Carboneto de tungstênio como uma liga emergente na manufatura aditiva

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O carboneto de tungstênio é utilizado em várias indústrias devido às suas propriedades de dureza superiores em comparação com o aço para ferramentas e sua tenacidade superior em comparação com a cerâmica técnica. Com essas propriedades superiores em mente, o carboneto de tungstênio é mais comumente associado a ferramentas usadas em aplicações de corte de metal, como serragem, fresamento e torneamento. Muitos ficam surpresos ao descobrir que o carboneto de tungstênio também é usado com frequência em aplicações de distribuição de fluido ou fluxo devido à sua vida útil superior quando exposto ao desgaste erosivo. O melhor desempenho de desgaste do carboneto de tungstênio aumenta a vida útil dos componentes em itens como bicos em indústrias tão diversas como corte a jato de água, óleo e gás e eletrônica. Embora os benefícios do carboneto de tungstênio sejam claros para muitos engenheiros que projetam esses componentes, os desafios de fabricar uma peça de carboneto de tungstênio são menos conhecidos.

Para começar, deve ser explicado que o carboneto de tungstênio é o nome usado para uma ampla categoria de ligas compostas de carboneto de tungstênio real, juntamente com ligantes metálicos e outros carbonetos adicionados (ou seja, TiC e TaC). Os dois aglutinantes metálicos mais comuns são o cobalto e o níquel. Os aglutinantes metálicos influenciam as propriedades de dureza, tenacidade, bem como a compatibilidade química. O teor de aglutinante metálico pode variar de 3 a 20% do material acabado, dependendo das propriedades desejadas.

Componente de controle de fluxo

O pó Ready to Press é feito combinando pó de carboneto de tungstênio (WC), aglutinante metálico e um aglutinante orgânico em um solvente e, em seguida, evaporando o solvente da mistura usando um processo de secagem por pulverização. O pó é então compactado em uma prensa que cria uma parte verde que tem aproximadamente a força de um pedaço de giz. Embora frágil, a peça verde pode ser usinada usando técnicas tradicionais de torneamento, fresamento e furação. Deve-se ter cuidado ao calcular a geometria, pois a parte verde encolherá até 20% durante o processo de sinterização. Além disso, durante a temperatura durante o processo de sinterização (2500-2700oF), conforme o aglutinante metálico derrete, a peça torna-se relativamente macia e áreas de espessura de parede fina podem colapsar. Ao ser retirada do processo de sinterização a peça encontra-se em seu estado endurecido. Além disso, devido às taxas de encolhimento, características precisas não podem ser criadas durante a conformação verde, o que significa que características geométricas complicadas e precisas devem ser adicionadas à peça endurecida após a sinterização.

Ao contrário de um componente de aço, em seu estado endurecido, o carboneto de tungstênio não pode ser convencionalmente torneado, perfurado, fresado ou soldado. Em vez disso, ficamos com processos de retificação e EDM que são demorados, caros e limitados em sua capacidade de criar certas geometrias.

Rotor da bomba progressiva

É aqui que as técnicas aditivas, como o jato de ligante e o FDM, podem agregar valor ao cliente criando geometrias que antes eram impossíveis em carboneto de tungstênio. Embora existam desafios na criação de pó adequado para impressão versus prensagem, avanços estão sendo feitos para trazer benefícios aditivos bem conhecidos ao mundo dos materiais duros.

Um exemplo são os rotores de bomba de cavidade progressiva (princípio de Moineau), que possuem uma geometria que seria impossível formar em uma peça verde ou retificar em uma peça acabada. Com técnicas aditivas, os projetistas de bombas têm outro material em seu arsenal ao lutar contra o desgaste abrasivo ao bombear líquidos desafiadores.

Bocal

Outro exemplo é a criação de bicos ou espalhadores de peça única usados ​​na distribuição de fluidos, onde caminhos curvos de fluido seriam preferidos. Apenas alguns anos atrás, essas geometrias seriam consideradas impossíveis em carboneto de tungstênio, deixando os engenheiros para escolher materiais abaixo do ideal ou geometrias menos eficientes, o que deixa os clientes com custos de manutenção contínuos.

Ao fazer parceria com a Precision Solutions by Hyperion em geometrias de peças complexas, os clientes recebem o benefício da experiência em materiais duros da Hyperion, mas também o benefício de técnicas de fabricação de ponta aplicadas da maneira certa para fornecer geometrias anteriormente impossíveis.