Efecto de la temperatura de sinterización sobre la tenacidad fractura por indentación de compuestos de WC-6CO aditivado con TiC Y TaC.

Abstract

Los materiales de tipo cerámico-metálico surgen de la necesidad de introducir nuevos compuestos que presenten cualidades cerámicas como estabilidad química a elevadas temperaturas, junto con la resistencia mecánica de los materiales metálicos. El presente trabajo especial de grado se llevó a cabo con la finalidad de evaluar el efecto de la temperatura de sinterización y la adición de inhibidores de crecimiento de grano como TiC y TaC en un 0,5% en peso, sobre la microestructura, la dureza y la tenacidad de fractura por indentación de carburos cementados de WC-6Co, los cuales fueron sinterizados al vacío por la compañía Stellram-An Allergheny Techonology a distintas temperaturas (1325, 1375, 1400, 1425, 1475, 1525 y 1575°C). La caracterización microestructural de los compuestos volumétricos se estudió empleando técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Microscopía Óptica (MO) y un software de análisis de imágenes (ImageJ) a fin de determinar los parámetros microestructurales, como el tamaño de las partículas de carburo de tungsteno (WC), fracción volumétrica de las fases presentes, contigüidad de la fase de carburo de tungsteno y camino libre medio del aglomerante. Asimismo, la caracterización mecánica de los compuestos se realizó a través de técnicas de indentación convencionales utilizando un indentador Vickers, con el objetivo de cuantificar la dureza y la tenacidad de fractura con el fin de precisar una correlación de las mismas con la microestructura obtenida de los compuestos. Se encontró que la dureza está relacionada principalmente con el tamaño de grano, la cual disminuye al aumentar el tamaño de partículas de WC. La tenacidad de fractura se ve influida mayormente por el camino libre medio del cobalto manteniendo una relación proporcional entre ellos. Asimismo se comprobó la relación inversa entre la dureza y la tenacidad de los compuestos, entre los cuales el TiC mostró un mejor desempeño como inhibidor de crecimiento de grano en comparación al TaC con tamaños de partícula 23% menores para temperaturas de sinterización mayores a 1425°C, lo cual se traduce en una mayor tenacidad para compuestos con TaC y mayor dureza para aquellos con TiC como aditivo. Se encontró que los refinadores de partículas retienen el decrecimiento rápido de la dureza para temperaturas mayores a 1400°C. La dureza para los compuestos WC-6Co/0,5TiC presentó valores entre 15,43 y 17,07 GPa y en el caso de los compuestos WC-6Co/0,5TaC entre 15,50 y 16,97 GPa. Se determinó la tenacidad de fractura, obteniendo valores entre 10,46 y 12,96 MPa.m1/2 para el compuesto WC-6Co/0,5TiC y entre 10,70 y 12,13 MPa.m1/2 para WC-6Co/0,5TaC. Ceramic-metal materials arise from the need of new compounds which have ceramic qualities such as chemical stability at elevated temperatures with the mechanical strength of metallic materials. This degree thesis was conducted in order to evaluate the effect of sintering temperature and the addition of grain growth inhibitors such as TiC and TaC in 0.5% weight, on microstructure, hardness and indentation fracture toughness of cemented carbides WC-6CO, vacuum sintered by the company Stellram-An Allergheny Techonology at different temperatures (1325, 1375, 1400, 1425, 1475, 1525 and 1575 ° C). The microstructural characterization of volumetric compounds were studied using Scanning Electron Microscopy (SEM), optical microscopy (OM) and image analysis software (ImageJ) to determine microstructural parameters such as particle size of tungsten carbide (WC),the volume fraction of the phases, contiguity of the tungsten carbide phase and binder mean free path. Likewise, the mechanical characterization of the compounds was made by applying conventional techniques using a Vickers indenter, in order to quantify the hardness and fracture toughness in order to specify a correlation with the microstructure of the compounds. It was found that the hardness is primarily related to the grain size, which decreases when increasing the particle size of WC. The fracture toughness is mostly influenced by the mean free path of cobalt maintaining a proportional relation. The inverse relationship between hardness and ductility of the compounds showed that TiC has a better performance as grain growth inhibitor than TaC, with particle sizes 23% lower for higher sintering temperatures above 1425°C, which results in increased toughness for compounds with TaC and greater hardness for those with TiC additive. It was found that the particles refiners retain fast decrease in hardness for temperatures above 1400 °C. The hardness for WC-6Co/0,5TiC compounds presents values between 15.43 and 17.07 GPa in the case of WC- 6Co/0,5TaC compounds, between 15.50 and 16.97 GPa. Fracture toughness was determined obtaining values between 10.46 and 12.96 MPa. m1/2 for compound WC- 6Co/0,5TiC and between 10,70 and 12,13 MPa. m1/2 for WC-6Co/0,5TaC.