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Título: Estudo da substituição do cobalto pela liga Invar no metal duro com base em carbeto de tungstênio
Título(s) alternativo(s): Study of substitution of cobalt by the invar alloy in tungsten carbide based hard metal
Autor(es): Silva, Erijanio Nonato da
Orientador: Filgueira, Marcello
Palavras-chave: Metal duro;WC-Co;Spark plasma sintering;Liga Invar;Ligantes alternativos
Data do documento: 27-Jan-2020
Referência: SILVA, Erijanio Nonato da. Estudo da substituição do cobalto pela liga Invar no metal duro com base em carbeto de tungstênio. 2020. 134f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
Resumo: O cobalto é o ligante mais amplamente utilizado em metais duros à base de carbeto de tungstênio (WC) devido suas propriedades, principalmente a molhabilidade. Todavia, esse metal pode causar problemas de toxidade, e, além disso possui alto custo de produção. Além do cobalto, o ferro e o níquel já são amplamente empregados em metais duros como ligantes. Diante disso, essa pesquisa visa analisar a liga Invar (Fe-36%Ni) como um ligante alternativo no WC via técnica de sinterização por corrente pulsada (“Spark Plasma Sintering – SPS”). As amostras foram sinterizadas com patamares isotérmicos de 1100, 1200 e 1300 ºC. Amostras WC-Co foram sinterizadas com patamar de 1200 ºC para comparação. Os resultados mostram que a microestrutura apresenta uma boa distribuição de WC e diminuição da porosidade com o aumento de temperatura de patamar isotérmico. Além disso, a fase η não foi encontrada nas amostras WC-Invar e WC-Co. A análise pontual de EDS revelou regiões de dissolução de elementos tanto no WC-Invar quanto para o WC-Co. Os ensaios de dilatometria mostraram que o WC-Invar apresentou coeficiente de expansão térmica de 6,01 x10-6 °C-1 , enquanto que o WC-Co apresentou 6,23 x10-6 °C-1 . A mais alta densificação alcançada no WC-Invar é de 98,9 %. O aumento do patamar isotérmico proporcionou o aumento da densificação, dureza, resistência à compressão diametral e módulo de elasticidade. O WC-Invar sinterizado a 1100 °C apresentou dureza de 1777 HV, superando metais duros WC-Co encontrados na literatura, e tenacidade à fratura de 15,6 MPa m1/2 . O WC-Invar sinterizado a 1300 °C apresentou a mais alta resistência a compressão diametral, 376 MPa, maior módulo de elasticidade, 990 GPa, e maior dureza, 1992 HV. Diante desses resultados, a liga Invar, produzida nessa pesquisa, proporcionou no metal duro WC-Invar em comparação com WC-Co desta pesquisa boas características microestruturais, baixa dilatação térmica, alta dureza combinada com tenacidade à fratura e mais alta resistência compressiva.
Abstract: Cobalt is the most widely used binder in tungsten carbide (WC) -based hard metals due to its properties, mainly wettability. However, this metal can cause toxicity problems, and, in addition, it has a high production cost. In addition to cobalt, iron and nickel are already widely used in hard metals as binders. Therefore, this research aims to analyze the Invar alloy (Fe-36% Ni) as an alternative binder in the WC via the pulsed current sintering technique (“Spark Plasma Sintering - SPS”). The samples were sintered with isothermal levels of 1100, 1200 and 1300 ºC. WC-Co samples were sintered at 1200 ºC for comparison. The results show that the microstructure presents a good distribution of WC and a decrease in porosity with the increase of temperature. In addition, the η phase was not found in the WC-Invar and WC-Co samples. EDS analysis point revealed regions of element dissolution in both WC-Invar and WC-Co. The dilatometry tests showed that the WC-Invar showed a coefficient of thermal expansion of 6.01 x10-6 ° C-1, while the WC-Co showed 6.23 x10-6 ° C-1. The highest densification achieved at WC-Invar is 98.9%. The increase in the isothermal level provided an increase in densification, hardness, resistance to diametrical compression and modulus of elasticity. The Invar WC sintered at 1100 ° C showed a hardness of 1777 HV, surpassing WC-Co hard metals found in the literature, and fracture toughness of 15.6 MPa m1 / 2. The WC-Invar sintered at 1300 ° C showed the highest resistance to diametrical compression, 376 MPa, greater modulus of elasticity, 990 GPa, and greater hardness, 1992 HV. In view of these results, the Invar alloy, produced in this research, provided the carbide WC-Invar in comparison with WC-Co of this research with good microstructural characteristics, low thermal expansion, high hardness combined with fracture toughness and higher compressive strength.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28507
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