La polvere di Tungsteno W (ricavata dalla Wolframite e dalla Sheelite) viene convertita in Carburo di Tungsteno (Tungsten Carbide - WC) attraverso la reazione con della polvere di Carbonio puro.
Il Carburo di Tungsteno si comporta in modo similare al Tungsteno allo stato puro, ed è resistente agli agenti chimici, salvo il Cloro. Grazie alla sua durezza, è il primo componente della Carbide Cementata, che viene impiegata nella produzione di utensili resistenti all'usura.
Il Carburo di Tungsteno viene successivamente legato con l'aggiunta di altri elementi, in genere Cobalto.
Il Metallo Duro, o Carbide Cementata è una lega di Carburo di Tungsteno. Mescolato ad un legante metallico, Cobalto, e con un successivo passaggio di sinterizzazione a temperature elevate, si ottiene un prodotto a bassa porosità, con un'elevatissima durezza e buona tenacità.
La Carbide Cementata (Carburo di Tungsteno WC e Cobalto (Co) può contenere anche proporzioni variabili di Titanio (TiC), Tantalio (TaC) e Niobio (NbC).
Nella fase di creazione della lega, il Cobalto può anche essere sostituito con parti di Ferro (Fe), Cromo (Cr), Nickel (Ni), Molibdeno (Mo), o una miscela di questi elementi.
Il primo metallo duro è stato introdotto per la prima volta, per la realizzazione di utensili da taglio, dalla Krupp nel 1927, ed è stato registrato con il nome Widia (dal tedesco: come il diamante).
Le proprietà di durezza e resistenza all'usura variano in base alle miscele (percentuali di legante) ed alla grana del componente.
La resistenza all'usura del metallo duro è influenzata dalla percentuale del legante e dalla dimensione del grano di Carburo di Tungsteno.
Durezza
La durezza si misura con il metodo Vickers, secondo la normativa EN 23878 (ISO 3878) con un carico di 30Kg oppure utilizzando il metodo Rockwell A (ISO 3738). La durezza è influenzata dalla percentuale di legante contenuto nel metallo duro e dalla dimensione del grano di Carburo di Tungsteno, come illustrato nelle tabelle seguenti.
Resistenza alla Rottura Trasversale
La Resistenza alla Rottura Trasversale (TRS) detto anche test della Tenacità si esegue in accordo alla normativa EN 23327 (ISO 3327).
Si ottiene il massimo valore di TRS con una percentuale di cobalto del 15% con una granulometria media del carburo di tungsteno.
Il TRS è influenzato dalla temperatura, infatti diminuisce all’aumentare della temperatura.
Resistenza alle fratture
Anche in questo caso, dipende dalla dimensione del grano di Carburo di Tungsteno e dalla percentuale del legante (Cobalto).
Resistenza all’usura
Probabilmente una delle caratteristiche più importanti del metallo duro è la resistenza all’usura. Quando due superfici slittano una contro l’altra del materiale viene asportato da entrambe le superfici. Se il carico è basso vengono asportati singoli grani di metallo. Questo fenomeno è l’attrito.
Se il carico tra le due superfici è elevato, vengono asportati aggregati di grani. Questo processo è conosciuto come abrasione. Entrambi questi fenomeni, cioè perdita di materiale dalla superficie, contribuiscono all’usura.
Fondamentalmente l’usura è influenzata dalla grandezza del grano di Carburo di Tungsteno e dal contenuto di Cobalto.
- Più piccola è la dimensione del grano, più alta è la resistenza all’usura.
- Più basso è il contenuto di cobalto, più alta è la resistenza all’usura.
Tipi di carbide cementata e applicazioni
Le carbidi cementate sono dei materiali composti, costituiti da particelle di Carburo di Tungsteno legate con un legante metallico (in genere 70-97% di WC con dimensione del grano tra 0.4 e 10 μm.
Dal momento che le proprietà della carbide cementata dipendono strettamente dal rapporto tra percentuale di legante e dimensione del grano, le combinazioni sono numerose. Se il processo produttivo è di buona qualità, si possono ottenere utensili con le medesime qualità indipendentemente dalle dimensioni del grano e dalla percentuale di legante.
Codifica
Il Tungsteno viene codificato in gradi, in base alla percentuale di Carbonio di Tungsteno e di Cobalto impiegati. Ad esempio
- Numeri più grandi (es K50) indicano una maggiore resistenza agli shock.
- Numeri più piccoli (es K05) una maggiore resistenza all'usura
