El carburo cementado es un tipo de carburo cementado que se fabrica mediante un proceso de pulvimetalurgia a partir del compuesto duro de metal refractario y metal de unión. Debido a su buena dureza y resistencia, es ampliamente utilizado en muchos campos. Con el requisito de rendimiento de alta temperatura y resistencia a la corrosión de los materiales de carburo cementado cada vez más altos, el rendimiento de los materiales de carburo cementado existentes es difícil de cumplir con sus requisitos de uso. En los últimos 30 años, muchos académicos han llevado a cabo investigaciones experimentales sobre compuestos basados en WC y han obtenido una serie de resultados de investigación.

Metales WC

WC-Co

El material cementoso ampliamente utilizado en el carburo de tungsteno es el cobalto. El sistema WC Co ha sido ampliamente estudiado. La adición de CO hace que el WC tenga buena humectabilidad y adhesión. Además, como se muestra en la Figura 13.2, la adición de CO también puede mejorar significativamente la resistencia y la tenacidad.

Investigación actual sobre los principales tipos de compuestos basados en WC 2
Investigación actual sobre los principales tipos de compuestos a base de WC 3

Figura 13.3 micrografía electrónica de retrodispersión de polvo de WC Co que muestra las estructuras externas y de sección transversal: (a), (b) F8; (c), (d) M8; y (E), (f) C8.

Realizó imágenes de electrones de retrodispersión de polvos F8, M8 y C8 y sus secciones pulidas. Se observó que todos los polvos tienen una forma esférica típica. El polvo F8 muestra una acumulación densa de carburos finos, mientras que el polvo M8 y C8 muestra una estructura de acumulación relativamente floja con algunos poros. En la sección pulida, todas las muestras muestran un fenómeno de dispersión obvio, y la dureza y la resistencia al desgaste son inversamente proporcionales al contenido de cobalto. La dureza Vickers (HV) varía de 1500 a 2000 HV30, y la tenacidad a la fractura varía de 7 a 15 MPa M1 / 2. Este cambio significativo es una función de la composición de carburo, la microestructura y la pureza química.

En términos generales, cuanto menor es el tamaño de partícula, mayor es la dureza y mejor es la resistencia al desgaste. Cuanto mayor es la fracción de volumen de CO, mayor es la tenacidad a la fractura, pero menor es la dureza y la resistencia al desgaste (Jia et al., 2007). Por lo tanto, para obtener un mejor rendimiento, es inevitable considerar el uso de otros materiales cementosos.

Por otro lado, debido a las razones anteriores, no tiene una estrategia científica y es fácil afectar la tendencia de los precios. Además, la combinación de WC y polvo de co es preocupante porque son más letales que cualquier uso individual.

WC-Ni

El níquel es más barato y más fácil de obtener que el cobalto. Tiene una buena propiedad de endurecimiento. Se puede usar para mejorar el rendimiento de corrosión / oxidación, resistencia a altas temperaturas y resistencia al desgaste en ambientes hostiles. En comparación con la aleación WC Co, la plasticidad del material es menor. Debido a que el níquel se disuelve bien en WC, se usa como adhesivo para sustratos de WC, lo que resulta en una fuerte unión entre ellos.

WC-Ag

La adición de Ag hace que el WC sea un tipo de material resistente al arco. Bajo la acción de una corriente de sobrecarga, el WC a menudo se carga en dispositivos de conmutación, lo que puede atribuirse a la conocida resistencia de contacto eléctrico (RC) de este último. Vale la pena mencionar que la resistividad del compuesto WC Ag disminuye con el aumento del contenido de Ag, y la dureza disminuye con el aumento del contenido de Ag, lo que se debe a la gran diferencia entre la dureza de WC y Ag. Además, los granos de WC gruesos tienen una resistencia de contacto muy baja y estable.

La Figura 13.4 muestra la resistencia promedio de contacto eléctrico (RC) producida por el interruptor

Ciclo 11e50 con diferente contenido de plata y tamaño de partícula WC, porque se observa que la RC de la mayoría de los materiales es estable después de 10 ciclos de conmutación. La resistencia de contacto de la plata está entre 50-55 wt% (relación de volumen 60% y 64.6%) en WC con un tamaño de partícula de 4 mm, y entre 55-60 wt% (relación de volumen 64.6% y 69%) en WC con un tamaño de partícula de 0.8 y 1.5 mm. Por lo tanto, esto determina la composición inicial de la inversión, donde la matriz Ag está completamente interconectada. Para componentes fijos, se observó una disminución en la resistencia de contacto entre 1,5 y 4 mm de tamaño de partícula WC, que también marca el umbral de permeación.

WC-Re

Investigación actual sobre tipos principales de compuestos a base de WC 4

Los científicos están utilizando el carburo de tungsteno para fortalecer el renio con el fin de obtener un mejor rendimiento que WC Co, porque RE puede aportar dureza a altas temperaturas y una buena combinación

En la Figura 13.4, la relación de la resistencia de contacto eléctrico promedio con diferente contenido de Ag y tamaño de partícula de WC a la resistencia de contacto del sustrato de WC durante los ciclos 11 a 50 es co o Ni. De acuerdo con las características de microestructura del núcleo de WC (contenido de 20% RE), se describe que el núcleo de WC retuvo en CO y continuó formando la estructura HCP, mejorando así la dureza de la aleación. Los investigadores también fortalecieron la re en WC Ni y encontraron inferencias similares. Debido a su mayor dureza y al doble de durabilidad de WC Co, la aleación se utiliza para fabricar piezas de herramientas competitivas. Al prensar en frío WC y Re en polvo seguido de un proceso patentado de prensado en caliente, se observaron más de 2400 kg / mm ~ 2 de HV (en comparación con 1700 kg / mm ~ 2 para WC-Co)

WC intermetálicos

WC-FeAl

In the past few decades, intermetallic compounds as ceramic adhesives have attracted people’s attention. Iron aluminide has excellent oxidation resistance and corrosion resistance, low toxicity, high hardness, good wear resistance, high temperature stability and good wettability. It is thermodynamically suitable for WC as binder. The hardness and fracture toughness of WC FeAl and WC Co are basically the same. The hardness and wear resistance of WC Co alloy are similar to those of conventional WC Co alloy. It can be considered that if the grain size can be optimized, it is possible to replace the traditional WC Co. The particle size distribution curve of WC FeAl mixed powder prepared by different ball milling and / or drying processes is shown in Figure 13.5. The three curves in Figure 13.5 have bimodal distribution. In Figure 13.5, the left peak of the smaller particle size corresponds to the left peak of a single WC particle. The correct peak value of larger particle size corresponds to the peak value of FeAl fragments containing some WC particles. When the correct peak moves, the left peak does not depend on the grinding and / or drying process. The correct peak of D-R powder (dehydrated ethanol as solvent for rapid drying) shifts to the corresponding peak of the other two powders.

Investigación actual sobre tipos principales de compuestos a base de WC 5

Figura 13.5 Distribuciones de tamaño de partícula de polvos mixtos WC-FeAl preparados a partir de diversos procesos de polvo.

WC-cerámica

WC-MgO

Investigación actual sobre los principales tipos de compuestos a base de WC 6

Los materiales compuestos de Wc-mgo se han utilizado ampliamente debido a la adición de partículas de MgO en la matriz de WC, lo que tiene poco efecto sobre la dureza y mejora significativamente la tenacidad de los materiales. La dureza es inversamente proporcional a la tenacidad, pero en el caso de esta aleación, la dureza se obtiene cuando la pérdida de dureza es muy pequeña. Agregar una pequeña cantidad de VC, Cr3C2 y otros inhibidores del crecimiento del grano al material estudiado no solo puede controlar el crecimiento del grano en el proceso de sinterización, sino que también mejora las propiedades mecánicas del material.

WC-Al2O3

Debe mencionarse aquí que Al2O3 se usa como material de refuerzo para WC, y viceversa, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y físicas.

La temperatura de sinterización y el tiempo de retención tienen efectos significativos sobre la microestructura y las propiedades mecánicas del compuesto wc-40vol% Al2O3. Con el aumento de la temperatura de sinterización y el tiempo de mantenimiento, aumenta la densidad relativa y el tamaño de partícula. Al mismo tiempo, los valores de alta presión y resistencia a la fractura aumentan primero y luego disminuyen. La microestructura del camino de grietas revela la existencia de puentes de grietas y desviación de grietas. En los compuestos wc-40vol% Al 2O 3, el principal mecanismo de endurecimiento es la generación de grietas secundarias y laterales. Otro estudio muestra que el HV es de aproximadamente 20e25gpa y la resistencia a la fractura es de 5e6mpa.m1 / 2.

La figura 13.6 muestra la tendencia de variación de dureza, tenacidad a la fractura y resistencia a la fractura transversal con contenido de alúmina. Cabe señalar que estos valores son bastante diferentes de los informados (Mao et al., 2015). Pure WC tiene la mayor dureza y la menor tenacidad a la fractura. La adición de Al2O3 mejora la tenacidad a la fractura, pero la dureza de la alúmina pura es menor que la del WC puro, y la dureza del compuesto wc-al2o3 disminuye. Los diferentes resultados en la Figura 13.6 muestran que las propiedades mecánicas dependen no solo del contenido de alúmina, sino también del proceso de producción y el grado de los diferentes sustratos. 

WC abrasivos

WC cBN

Debido a que el CBN tiene una excelente dureza, estabilidad térmica y actividad de reacción con el hierro, agregar CBN a WC Co puede mejorar la resistencia al desgaste, la dureza y las propiedades mecánicas del material. Una vez que CBN se fortalezca en la matriz WC, se producirá una fuerte adhesión. Además, se puede obtener una mejor tenacidad a la fractura por desviación de grietas o puente de partículas de CBN. Los dos obstáculos principales en el proceso de adición de CBN son la conversión de CBN a hBN y el fuerte enlace covalente entre B y N, lo que resulta en la baja capacidad de sinterización de CBN y carburo cementado.

WC diamantes

El diamante WC tiene una excelente tenacidad a la fractura, resistencia al crecimiento de grietas y resistencia a la reflexión. Este material solo se puede producir en condiciones termodinámicas para evitar que el diamante se convierta en grafito. A través de más investigaciones para mejorar el rendimiento de este material, podemos compensar la enorme brecha de costos, que es muy necesaria.