Tungsten carbide (WC) based cemented carbides, also called hardmetals, are a family of composite materials consisting of carbide ceramic particles embedded in a metallic binder. They are classified as metal matrix composites (MMCs) because the metallic binder is the matrix that holds the bulk material together [1]. WC based composites are used in applications where a good combination of hardness and toughness are necessary [2]. It is usual to add more components to tailor the microstructure of the WC-(Co, Ni) system. The hardness for the cemented carbides based on nickel, increases significantly because of the addition of reinforcements like SiC nanowhisker [3]. In this work, the SiC was considered as an additional component for the composite WC-8(Co, Ni). Four mixtures were prepared with SiC contents ranging from 0 to 3.0 wt%. These mixtures were pressed (200 MPa) and green samples with 25.2 mm of diameter and 40 g were produced. Sintering was carried out in Sinter-HIP furnace (20 bar). Two sintering temperatures were investigated, i.e. 1380 and 1420oC, and the sintering time considered was 60 minutes. The relative density, hardness, linear and volumetric shrinkage were determined. Microstructural evaluation was investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM-FEG). The results showed that the addition of SiC promoted higher densification and grain size growth. The hardness was higher for samples with SiC, so solid solution hardening of the binder was more effective than WC grain size growth.
O metalduro é um compósito de carboneto de tungstênio (WC) ligado com cobalto, ocasionalmente podendo conter pequenas quantidades de outros carbonetos TiC, TaC, NbC, Cr2C3, VC, entre outros, para obter propriedades específicas. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma revisão sobre as matérias-primas críticas em ferramentas de corte de usinagem e destacar as tendências no emprego de novos materiais visando minimizar o consumo de WC e Co, nas ferramentas de usinagem. Analisando a situação crítica na obtenção das matérias-primas, escassez, processo de fabricação, toxicidade e custo de aquisição e acesso. O uso de outros metais como fase ligante de metais duros, tais como Ni e Fe, com substituição ao Co, estão sendo considerados como uma alternativa menos agressiva ao ser humano e ao meio ambiente. Comparado ao Co, o uso de Fe e Ni pode ser considerado como inertes a saúde, e com menor potencial para causar doenças ocupacionais aos trabalhadores nas rotas de fabricação de metal duro. Devido à dependência da importação de matéria-prima, necessária a fabricação de metal duro, é vital desenvolver soluções alternativas para enfrentar o alto risco de restrições ao acesso de WC e Co. É necessário avançar em pesquisas visando desenvolver soluções em ferramentas, englobando não só processos convencionais de obtenção de metais duros, mas também o uso de materiais alternativos e novas técnicas de fabricação. Defeitos como crescimento anormal de grãos de WC, baixo rendimento da resistência ao desgaste, molhabilidade da fase ligante com os particulados cerâmicos, entre outros, são situações problemáticas que tornam necessário mais estudos na inter-relação entre processamento, estrutura, propriedades e desempenho, que são muito importantes para os profissionais da área de usinagem. A substituição do Co e WC é uma das tendências de pesquisas da sustentabilidade ambiental, processos de reciclagem, economia circular e urban mining para o desenvolvimento sustentável da cadeia produtiva de metal duro.
This study aims to highlight the grains growth of tungsten carbide in the nickel binder phase, in function of sintering temperature of a hot isostatic pressed - HIP (at 60 bar) material, targeting the morphological behavior of the grain size and densification of the composite WC-8Ni. Cylindrical samples 25 mm x 15 mm were sintered in compression at temperatures ranging from 1380 °C to 1460 °C. The results showed that increasing the sintering temperature, there is an increase in WC grain size, the hardness decreases and the porosity is reduced increasing the specific gravity.
Este é um artigo publicado em acesso aberto (Open Access) sob a licença Creative Commons Attribution, que permite uso, distribuição e reprodução em qualquer meio, sem restrições desde que o trabalho original seja corretamente citado.a ResumoA vantagem de substituir o WC (15,67 g/cm 3 ) pelo SiC-α (3,21 g/cm 3 ) é o custo da matéria-prima e a baixa densidade do carboneto. A substituição do Co (8,90 g/cm 3 ) pelo Ni (8,91 g/cm 3 ), é devido à escassez da matéria-prima, restrições ao uso devido a exposição ocupacional e o preço comercial. Em relação aos experimentos realizados neste estudo, foram preparadas 3 misturas, sendo a primeira, a partir de WC-11(Co, Ni) e as demais reforçadas com adição de teores 0,6% e 1,2% de SiC-α, em peso, que foram produzidas pela técnica de metalurgia do pó convencional. Os compactados a verde foram sinterizados em fornos Sinter HIP, sinterização a vácuo em 1.380 e 1.420 ºC durante 60 minutos de estabilização e submetidos a uma pressão de 20 bar com nitrogênio. Os resultados apresentaram que com o excesso de carbono livre presente matéria-prima e mais o aumento da temperatura de sinterização influenciaram fortemente no crescimento do grão de WC e no surgimento de porosidades que consequentemente afetaram as propriedades mecânicas das ligas de metal duro.Palavras-chave: Metalurgia do pó; Metal duro; SiC-α; Sinterização; Microestrutura e propriedades. WC cemented carbides with based Co-Ni binder phase -hardnessand transverse rupture strength behaviour as a function of SiC-α additions and their effects on the sintering temperature
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