Metal duro na ferramenta e na matriz

Com inúmeras combinações possíveis de conteúdo de ligante metálico e tamanho de grão, os carbonetos são usados ​​em diversas aplicações.

A palavra carboneto geralmente descreve um grupo de materiais caracterizados por alta dureza e propriedades metálicas. Os primeiros carbonetos, desenvolvidos em 1921, eram extremamente simples e aplicados principalmente em torneamento. Um brilho metálico e uma condutividade elétrica e térmica relativamente boa distinguem estes materiais de forma decisiva dos materiais duros não metálicos que eram usados ​​como materiais abrasivos muito antes da introdução dos carbonetos.

O carboneto é um material pós-metalúrgico (PM) bifásico que consiste em uma fase de material duro e uma fase de metal aglutinante. O material duro proporciona a resistência ao desgaste necessária e o metal aglutinante garante a tenacidade adequada. Com suas inúmeras combinações possíveis de teor de ligante metálico e tamanho de grão, os carbonetos são usados ​​em muitas aplicações (verimagem no topo).

Os carbonetos mais comumente usados ​​na indústria de ferramentas e matrizes são feitos de carboneto de tungstênio (material duro) e cobalto (metal ligante).

Para selecionar a classe apropriada para uma aplicação de ferramenta e matriz, é importante ter conhecimento detalhado do metal duro e como suas propriedades podem ser influenciadas. Existem duas possibilidades principais:

À medida que o tamanho médio do grão diminui, o metal duro se torna mais duro, mais resistente ao desgaste e mais quebradiço. À medida que o tamanho médio do grão fica mais grosso, o material se torna mais macio e resistente.

Um maior teor de ligante torna a classe mais macia e tenaz, enquanto um menor teor de ligante a torna mais dura, mais resistente ao desgaste e quebradiça (verFigura 1).

Outra forma de influenciar as propriedades é com outros componentes da liga, como carboneto de cromo (CrC), carboneto de vanádio (VC), carboneto de titânio (TiC) e carboneto de tântalo (TaC), também chamados de fases g. Esses componentes de liga são usados ​​em quantidades mínimas, também chamadas de dopagem, e melhoram propriedades como resistência à corrosão, tenacidade e resistência em altas temperaturas, ou podem atuar como inibidores de crescimento de grãos durante a sinterização.

Devido à fragilidade e dureza, a homogeneidade do material é extremamente importante em termos de resistência à fratura transversal do material e desgaste homogêneo (verFigura 2).

Várias outras propriedades são essenciais para o metal duro quando ele é usado em ferramentas e matrizes:

Várias classes foram comparadas em uma operação de corte de aço inoxidável com 0,065 polegadas de espessura usando um punção de usinagem por descarga elétrica (EDM).

Figura 1Clique na imagem para ampliá-la O tamanho médio do grão e o teor de cobalto afetam diversas características do metal duro.

O primeiro grau selecionado foi um submícron de 15%. Isso mostrou lascas de recuo após 500 acertos (vejaFigura 4 ). Uma análise minuciosa mostrou que a qualidade insuficiente da superfície, bem como a corrosão, causaram escoriações ao longo da aresta de corte. O soco quebrou durante o recuo e foi destruído.

O segundo grau era um grão grosso de 15%. Este material apresentou desgaste excessivo após 5.000 golpes (verFigura 5).

O terceiro grau era resistente à corrosão, com 12% de grão médio. Com sua resistência à corrosão e qualidade de superfície, a vida útil da matriz de estampagem foi de 50.000 golpes. Com melhorias na lubrificação, durou 80.000 golpes (vejaFigura 6).

O grão submícron de 15% e o grão médio de 12% eram semelhantes em dureza, mas o grau de 12% era feito de material virgem de alta qualidade com tamanho de grão correto, teor de cobalto e melhor qualidade de superfície devido à sua resistência à corrosão.

A classe do material precisa resistir não apenas ao choque, mas também acomodar todos os requisitos da aplicação. Por exemplo, o acabamento superficial, que é fundamental para a vida útil da ferramenta, pode ser melhorado se a classe resistir ao esgotamento do cobalto. A redução do teor de cobalto reduz a chance de escoriações, o que contribui para o retrocesso do lascamento. Finalmente, o metal duro virgem pode suportar altos níveis de choque enquanto mantém alta dureza.