Produção de compósitos de metal duro: ferro fundido nodular para aplicações com elevado desgaste

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo principal a obtenção de compósitos de metal duro - ferro fundido nodular e estudar o efeito das condições de vazamento e do tamanho de partícula de metal duro na ligação entre a matriz e as partículas. Para o efeito, foram preparadas por fusão duas composições de ferro fundido nodular (F1 e F2) que foram vazadas em moldações de areia contendo partículas de metal duro de WC-Co. Para cada composição de ferro fundido foram testadas partículas de metal duro com quatro granulometrias distintas. Foi também testada a adição prévia de níquel às partículas de metal duro. Nos compósitos sem níquel, observou-se uma boa ligação entre as partículas de metal duro e a matriz de ferro fundido da liga F1, independentemente da temperatura de vazamento, pressão metalostática e tamanho de partícula testados. Esta ligação caracterizou-se por uma desagregação parcial da superfície das partículas de metal duro, o envolvimento dos grãos de WC pela matriz de ferro fundido e a formação de uma camada com ferro e cobalto. Porém, nos compósitos obtidos com a liga F2, esta ligação foi observada apenas nas peças com tamanho de partícula de metal duro até 8 mm. Para tamanhos superiores de partícula, a interface entre o metal duro e o ferro fundido apresentou uma baixa coesão que foi atribuída à menor temperatura de vazamento da liga, combinada com um arrefecimento mais rápido do metal líquido durante o vazamento devido à maior espessura da camada com partículas de metal duro. Nos compósitos com níquel foi observada uma fraca coesão entre o metal duro e a matriz de ambas as ligas

The present work aimed the production of hard metal - nodular cast iron composites and to study the effect of the casting conditions and the particle size of the hard metal on the bonding between the matrix and the particles. For this purpose, two nodular cast iron compositions (F1 and F2) were casted using sand moulds containing WC-Co hard metal particles. For each cast iron composition were tested hard metal particles with four different sizes. The addition of nickel to the hard metal particles was also tested. In the nickel-free composites, a good quality bond was observed between the hard metal particles and the cast iron matrix of the F1 alloy, regardless of the casting temperature, metallostatic pressure and particle size tested. This bond was characterized by a partial disintegration of the surface of the hard metal particles, the involvement of the WC grains by the cast iron matrix and the formation of a layer with iron and cobalt. However, in the composites obtained with the F2 alloy, this bond was observed only in composites with a hard metal particle size up to 8 mm. For larger particle sizes, the interface between the hard metal and the cast iron showed a low cohesion, which was attributed to the lower casting temperature, combined with a faster cooling of the liquid metal due to the higher thickness of the layer with hard metal particles. In the composites with nickel, a weak bonding was observed between the hard metal and the matrix of both alloys