carborundum anomenat en el seu honor moissanita.

En 1897, buscant aconseguir diamant artificial, va barrejar partícules metàl·liques de wolframi i de sucre (pel seu contingut de carboni), escalfant la mescla a alta temperatura. El resultat va ser una massa blava fosca d'una gran duresa: el carbur de wolframi. No obstant això encara que registre el seu descobriment i identifico els components seva extrema fragilitat ho feia inoperant.

Durant la Primera Guerra Mundial es van fer alguns experiments a Alemanya, sinterització partícules de carbur de wolframi. És premsat en diverses formes a alta pressió i es van tractar tèrmicament. De nou el producte resultant va ser massa fràgil per processar-lo industrialment.

No seria fins a l'any 1923 quan uns enginyers de la fàbrica berlinesa de bombetes OSRAM (llicenciada per General Electric) van aconseguir sintetitzar un producte a base de carbur de wolframi utilitzant com a aglomerant un 10% de cobalt. El cobalt va donar tenacitat a l'aliatge resultant el que permetia el seu ús industrial.

D'aquesta manera, van culminar la cerca de diversos anys per produir un "metall dur com el diamant" (a alemany: Hart Metall Wi i Dia mant).

Aquesta recerca havia començat 3 anys abans. L'enginyer Karl Schröter, amb el seu ajudant Baumhauer, es va plantejar substituir els nuclis de diamant natural utilitzats com muntura en les trefilar que es feien servir per al trefilatge dels filaments de bombetes, de wolframi tou però molt molt abrasiu.

Aquest sistema de trefilatge desenvolupat per General Electric el 1907 (mètode de l'enginyer William Coolidge), havia consagrat l'ús del wolframi com el millor metall disponible i el més econòmic, substituint al ruteni i al osmi.

No obstant això els nuclis de diamant eren un problema a causa de l'alt cost de la matèria primera ia la dificultat de trobar-la en l'Alemanya de la postguerra, sobretot després de la pèrdua de les colònies sud-africanes.

Per això l'èxit d'aquest primer Metalduro va ser immediat. Tot i que car de produir, era molt més econòmic que el diamant, i més tenaç. La seva menor resistència al desgast quedava compensada per la seva resistència al trencament.

Fabricants d'eines[modifica | modifica el codi]

El fabricant d'acer Krupp , proveïdor de Osram , es va mostrar immediatament interessat en el descobriment i va comprar el 1925 els drets de producció.

Krupp voler desenvolupar l'invent aplicant-lo també com a material per a eina de tall. En record de la motivació dels seus descobridors, va patentar aquest nou material amb el nom acrònim WIDIA (Wie Diamant = Com el diamant), però abans va haver de lliurar una batalla legal amb l'empresa alemanya Walter (de Tubingen), que havia desenvolupat un material similar anomenat DINYT.

Hi va haver un acord entre Krupp i Walter : aquest últim renunciava als seus drets sobre el nou material, ia canvi Krupp es comprometia a no fabricar eines de fresat durant 40 anys.

Les primeres eines de tall es van mostrar a la Fira de Leizpig el 1927 a l'estand de l'empresa Robert Zapp distribuïdora universal per llavors de tots els productes Krupp. Per economitzar el material, les eines es construïen amb el mànec d'acer i en l'extrem se soldada el tall de Metalduro . El seu inventor va ser Walter Dahwil , enginyer cap de Desenvolupament en el nou departament de Krupp, i servia per tornejar peces de fosa gris i fileres de metalduro.

Paral·lelament, General Electric desenvolupar el seu propi Metalduro . El 1925, sota la direcció de Samuel Hoyt, es va crear un departament a Michigan anomenat Carbolloy , a fi de produir aquest material a un cost menor. Hoyt va aconseguir reduir-lo a la quarta part en menys de 5 anys. El material va perdre llavors la seva aura de metall exòtic i va començar a ser considerat pels enginyers per desenvolupar noves aplicacions.

Durant els anys 30, l'empresa Distribuïdora de Krupp i General Electric acordar un cartell que excloïa la competència. Krupp no interferiria en els negocis americans de GE , i GE no entraria en el mercat europeu. Durant uns anys es va mantenir un preu artificialment alt que va reportar grans guanys a les dues companyies. Les autoritats antitrust de l'època començarien anys més tard a pressionar sobre el cartell. Tot i això, a Europa van començar a florir competidors que es van dedicar a fabricar varietats amb diferents aliatges i ingredients:

  • Paul Schwarkopf, fundador de Plansee , una foneria austríaca, va afegir un nou ingredient al WC el 1929. Aquest element, el Carbur de Titani, proporcionava una gran resistència a l'abrasió que produïen les encenalls llargues dels acers, a fregar amb la superfície de despreniment de les eines de tornejar. Va donar origen als primers "cermets".
  • Magnus Tigerschiold, Cap d'Enginyeria de Materials de la foneria sueca Fagersta , coneixedor del nou material i la seva tecnologia, va creure necessari acceptar el repte llançat feia uns anys pel gegant de l'acer alemany: al costat de la crisi del 29, el nou material era un gran risc per al negoci tradicional de Fagertsta . A més d'acer de construcció, produïa acer ràpid i extrarrápido per a la fabricació d'eines de tall. El 1932 van llançar el seu propi Metalduro amb la marca SEC -del llatí "Jo Curt" --
  • Philip McKenna, fundador de Kennametal Inc el 1937 esquivar el cartell widia-Carboloy , patentant una nova qualitat de Metalduro per treballar acers. Les acusacions de col·laboracionisme amb l'Alemanya nazi contra General Electric afavorir una gran prosperitat a Kennametal durant la Segona Guerra Mundial, esdevenint el primer proveïdor de l'exèrcit USA, subministrant munició i blindatges de Metalduro per als tancs Sherman.
  • El 1932 la Acería Bohler comença la fabricació en Düsseldorf de les eines soldades marca Bohlerit .
  • A França, Henry Garih funda Safety , la qual amb el temps donaria origen al conglomerat Frances Ugine Carbon .
  • A Suïssa neix la marca Stellram , desenvolupada per l'empresa Sterling .
  • A Anglaterra es crea Wimet (Acrònim de widia Metal).
  • Al Japó, el fundador de l'empresa Toshiba Electric , gran admirador de Thomas Alva Edison en la seva joventut i pare de l'electrificació del Japó, patenta el 1931 el seu metalduro " Tungaloy ". El 1935 fabriquen les primeres eines amb placa de fixació mecànica, uns anys abans que Kennametal.
  • Més tard, Mitsubishi obre la seva planta de producció d'eines soldades de metalduro .
  • Sumitomo s'incorpora a la nova tecnologia en 1934 amb el llançament de la seva marca Igetaloy .
  • El 1942, la companyia sueca Sandvik comença la fabricació d'eines soldades marca Coromant (Acrònim de Corona i Diamant) Corona era la marca comercial amb què es coneixia el HSS de Sandvik a l'època.

Reben la llicència de l'empresa lumpen, que fabricava bombetes, i que va canviar la seva activitat per produir armament.

  • El 1952, Stef Wertheimer funda Israelian Carbide-Iscar als voltants del port de Haifa a Israel.
  • A la fi de la 2 ª Guerra Mundial els aliats van entrar a la Factoria de Essen on es produïa el Metalduro widia. Allà van interrogar durant setmanes als tècnics i responsables de Producció sobre els seus mètodes. El resum escrit va ser anomenat el "Informe BIOS" i serviria durant anys com a manual de fabricació de metalduro, secretament distribuït a diversos països d'influència anglo-americana

Dades fisicoquímics[modifica | modifica el codi]

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

El carbur de wolframi es fa servir, sobretot, en l'elaboració d'estris de tall per treballar metalls o l'acer. També es construeixen algunes peces que requereixen elevada resistència tèrmica o mecànica, com coixinets d'eixos, etc.

Davant dels metalls durs té l'avantatge de mantenir la seva duresa fins i tot a elevades temperatures.

En els últims anys, també s'han elaborat materials semblants a base de nitrur de titani o carbur de titani que, fins i tot, poden tenir una resistència tèrmica més elevada.

Capes finíssimes d'aquests materials s'utilitzen per a recobrir fils de tall augmentant la seva resistència al desgast (15-30%)

També es fa servir molt freqüentment en matriceria.

El carbur de wolframi és un gran desconegut

El seu ús en la fabricació moderna de tot tipus de màquines i automòbils permet obtenir a un cost relativament baix.

És un material estratègic. El govern nord-americà l'inclou dins dels materials de categoria vital al costat d'altres materials i productes com el petroli.

En aquest cas es fan reserves de 6 mesos, anomenades Stock Piles, mitjançant les quals es vol preveure possibles errors de subministrament a causa de fenòmens naturals o guerres.

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]