El tungsteno, también conocido como wolframio, es uno de los metales industriales más funcionales. Con un peso atómico de 183,84, se encuentra junto al oro (196,97) y el plomo (207,2) como uno de los metales no radiactivos más pesados y densos. Sin embargo, a diferencia del plomo y el oro, el tungsteno es un metal increíblemente duro. El tungsteno tiene una dureza Mohs de 7,5 en comparación con el acero normal (4-4,5). También es capaz de resistir enormes cantidades de calor. En comparación con otros metales de alta temperatura como el molibdeno, el tungsteno tiene un punto de fusión mucho más alto. Esta densidad y dureza, junto con la resistencia al calor del tungsteno, son las que hacen que el metal sea tan útil.
Sin embargo, estas propiedades también hacen que el mecanizado de tungsteno sea increíblemente difícil. Es difícil cortar y dar forma al metal cuando sus órdenes de magnitud son más difíciles que las herramientas disponibles para trabajarlo. El tungsteno generalmente se sinteriza (se forma polvo y se calienta hasta que el polvo se fusiona), se corta con láser o se trabaja con métodos no tradicionales. Sin embargo, el mecanizado de tungsteno es posible y se utiliza para fabricar dispositivos altamente especializados.
Al mecanizar tungsteno, hay algunos tipos diferentes para elegir. A continuación se detalla una comparación de dos de las formas más comunes de tungsteno, así como una breve guía que describe cómo mecanizarlas de manera efectiva.
ALEACIONES DE TUNGSTENO
Además del metal puro, Be-Cu brinda servicio de maquinado de aleaciones en base tungsteno que logran características específicas de desempeño:
TUNGSTENO – POTASIO (WK)
El producto dopado con potasio está diseñado para su uso donde se requieren propiedades de alambre que no se deformen a alta temperatura en las industrias de iluminación y electrónica. Además, la forma de varilla del producto dopado presenta una resistencia y maquinabilidad superiores en otras aplicaciones industriales.
ALEACIÓN PESADA DE TUNGSTENO (WHA)
Los WHA son la forma preferida de W para la mayoría de los requisitos relacionados con la masa/densidad en componentes grandes que se pueden fabricar fácilmente mediante un proceso de pulvimetalurgia convencional. La WHA se encuentra en penetradores de energía cinética, blindaje contra la radiación, contrapesos, adquisición de registros de fondo de pozo y contrapesos de amortiguación de inercia, por nombrar algunas categorías.
TUNGSTENO LANTHANA (WLA)
Lanthanated W está diseñado para aplicaciones que requieren un rendimiento a alta temperatura con una mejor resistencia a la fluencia, una mayor resistencia y una temperatura de recristalización más alta.
HECHOS DE TUNGSTENO:
- Símbolo: W
- Categoría: Metal de Transición, Grupo VI
- Número atómico: 74
- Densidad: 19,25 g/cm3
- Punto de fusión: 3420 °C, metal más alto, segundo elemento más alto
- Descubierto: 1781
- Presión de vapor baja
- Alta resistencia eléctrica
- Bajo coeficiente de expansión térmica (CTE)
- Alta densidad
- Fuerte resistencia a la corrosión
- Alto módulo elástico
Mecanizado de Tungsteno
El tungsteno se produce mediante la sinterización de polvo de tungsteno a una temperatura incluso más alta que la del molibdeno. Y luego, como el molibdeno, pasa por procesos como el forjado, laminado y estampado. Dado que los granos de cristal de tungsteno son mucho más duros que los de molibdeno, el fresado puede desgastar rápidamente los filos de la herramienta. Peor aún, el tungsteno es frágil y propenso a agrietarse y romperse durante las operaciones de mecanizado.
Como se mencionó anteriormente, el tungsteno es ultraduro y extremadamente difícil de mecanizar. Algunos dicen que calentarlo con un quemador mejora la maquinabilidad, y otros dicen que mecanizarlo en condiciones de temperatura bajo cero evita daños en los bordes de corte de una herramienta causados por el calor. No obstante, mecanizamos tungsteno a temperatura ambiente.
- Para mecanizar tungsteno, necesita las herramientas de corte adecuadas. Hemos probado diferentes materiales para herramientas, como diamante, CBN y cerámica. Sin embargo, ninguno de ellos era tan bueno como el carburo de tungsteno en términos de durabilidad y rentabilidad. Entre el carburo de tungsteno, elegimos el que tiene alta dureza y tenacidad.
- Además, las herramientas necesitan bordes de corte afilados para reducir las fuerzas de corte y evitar que la pieza de trabajo se agriete o rompa. Dado que los filos de corte pierden su nitidez rápidamente cuando se mecaniza tungsteno, también es esencial emplear una geometría de herramienta que proporcione un control de viruta eficiente.
- Además, rectificamos nuestras herramientas internamente para mantener la nitidez de los bordes de las herramientas. Dado que el desgaste rápido del filo de corte es inevitable, mecanizamos tungsteno rápidamente mientras la herramienta mantiene su filo, y rectificamos la herramienta tan pronto como pierde su filo. Una herramienta desafilada provoca grietas y astillas alrededor de los bordes de la pieza de trabajo.
Los tamaños de los granos de cristal de tungsteno varían según la temperatura y la duración de los procesos de fabricación. Y el tamaño del grano de cristal afecta la maquinabilidad del tungsteno: cuanto mayor sea el grano, peor será la maquinabilidad. Dado que los granos de cristal de tungsteno aumentan de tamaño por el progreso de la recristalización, lo que resulta en una maquinabilidad significativamente peor, obtener el material con un historial de calor se vuelve aún más importante que cuando se mecaniza molibdeno.
Dado que el tungsteno es un metal conductor, también lo procesamos con máquinas de electroerosión.
Tungsteno vs Carburo de Tungsteno
Si bien hay varios tipos diferentes de tungsteno, es probable que las formas más familiares para los trabajadores del metal sean las aleaciones de tungsteno utilizadas en electrodos de soldadura de tungsteno y herramientas de carburo de tungsteno. Este último es el que se usa más comúnmente y es probable que le resulte familiar a cualquiera que haya comprado brocas en una ferretería. Si bien el tungsteno está involucrado en la fabricación de este herramental, el carburo de tungsteno no debe combinarse con tungsteno metálico o aleaciones de tungsteno metálico. Ellos son muy diferentes.
El carburo de tungsteno es una mezcla de tungsteno y carbono, mezclado con otros carburos como el carburo de titanio y suspendido en una matriz metálica formada en la forma deseada. Luego se hornea varias veces en momentos específicos para sinterizarlo en un extremo de molino o inserto de mecanizado. El carburo de tungsteno resultante tiene un índice de dureza de Moh de 9 y es significativamente más duro que el tungsteno metálico simple. Es este carburo de tungsteno el que permite mecanizar con eficacia el tungsteno metálico más puro y las aleaciones de tungsteno.
Superar los desafíos del mecanizado de tungsteno
La dureza del tungsteno tiene la desventaja de ser muy frágil a temperatura ambiente. Esto puede causar astillado no deseado. Se ha propuesto una variedad de métodos para mitigar la fragilidad del tungsteno. Un método es calentar el material a su punto de temperatura de transición de dúctil a frágil de aproximadamente 500° a 700° K (~400 a 800° F). Por el contrario, existe evidencia experimental de que enfriar el tungsteno a temperaturas criogénicas mejora su maquinabilidad. Es probable que alcanzar cualquiera de estos extremos de temperatura esté fuera del alcance de la mayoría de los talleres mecánicos que no se especializan en el mecanizado de metales pesados y no cuentan con equipos especializados. La guía para el mecanizado de tungsteno a continuación asume un entorno a temperatura ambiente trabajando con herramientas comúnmente disponibles.
La naturaleza frágil del tungsteno es un rasgo compartido con el hierro fundido, otro metal que se mecaniza con frecuencia. El mecanizado de hierro fundido proporciona una guía suelta, y el mecanizado de tungsteno utilizará velocidades de giro y velocidades de avance similares a las del hierro fundido. Supone el uso de herramientas con punta de carburo de tungsteno C-2 comúnmente disponibles o extremos e insertos de fresado de carburo completo. También se pueden utilizar herramientas de diamante. Sin embargo, las herramientas de diamante tienden a ser más caras y menos disponibles.
Torneado, mandrinado, desbaste y acabado Tungsteno
Los procesos que usan un torno para mecanizar tungsteno deben seguir las siguientes pautas de configuración para obtener un resultado aceptable. Se recomienda una inclinación positiva en la que la cara de la herramienta de corte se incline alejándose del borde de corte del lado interior para operaciones de torneado o mandrinado. Esto reducirá las fuerzas de corte, la vibración y el astillado, lo que dará como resultado una superficie más lisa. Los ajustes recomendados se pueden ver en la siguiente tabla.
| Operación | Avance/pulgadas por revolución (IPR) | Profundidad del corte | Velocidad de giro |
| desbaste | 0.050”/0.200” | 0.008”/0.010” | 250/350 |
| Refinamiento | 0.010”/0.030” | 0.003”/0.005” | 250/350 |
Se puede utilizar refrigerante en las operaciones anteriores. Sin embargo, se supone que el aire es el método principal para enfriar las herramientas.
Molienda
Las operaciones contra una superficie plana de tungsteno que tienen como objetivo suavizar o rasurar la superficie deben utilizar los siguientes ajustes:
- Avance: Se debe usar un avance de 0.003” por diente como punto de partida.
- Velocidad: Se debe usar un rango de velocidad entre 75 y 750 pies superficiales por minuto con herramientas de carburo de tungsteno. Esta velocidad debe ajustarse a la profundidad del corte, con un ángulo de corte más profundo traduciéndose en una velocidad más lenta.
- Fresado final: se debe usar fresado descendente o ascendente donde el movimiento de corte es en la misma dirección que el avance, ya que esto reducirá la carga en el filo de corte y el astillado.
Taladrado y roscado de tungsteno
Las herramientas de carburo de tungsteno deben usarse para perforar orificios en tungsteno y aleaciones de tungsteno, así como para roscar los orificios para roscarlos para pernos. La operación de perforación se puede enfriar con aire o se puede usar un refrigerante de corte de disulfuro de molibdeno. Los orificios deben taladrarse hasta el 50-55 % de los requisitos del orificio del grifo. Debido a la dureza del tungsteno, se recomiendan machos de roscar de carburo sólido para cualquier trabajo que requiera más de uno o dos orificios. Los machos de roscar solo deben usarse en orificios de diámetro pequeño si es necesario.
La regla general en el mecanizado de tungsteno, y con metal duro quebradizo, es errar por el lado de la precaución. Tomar las cosas con calma y metódicamente es mejor que dañar permanentemente una pieza de trabajo hecha de una aleación de metal rara y exótica que es potencialmente muy costosa. Vale la pena considerar los usos que justifican el gasto del tungsteno y la mano de obra necesaria para trabajarlo.
¿Para qué se utiliza el tungsteno mecanizado?
Sorprendentemente, si bien el tungsteno es el metal más duro que se conoce, no es por eso que se usa con frecuencia en la industria. En cambio, el tungsteno se utiliza principalmente por su resistencia al calor y densidad. Se puede encontrar en el revestimiento de altos hornos industriales, así como en lastre y contrapesos de alta densidad y bajo volumen para aeronaves. Uno de los pocos casos en los que la dureza del tungsteno, así como su densidad, juega un papel en su uso es en las ordenanzas de penetración. Los pesados dardos en el centro de la munición antitanque suelen estar hechos de tungsteno. Sin embargo, en ninguna de estas aplicaciones se utiliza con mayor frecuencia el tungsteno altamente mecanizado.
Esa distinción pertenece a la industria de la radiación dirigida. La alta densidad del tungsteno lo convierte en un escudo eficaz contra partículas de alta energía. Es buscado para el blindaje y el enfoque de la radiación. Los colimadores de tungsteno con orificios de enfoque perforados a través de ellos se usan a menudo en imágenes médicas para guiar y enfocar haces de radiación de alta energía, como los rayos X. El tungsteno también tiene usos similares en otros tipos de imágenes médicas, instrumentos científicos y física. Sin embargo, dada su rareza, encontrar tungsteno para mecanizar para estos fines puede ser tan desafiante como el propio mecanizado de tungsteno.
Enlace：Los desafíos del mecanizado de tungsteno
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