El carburo de tungsteno como aleación emergente en la fabricación aditiva

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El carburo de tungsteno se utiliza en varias industrias debido a sus propiedades de dureza superiores en comparación con el acero para herramientas y su tenacidad superior en comparación con la cerámica técnica. Con estas propiedades superiores en mente, el carburo de tungsteno se asocia más comúnmente con herramientas utilizadas en aplicaciones de corte de metales, como aserrado, fresado y torneado. Muchos se sorprenden al descubrir que el carburo de tungsteno también se usa con frecuencia en aplicaciones de dosificación o flujo de fluidos debido a su vida útil superior cuando se expone al desgaste por erosión. El rendimiento mejorado contra el desgaste del carburo de tungsteno aumenta la vida útil de los componentes en artículos tales como boquillas en industrias tan diversas como el corte por chorro de agua, petróleo y gas, y electrónica. Si bien los beneficios del carburo de tungsteno son claros para muchos ingenieros que diseñan estos componentes, los desafíos de fabricar una pieza de carburo de tungsteno son menos conocidos.

Para comenzar, se debe explicar que el carburo de tungsteno es el nombre que se usa para una amplia categoría de aleaciones que se componen de carburo de tungsteno junto con aglutinantes metálicos y otros carburos agregados (es decir, TiC y TaC). Los dos aglutinantes metálicos más comunes son el cobalto y el níquel. Los aglutinantes metálicos influyen en las propiedades de dureza, tenacidad y compatibilidad química. El contenido de aglutinante metálico puede variar del 3 al 20% del material terminado, según las propiedades deseadas.

Componente de control de flujo

El polvo listo para prensar se fabrica combinando polvo de carburo de tungsteno (WC), un aglutinante metálico y un aglutinante orgánico en un solvente y luego evaporando el solvente de la mezcla mediante un proceso de secado por aspersión. Luego, el polvo se compacta en una prensa que crea una parte verde que tiene aproximadamente la fuerza de un trozo de tiza. Aunque frágil, la parte verde se puede mecanizar utilizando técnicas tradicionales de torneado, fresado y taladrado. Se debe tener cuidado al calcular la geometría ya que la parte verde se encogerá hasta un 20 % durante el proceso de sinterización. Además, mientras se encuentra a la temperatura durante el proceso de sinterización (2500-2700oF) a medida que el aglutinante metálico se derrite, la pieza se vuelve relativamente blanda y las áreas de espesor de pared delgado pueden colapsar. Cuando se retira del proceso de sinterización, la pieza se encuentra en su estado endurecido. Además, debido a las tasas de contracción, no se pueden crear características precisas durante la formación en verde, lo que significa que se deben agregar características geométricas complicadas y precisas a la pieza endurecida después de la sinterización.

A diferencia de un componente de acero, en su estado endurecido, el carburo de tungsteno no se puede tornear, taladrar, fresar ni soldar de manera convencional. En su lugar, nos quedamos con los procesos de rectificado y electroerosión que consumen mucho tiempo, son caros y tienen una capacidad limitada para crear ciertas geometrías.

Rotor de bomba progresiva

Aquí es donde las técnicas aditivas, como la inyección de aglomerante y FDM, pueden agregar valor al cliente al crear geometrías que antes eran imposibles en el carburo de tungsteno. Si bien existen desafíos en la creación de polvo que sea adecuado para la impresión frente al prensado, se están realizando avances para brindar beneficios de aditivos bien conocidos al mundo de los materiales duros.

Un ejemplo de ello son los rotores de bombas de cavidad progresiva (principio de Moineau) que tienen una geometría que sería imposible formar en una pieza verde o rectificar en una pieza acabada. Con las técnicas aditivas, los diseñadores de bombas tienen otro material en su arsenal cuando luchan contra el desgaste abrasivo al bombear líquidos difíciles.

Boquilla

Otro ejemplo es la creación de boquillas o esparcidores de una pieza que se utilizan en la dispensación de fluidos donde se preferirían trayectorias de fluido curvas. Hace solo unos años, se habría pensado que estas geometrías eran imposibles en carburo de tungsteno, lo que dejaba a los ingenieros elegir materiales subóptimos o geometrías menos eficientes, lo que deja a los clientes con costos de mantenimiento continuos.

Al asociarse con Precision Solutions by Hyperion en geometrías de piezas complejas, los clientes reciben el beneficio de la experiencia en materiales duros de Hyperion, pero también el beneficio de las técnicas de fabricación de vanguardia aplicadas de la manera correcta para entregar geometrías que antes eran imposibles.

Precision Solutions by Hyperion participaen Additive Manufacturing Strategies, que tendrá lugar en la ciudad de Nueva York del 7 al 9 de febrero de 2023. Paul Wagner, Gerente General, Precision Solutions by Hyperion, participará en la Sesión 3, Panel 1: Aleaciones emergentes y materiales metálicos para AM, el 7 de febrero. Regístrate aquí para obtener tu boleto para asistir.

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