Degradación de la resistencia a fractura de un carburo cementado WC-Ni sometido a choque térmico

Abstract

Los carburos cementados son materiales compuestos por carburos (generalmente de WC) incrustados en una matriz metálica (normalmente de cobalto) que actúa como ligante. Estos materiales se caracterizan por unas excelentes propiedades mecánicas gracias a la combinación de la dureza y resistencia al desgaste de las partículas cerámicas con la tenacidad de la fase metálica. Sin embargo, problemas como el alto precio del cobalto, su toxicidad y la exigencia del mercado que demanda nuevos materiales con propiedades optimizadas para su uso en determinadas aplicaciones, han hecho necesario el desarrollo de nuevos carburos cementados. Un claro ejemplo es la pérdida de resistencia mecánica del material cuando éste es expuesto a cambios bruscos de temperatura (por ejemplo, herramientas de minería), fenómeno conocido como choque térmico. Con el fin de reducir este problema se plantea utilizar níquel como material de aleación. En el presente trabajo se estudia la pérdida de resistencia a la flexión por choque térmico de un grado de metal duro WC-Ni con grano fino, suministrado por la empresa Sandvik Hyperion. Para ello, se somete el material a dos cambios de temperatura (ΔT) diferentes, 400ºC y 550ºC. Además, para simular la fatiga térmica, se repitió el proceso a diferentes números de ciclos (1, 3 y 10 ciclos) para cada diferencial de temperatura. Los resultados indican que el diferencial de temperatura de 400ºC no supone una caída de la resistencia del material. Por el contrario, si que se observa una disminución de la misma para un diferencial de temperatura de 550ºC. Para este diferencial de temperatura la pérdida de resistencia aumenta con el número de ciclos. Posteriormente se han analizado los resultados obtenidos de pérdida de resistencia a la flexión por choque térmico en función de los parámetros R y R’’’’ de Hasselman, que relacionan los parámetros microestructurales y mecánicos del material con la resistencia del mismo a nucleación de daño por choque térmico y a su posterior propagación. Para la determinación de dichos parámetros ha sido necesario realizar una caracterización mecánica del material. Por último, también se ha realizado un estudio comparativo de dos técnicas empleadas para la medición del tamaño de grano en carburos cementados. Así, se determinará la distribución del tamaño de grano se ha determinado mediante las técnicas de interceptación lineal y de análisis de imagen.