Sobre Carboneto de Tungstênio
O carboneto de tungstênio é um carboneto muito denso contendo partes iguais de tungstênio e átomos de carbono. Em sua forma mais básica, o carboneto de tungstênio é um pó fino cinza, mas pode ser prensado e moldado em formas através de um processo chamado sinterização para uso em máquinas industriais, ferramentas de corte, abrasivos, conchas perfurantes e joias. O carboneto de tungstênio é aproximadamente duas vezes mais rígido (alto módulo de elasticidade) que o aço. O carboneto de tungstênio tem uma resistência ao impacto muito alta e tem uma resistência muito alta para um material tão duro e rígido. A resistência à compressão é maior do que praticamente todos os metais e ligas fundidos e fundidos ou forjados. Com o aumento da temperatura para 1400°F, o carboneto de tungstênio retém grande parte de sua dureza à temperatura ambiente.
Densidade do Carboneto de Tungstênio
Em palavras, a densidade (ρ) de uma substância é a massa total (m) dessa substância dividida pelo volume total (V) ocupado por essa substância. A unidade padrão do SI é quilogramas por metro cúbico (kg/m3). A unidade padrão inglesa é libras de massa por pé cúbico (lbm/ft3).
A densidade do carboneto de tungstênio é de 14.500 kg/m3.
Exemplo: Densidade
Calcule a altura de um cubo feito de carboneto de tungstênio, que pesa uma tonelada métrica.
Solução:
A densidade é definida como a massa por unidade de volume. É matematicamente definido como massa dividida pelo volume: ρ = m/V.
Como o volume de um cubo é a terceira potência de seus lados (V = a3), a altura desse cubo pode ser calculada:
A altura desse cubo é então a = 0,41 m.
Densidade de Materiais
Propriedades mecânicas do Carboneto de Tungstênio
Força do Carboneto de Tungstênio
Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original.
A resistência de um material é a sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica. Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa. No caso de tensão tracional de uma barra uniforme (curva tensão-deformação), a lei de Hooke descreve o comportamento de uma barra na região elástica. O módulo de elasticidade de Young é o módulo de elasticidade para tensões de tração e compressão no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial e geralmente é avaliado por ensaios de tração.
Veja também: Resistência dos Materiais
Resistência à tração final do Carboneto de Tungstênio
A resistência à tração final do Carboneto de Tungstênio é de 370 MPa.
Força de rendimento de Carboneto de Tungstênio
O limite de escoamento do Carboneto de Tungstênio é de 330 MPa.
Módulo de elasticidade do Carboneto de Tungstênio
O módulo de elasticidade de Young do Carboneto de Tungstênio é de 600 MPa.
Dureza do Carboneto de Tungstênio
Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.
O número de dureza Brinell (HB) é a carga dividida pela área da superfície da indentação. O diâmetro da impressão é medido com um microscópio com uma escala sobreposta. O número de dureza Brinell é calculado a partir da equação:
A dureza Brinell do Carboneto de Tungstênio é de aproximadamente 25000 BHN (convertido).
Veja também: Dureza dos Materiais
Exemplo: Força
Suponha uma haste de plástico, que é feita de carboneto de tungstênio. Esta haste de plástico tem uma área de seção transversal de 1 cm2. Calcule a força de tração necessária para atingir a resistência à tração final para este material, que é: UTS = 370 MPa.
Solução:
A tensão (σ) pode ser igualada à carga por unidade de área ou à força (F) aplicada por área de seção transversal (A) perpendicular à força como:
portanto, a força de tração necessária para atingir a resistência à tração final é:
F = UTS x A = 370 x 106 x 0,0001 = 37000 N
Propriedades térmicas do Carboneto de Tungstênio
Carboneto de Tungstênio – Ponto de fusão
O ponto de fusão do Carboneto de Tungstênio é 2867 °C.
Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão. Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual essa mudança de fase ocorre. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio. Para vários compostos químicos e ligas, é difícil definir o ponto de fusão, pois geralmente são uma mistura de vários elementos químicos.
Carboneto de Tungstênio – Condutividade Térmica
A condutividade térmica do Carboneto de Tungstênio é 110 W/(m·K).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.
A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. No geral:
A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto, geralmente podemos escrever k = k(T). Definições semelhantes estão associadas a condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.
Carboneto de Tungstênio – Calor Específico
O calor específico do Carboneto de Tungstênio é 292 J/g K.
Calor específico, ou capacidade calorífica específica, é uma propriedade relacionada à energia interna que é muito importante na termodinâmica. As propriedades intensivas cv e cp são definidas para substâncias compressíveis puras simples como derivadas parciais da energia interna u(T, v) e entalpia h(T, p), respectivamente:
onde os subscritos v e p denotam as variáveis mantidas fixas durante a diferenciação. As propriedades cv e cp são chamadas de calores específicos (ou capacidades de calor) porque, sob certas condições especiais, elas relacionam a mudança de temperatura de um sistema à quantidade de energia adicionada pela transferência de calor. Suas unidades no SI são J/kg K ou J/mol K.
Exemplo: cálculo de transferência de calor
A condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura. Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor.
Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede de 3 m x 10 m de área (A = 30 m2). A parede tem 15 cm de espessura (L1) e é feita de carboneto de tungstênio com a condutividade térmica de k1 =110 W/mK (isolante térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 °C e -8 °C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h1 = 10 W/m2K e h2 = 30 W/m2K, respectivamente. Note-se que estes coeficientes de convecção dependem especialmente das condições ambientais e interiores (vento, humidade, etc.).
Calcule o fluxo de calor (perda de calor) através desta parede.
Solução:
Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção. Com esses sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente global de transferência de calor, conhecido como fator U. O fator U é definido por uma expressão análoga à lei de resfriamento de Newton:
O coeficiente global de transferência de calor está relacionado com a resistência térmica total e depende da geometria do problema.
Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente global de transferência de calor pode ser calculado como:
O coeficiente global de transferência de calor é então: U = 1 / (1/10 + 0,15/110 + 1/30) = 7,42 W/m2K
O fluxo de calor pode então ser calculado simplesmente como: q = 7,42 [W/m2K] x 30 [K] = 222,72 W/m2
A perda total de calor através desta parede será: qperda = q . A = 222,72 [W/m2] x 30 [m2] = 6681,67 W