O aço inoxidável como ligante no metal duro

Abstract

O principal objectivo deste trabalho foi estudar a viabilidade da substituição total do cobalto por aço inoxidável AISI 304 em compósitos de carboneto de tungsténio, industrialmente apelidados de “metal duro”. Os compósitos, com teores de ligante variável entre 6 e 15%pp, foram processados segundo um processo pulverometalúrgico convencional, com as seguintes etapas principais: mistura dos pós e aditivos, compactação por prensagem e sinterização em atmosfera de vazio, seguida de prensagem isostática a quente, de forma a obter compactos com densidade elevada. Posteriormente, os compósitos foram caracterizados sob o ponto de vista químico, estrutural e microestrutural. Procedeu-se também a uma caracterização das suas propriedades mecânicas, nomeadamente da dureza e da tenacidade à fractura, de forma a estudar a viabilidade da aplicação destes materiais. A investigação foi direccionada para a correlação entre as propriedades mecânicas, a microestrutura e a composição de fases, mais propriamente com a quantidade de fase-η presente na amostra. Estes estudos mostraram que o aço inoxidável actua eficientemente na sinterização contribuindo para uma boa densificação dos compactos. Observou-se a formação de fase-η durante a sinterização em quantidades tanto mais elevadas quanto maior a percentagem de aço inoxidável inicial, constatando-se mais tarde, na etapa de caracterização mecânica, que este carboneto duro confere à peça boas propriedades mecânicas, nomeadamente elevada dureza sem contudo deteriorar significativamente a tenacidade à fractura.

ABSTRACT: The main point of this work was the study of the total substitution of cobalt by Stainless Steel AISI 304 in one group of tungsten composites industrially called “hard metal” These composites, with an amount of binder between 6 and 15%pp, were processed by a powdered conventional process which consists in the following stages: mixture of powder and additives, compression by pressing and sintering in vacuum atmosphere, followed by hot isostatic pressing, in order to obtain high density compacts. Chemical, structural and microstructural characterization was done after the reported process. Mechanical properties, as harness and fracture toughness, were measured as well, as part of the study of the viability application of these materials. This investigation was directed to the correlation between the mechanical properties, microstructure and phases composition specially the quantity of η- phase in the sample. These studies showed that the stainless steel works efficiently in the sintering, and could be a major contributor to a good densification of the compacts. A direct relationship between a high formation of the η-phase and the growing percentage of stainless steel during the sintering was shown. Later on, in the mechanical characterization, were observed that this hard metal gives to the composite good mechanical properties, namely high hardness, without damaging the capacity of fracture toughness.