Acerca del carburo de tungsteno
El carburo de tungsteno es un carburo muy denso que contiene partes iguales de átomos de tungsteno y carbono. En su forma más básica, el carburo de tungsteno es un polvo gris fino, pero se puede prensar y darle forma a través de un proceso llamado sinterización para su uso en maquinaria industrial, herramientas de corte, abrasivos, conchas perforadoras de armaduras y joyería. El carburo de tungsteno es aproximadamente dos veces más rígido (alto módulo de elasticidad) que el acero. El carburo de tungsteno tiene una resistencia al impacto muy alta y tiene una resistencia muy alta para un material tan duro y rígido. La resistencia a la compresión es más alta que prácticamente todos los metales y aleaciones fundidos y fundidos o forjados. Con el aumento de temperatura a 1400 ° F, el carburo de tungsteno retiene gran parte de su dureza a temperatura ambiente.
Resumen
| Nombre | Carburo de tungsteno |
| Fase en STP | sólido |
| Densidad | 14500 kg / m3 |
| Resistencia a la tracción | 370 MPa |
| Límite de elastacidad | 330 MPa |
| Módulo de Young | 600 GPa |
| Dureza Brinell | 25000 BHN |
| Punto de fusion | 2867 ° C |
| Conductividad térmica | 110 W / mK |
| Capacidad calorífica | 292 J / g K |
| Precio | 300 $ / kg |
Densidad del carburo de tungsteno
Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad se define como la masa por unidad de volumen . Es una propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen: ρ = m / V
En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es kilogramos por metro cúbico ( kg / m 3 ). La unidad de inglés estándar es libras de masa por pie cúbico ( lbm / ft 3 ).
La densidad del carburo de tungsteno es de 14 500 kg / m 3 .
Ejemplo: densidad
Calcula la altura de un cubo hecho de carburo de tungsteno, que pesa una tonelada métrica.
Solución:
La densidad se define como la masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:
ρ = m / V
Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a 3 ), la altura de este cubo se puede calcular:
La altura de este cubo es entonces a = 0,41 m .
Densidad de materiales
Propiedades mecánicas del carburo de tungsteno
Resistencia del carburo de tungsteno
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.
La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.
Ver también: Resistencia de los materiales
Máxima resistencia a la tracción del carburo de tungsteno
La resistencia máxima a la tracción del carburo de tungsteno es de 370 MPa.
Límite de elastacidad del carburo de tungsteno
El límite elástico del carburo de tungsteno es de 330 MPa.
Módulo de Young del carburo de tungsteno
El módulo de Young del carburo de tungsteno es de 600 MPa.
Dureza del carburo de tungsteno
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.
El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:
La dureza Brinell del carburo de tungsteno es de aproximadamente 25000 BHN (convertido).
Ver también: dureza de materiales
Ejemplo: resistencia
Suponga una varilla de plástico, que está hecha de carburo de tungsteno. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm 2 . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la resistencia máxima a la tracción de este material, que es: UTS = 370 MPa.
Solución:
La tensión (σ) se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:
por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:
F = UTS x A = 370 x 10 6 x 0,0001 = 37 000 N
Resistencia de materiales
Elasticidad de materiales
Dureza de los materiales
Propiedades térmicas del carburo de tungsteno
Carburo de tungsteno – Punto de fusión
Punto de carburo de tungsteno de fusión es de 2867 ° C .
Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.
Carburo de tungsteno – Conductividad térmica
La conductividad térmica del carburo de tungsteno es 110 W / (m · K) .
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica , k (o λ), medida en W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción . Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T) . Se asocian definiciones similares con las conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
Carburo de tungsteno – Calor específico
El calor específico de carburo de tungsteno es 292 J / g K .
El calor específico, o capacidad calorífica específica, es una propiedad relacionada con la energía interna que es muy importante en termodinámica. Las propiedades intensivas c v y c p se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la energía interna u (T, v) y la entalpía h (T, p) , respectivamente:
donde los subíndices v y p denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades c v y c p se denominan calores específicos (o capacidades caloríficas ) porque, en determinadas condiciones especiales, relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía añadida por la transferencia de calor. Sus unidades SI son J / kg K o J / mol K .
Ejemplo: cálculo de transferencia de calor
La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.
Calcule la tasa de flujo de calor a través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m 2 ). La pared tiene 15 cm de espesor (L 1 ) y está hecha de Carburo de Tungsteno con una conductividad térmica de k 1 = 110 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior son 22 ° C y -8 ° C, y los coeficientes de transferencia de calor por convección en los lados interior y exterior son h 1 = 10 W / m 2 K y h 2 = 30 W / m 2 K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).
Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.
Solución:
Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de conducción y convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor en general , conocido como un factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton :
El coeficiente de transferencia de calor general está relacionado con la resistencia térmica total y depende de la geometría del problema.
Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el coeficiente de transferencia de calor general se puede calcular como:
El coeficiente de transferencia de calor total es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 110 + 1/30) = 7,42 W / m 2 K
El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 7,42 [W / m 2 K] x 30 [K] = 222,72 W / m 2
La pérdida total de calor a través de esta pared será: q pérdida = q. A = 222,72 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 6681,67 W
Punto de fusión de materiales
Conductividad térmica de materiales
Capacidad calorífica de materiales
