Los componentes de carburo de tungsteno utilizados en equipos químicos y petroquímicos pueden estar expuestos a partículas abrasivas, medios corrosivos, cambios de temperatura y cargas mecánicas repetidas. Seleccionar un grado adecuado exige considerar estas condiciones en conjunto.
La dureza por sí sola no es suficiente. El tamaño de grano del WC, la composición y el contenido del aglutinante, la calidad de fabricación y el diseño del componente deben favorecer tanto la resistencia al desgaste como un funcionamiento confiable en el entorno previsto.
1. Comenzar por la composición química del medio
El carburo de tungsteno cementado está formado por granos duros de carburo de tungsteno (WC) unidos mediante un aglutinante metálico, generalmente cobalto, níquel o un sistema de aglutinante aleado. La exposición química puede afectar al aglutinante, a la fase de carburo o a ambos.
En algunos medios acuosos, la corrosión preferencial del aglutinante debilita la superficie y facilita el desprendimiento de los granos de carburo durante el desgaste. Los medios fuertemente alcalinos también pueden atacar la fase WC. Estos mecanismos dependen del entorno químico específico: el pH por sí solo no permite establecer la compatibilidad, y las recomendaciones basadas en el pH de medios acuosos no deben aplicarse directamente a fluidos de proceso no acuosos.
Antes de seleccionar un grado, documente:
- La composición del fluido, las concentraciones y el contenido de agua
- Las temperaturas y presiones de operación normales y máximas
- El pH, cuando sea significativo para el fluido de proceso
- Los cloruros, los gases disueltos, los componentes oxidantes y otras sustancias potencialmente reactivas
- Los productos químicos de limpieza, sus concentraciones, las temperaturas y los tiempos de exposición
- Los cambios durante el arranque, la parada, el enjuague o las alteraciones del proceso
Un grado adecuado para la operación normal puede requerir una evaluación adicional si la limpieza o las condiciones anormales introducen exposiciones químicas diferentes.
2. Comparar los grados completos, más allá del nombre del aglutinante
Los grados WC-Co ofrecen un equilibrio útil entre dureza, resistencia al desgaste y tenacidad. Cuando la corrosión es un factor importante, los sistemas de aglutinante a base de níquel u otros aglutinantes aleados resistentes a la corrosión pueden ofrecer un mejor desempeño que los aglutinantes convencionales de cobalto sin alear. Su idoneidad sigue dependiendo del medio de proceso y de la formulación completa del grado.
Por lo tanto, el carburo con aglutinante de níquel debe considerarse un candidato para evaluación, en lugar de una solución automática. Un cambio de sistema de aglutinante también exige revisar las propiedades mecánicas y térmicas del grado.
Compare los grados candidatos considerando:
- La composición química y el contenido del aglutinante
- El tamaño de grano del WC y la uniformidad de la microestructura
- Los datos de dureza, tenacidad a la fractura y resistencia mecánica, con sus métodos de ensayo identificados
- Los resultados pertinentes de corrosión y desgaste
- La experiencia en condiciones de servicio comparables
Las designaciones de proveedores, como YG y YN, no establecen por sí solas la compatibilidad química ni la equivalencia entre proveedores. Compare las propiedades y composiciones documentadas, en lugar de basarse únicamente en los nombres de los grados.
3. Equilibrar el tamaño de grano y el contenido de aglutinante
En grados a base de WC comparables en los demás aspectos, los granos de WC más finos y un menor contenido de aglutinante generalmente aumentan la dureza y la resistencia a ciertas formas de abrasión. Un mayor contenido de aglutinante y granos más gruesos suelen mejorar la tenacidad a la fractura, pero pueden reducir la dureza. Estas son tendencias generales, no una clasificación universal aplicable a todos los sistemas de aglutinante y procesos de fabricación.
El mejor equilibrio depende del mecanismo de daño. La abrasión por partículas finas, el impacto de partículas a alta velocidad, el contacto deslizante y los impactos mecánicos intermitentes no necesariamente favorecen al mismo grado.
Reducir el contenido de aglutinante no sustituye la selección de un aglutinante químicamente adecuado. Del mismo modo, un grado más tenaz no compensa una corrosión severa del aglutinante. Compare valores de dureza medidos en la misma escala y bajo condiciones de ensayo comparables; la resistencia a la ruptura transversal y la tenacidad a la fractura describen propiedades diferentes y no deben tratarse como intercambiables.
4. Evaluar conjuntamente la corrosión y el desgaste por partículas
Los finos de catalizador, la arena, las partículas de coque y otros sólidos pueden causar erosión o abrasión junto con la exposición química. La corrosión puede deteriorar el aglutinante que sostiene los granos de carburo, mientras que el desgaste mecánico puede exponer material nuevo al fluido de proceso. Por lo tanto, la resistencia a la corrosión en condiciones estáticas no establece por sí sola la resistencia a la erosión-corrosión combinada.
En aplicaciones con sólidos, registre la composición, la dureza, la distribución de tamaños, la forma y la concentración de las partículas, junto con la velocidad local del flujo y los ángulos y las zonas de impacto probables. Identifique si el daño ocurre en una suspensión en movimiento, en una interfaz de deslizamiento o en una restricción localizada del flujo.
Cuando el desgaste combinado sea importante, utilice ensayos representativos o experiencia documentada en condiciones comparables para fundamentar la selección del grado. No debe suponerse que un resultado obtenido con una determinada composición química de la suspensión o un régimen de flujo se aplica a otros.
Si las bombas, las válvulas o las restricciones presentan picaduras localizadas, investigue la cavitación, además de la erosión por partículas y la corrosión. La cavitación implica la formación y el colapso de burbujas y puede requerir cambios en las condiciones de operación o en el diseño del flujo, además de la selección del material.
5. Incluir la temperatura y los ciclos térmicos
Revise las temperaturas normales de operación, las desviaciones máximas y la rapidez y frecuencia de los cambios de temperatura durante la limpieza, el arranque, la parada y las alteraciones del proceso.
La temperatura puede modificar el comportamiento frente a la corrosión y las propiedades del material. Los cambios rápidos de temperatura también pueden generar esfuerzos térmicos, mientras que las diferencias de expansión térmica entre el carburo y los materiales circundantes pueden modificar los esfuerzos del ensamble y los ajustes. La dureza a temperatura ambiente no debe interpretarse como una indicación de la temperatura admisible en servicio.
Para condiciones térmicas exigentes, obtenga información específica del grado y revise la configuración completa del componente, incluidos su apoyo, ajuste, materiales en contacto y, cuando corresponda, las condiciones de funcionamiento en seco o de pérdida de enfriamiento.
6. Adaptar el grado a las cargas mecánicas y a la función del componente
Los asientos de válvula, los anillos de sellado, las camisas, los bujes y los insertos de boquilla están sometidos a diferentes condiciones de carga. La selección del grado debe reflejar la función real del componente, su geometría y su apoyo.
Evalúe:
- Las cargas de contacto, de sellado y las debidas a diferencias de presión
- Los impactos, las vibraciones y las cargas repetidas
- La alineación, las holguras y el apoyo del componente
- La geometría de los bordes, el espesor de pared y las concentraciones locales de esfuerzos
- Los materiales en contacto, la lubricación y el enfriamiento, cuando corresponda
- Los procedimientos de montaje y desmontaje
La dureza y la tenacidad deben considerarse juntas. Seleccionar un grado más duro sin revisar las cargas y la geometría puede aumentar el riesgo de despostillamiento o fractura.
En los anillos de sellado y otros componentes de contacto de precisión, el acabado superficial, la planitud cuando esté especificada y el material de la contraparte también forman parte de la evaluación. Los daños por manipulación, un apoyo desigual o las fuerzas de montaje inadecuadas pueden comprometer un componente que, por lo demás, sería adecuado.
7. Utilizar evidencia pertinente para la aplicación
La selección del material debe apoyarse en los datos del proveedor, el historial de servicio documentado, la inspección de piezas devueltas y los ensayos representativos. Revise la calidad de fabricación junto con la composición nominal, incluidas la porosidad, los defectos microestructurales y la condición de las superficies de trabajo terminadas.
En entornos químicos poco conocidos o exigentes, los ensayos de exposición pueden ayudar a comparar grados candidatos. Cuando hay sólidos, también pueden ser necesarios ensayos combinados de erosión-corrosión o abrasión-corrosión.
Las condiciones de ensayo deben reflejar las características importantes de la aplicación, incluidas la composición química, la temperatura, el tiempo de exposición, los sólidos y el movimiento del fluido. Cuando corresponda, evalúe los daños superficiales y los cambios dimensionales, además de la pérdida de masa. Las mediciones electroquímicas pueden contribuir a la evaluación, pero no deben utilizarse por sí solas para predecir la vida útil del componente.
Los resultados de laboratorio ayudan a comparar candidatos bajo condiciones definidas; no garantizan directamente la vida útil en campo. Cuando sea viable, realice una prueba controlada en servicio con criterios de inspección acordados antes de una implementación más amplia.
Cuando la pureza del producto sea importante, incluya en la evaluación los límites de liberación de metales o de contaminación por partículas de desgaste.
Información que debe incluir una solicitud de selección de grado
Proporcione los siguientes datos, siempre que estén disponibles:
- Tipo de equipo y función del componente
- Composición del fluido de proceso, incluidas las exposiciones durante la limpieza y las alteraciones del proceso
- Temperaturas, presiones, condiciones de flujo y ciclo de trabajo
- Contenido de sólidos y características de las partículas
- Material o grado de carburo utilizado actualmente
- Desgaste, corrosión, picaduras, despostillamiento o grietas observados, incluida su ubicación
- Historial de servicio, intervalos de mantenimiento y motivo del reemplazo
- Planos, tolerancias, requisitos de acabado superficial y fotografías
- Detalles de los componentes en contacto, el apoyo, el ajuste y la instalación
- Cantidad estimada y cualquier requisito de pureza del proceso
Para las piezas de reemplazo, distinga las dimensiones del plano original de las mediciones tomadas en superficies desgastadas. Las fotografías del componente dañado y de su posición instalada pueden ayudar a explicar las condiciones de servicio.
Asistencia técnica de EnduraCarbide para su aplicación
EnduraCarbide Solutions fabrica componentes personalizados de carburo de tungsteno a partir de planos o muestras. Ayudamos a evaluar los grados de carburo y los sistemas de aglutinante candidatos según la composición química del medio, el contenido de partículas abrasivas, la temperatura y las cargas mecánicas, con dimensiones, tolerancias y acabados superficiales adaptados a la aplicación.
En exposiciones químicas poco conocidas, la selección del grado puede requerir datos adicionales de compatibilidad o ensayos específicos de la aplicación.
Envíe su plano o los detalles de su muestra para una revisión de la aplicación y una cotización.