Le sfere di carburo cementato, comunemente note come sfere di carburo di tungsteno, sono prodotti di materiale sferico realizzati mediante sinterizzazione di polveri di carburo metallico di dimensioni micron-come carburo di tungsteno (WC) e carburo di titanio (TiC) con leganti come cobalto, nichel o molibdeno attraverso la metallurgia delle polveri. Le sfere di carburo cementato sono costituite principalmente da carburo di tungsteno (WC) e leganti (come cobalto (Co) o nichel (Ni)) utilizzando la metallurgia delle polveri, rendendole un materiale composito a due fasi.
La fase dura, il carburo di tungsteno (WC), rappresenta tipicamente il 70%–97% del volume totale, fornendo durezza, resistenza all'usura e stabilità termica estremamente elevate. La fase legante, il cobalto (Co), rappresenta tipicamente il 3%–30% del volume totale. Durante la sinterizzazione, scioglie e incapsula le particelle di carburo di tungsteno, agendo come legante e migliorando significativamente la tenacità e la resistenza agli urti del materiale. I leganti a base di cobalto- migliorano la resistenza, mentre i leganti a base di nichel- offrono una migliore resistenza alla corrosione. I gradi con un contenuto di cobalto compreso tra il 6% e il 12% sono comunemente usati nelle applicazioni generali.
La microstruttura tipica delle sfere in carburo cementato è una struttura composita a due-fasi. Durante la sinterizzazione, la fase legante fusa forma una fase liquida che, attraverso un meccanismo di dissoluzione-riprecipitazione, fa sì che i grani di carburo di tungsteno si impappino strettamente insieme. Dopo la solidificazione finale, la fase legante incapsula e lega saldamente i grani di carburo di tungsteno in una pellicola sottile continua, con i grani principalmente legati da questa pellicola legante.
Il rapporto di composizione influisce direttamente sulle prestazioni delle sfere in carburo cementato. Un contenuto inferiore di cobalto nel legante si traduce in una maggiore durezza e resistenza all'usura, ma in una minore tenacità; un contenuto di legante più elevato porta a una migliore tenacità, ma di conseguenza a una minore durezza e resistenza all'usura. Pertanto, regolando il rapporto del legante, le prestazioni delle sfere in carburo cementato possono essere personalizzate per adattarsi a diverse applicazioni. Durezza, tenacità e resistenza alla corrosione possono essere controllate regolando il contenuto del legante o degli additivi per soddisfare i vari requisiti applicativi.
Per ottimizzare proprietà specifiche, a volte vengono aggiunte piccole quantità di additivi come carburo di titanio (TiC), carburo di tantalio (TaC) o carburo di niobio (NbC) per migliorare la durezza alle alte-temperature o la resistenza all'ossidazione del materiale.
