Desenvolvimento de compósitos de WC com ligantes martensíticos

Abstract

O objetivo deste trabalho foi estudar o desenvolvimento de novos compósitos de carboneto de tungsténio com ligante de aço inoxidável ferrítico AISI 410L, em substituição completa do ligante usual de cobalto. Foram preparados composições com teores de ligante variáveis entre 6 e 15%pp, tendo sido selecionada a composição de 10%pp de ligante para estudar o comportamento da adição de carbono, entre 0 e 1%pp. As composições foram processadas segundo um processo de pulverometalurgia convencional, com as seguintes etapas principais: moagem/ homogeneização dos pós, compactação por prensagem, sinterização em atmosfera de vazio seguido de prensagem isostática a quente para eliminar porosidade fechada. Durante e após as várias etapas do processamento foram feitas caraterizações de diversos tipos: cristalográfica, microestrutura, de composição química, dilatométrica e de comportamento mecânico. A investigação foi direcionada para a correlação das propriedades mecânicas com a microestrutura e a composição de fases, nomeadamente a quantidade de fase eta nas amostras. Verificou-se formação de fase eta durante a etapa de sinterização aumentando a sua quantidade com o aumento do teor de ligante, no entanto a adição de 1%pp de carbono reduz significativamente a quantidade dessa fase. A caraterização mecânica da dureza e tenacidade à fratura mostra que se obtêm materiais de dureza (HV30) muito elevada, entre 1800 e 2300 kgf.mm-2, mas com valores relativamente modestos de tenacidade (KIC) entre 7 e 14 MPa.m1/2, variáveis com o teor de ligante e a adição de carbono. Estes resultados são discutidos com base na microestrutura e estrutura dos compósitos e confrontados com os valores indicados na literatura para compósitos de WC-Co com teores de ligante e granulometria equivalentes

The main objective of this work was to study the development of new composites of tungsten carbide with ferritic stainless steel (AISI 410L) binder, to totally replace the usual cobalt binder. The composition were prepared with variable binder contents between 6 and 15wt%, and it was selected the composition with 10wt% of binder to study the effect of carbon addition, from 0 to 1wt%. The composites were processed by a powder metallurgy conventional method which consist in the following stages: milling/ homogenization of the powders, shaping by pressing, sintering in vacuum atmosphere, followed by hot isostatic pressing to eliminate close porosity. During and after the different processing stages various characterizations were made: crystallographic, microstructural, chemical composition, dilatometric and of mechanical behavior. This investigation was directed to the correlation between the mechanical properties and the microstructure and phase composition, particularly the amount of eta phase in the samples. A direct relationship between the higher formation of eta phase during sintering and the growing binder content was shown, however 1wt% of carbon addition reduces substantially the formation of that phase. The mechanical characterization of hardness (HV30) and fracture toughness (KIC) shows that very high hardness materials between 1800 to 2300 kgf.mm-2,but with relatively low toughness values are obtained between 7 to 14 MPa.m1/2, which are dependent of the binder content and the addition of carbon. These findings are discussed based on the microstructure and structure of composites and compared to the values given in the literature for WC-Co composites with equivalent binder contents and grain size