Microestrutura e Resistência da Interface Cermet-Aço em Ferramenta de Perfuração de Rocha / Resistance and Microstructure of the interface Steel-Cermet in rock drilling tools

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2005

RESUMO

As ferramentas de perfuração de rochas (brocas e coroas) apresentam basicamente duas partes: haste de aço e cermet a base de carbeto de W. A interface aço-cermet tem papel fundamental no desempenho em campo, pois a fratura desta interface é um dos principais modos de falha das ferramentas. Neste trabalho analisou-se a relação entre as variáveis de processo, a microestrutura (ligação metalúrgica) e a resistência mecânica da interface entre o cermet e a crista da carcaça de aço. Para a preparação das amostras de ferramenta de corte (coroa do tipo A), foram utilizados três pós de material de esqueleto comerciais (conhecidos industrialmente como matrix), denominados A, B e C, um pó de liga de Cu, como material de infiltração (denominado industrialmente de binder), um pó de fluxo, que atuou como favorecedor da infiltração, tubo de aço ABNT 1020, como material da carcaça, grafite para moldes e areia de Shell molding queimado, que atuou como retentor da saída do fluxo e do infiltrante. A preparação das amostras de coroa envolveu: montagem dos componentes; infiltração espontânea em forno industrial a 1100C; recalque a quente; e usinagem. As microestruturas dos três cermets apresentaram partículas de reforço dispersas em matriz de liga de Cu. O cermet A apresentou partículas híbridas de W-W2C-WC, o cermet B apresentou partículas de WC e de W e o cermet C apresentou apenas partículas de W. A composição química da matriz foi definida pelo tipo e teor de partículas metálicas presentes nos pós de material de esqueleto. O grau de homogeneidade de dispersão das partículas e a formação de defeitos (poros grandes) foram definidos pela densidade verde dos pós de material de esqueleto e pela composição química da matriz dos cermets. Na interface cermet-crista da carcaça de aço, o elemento predominante da ligação metalúrgica foi a liga de Cu. O Ni e um pouco de Cu da matriz difundiram na região superficial do aço e a liga de Cu dissolveu e penetrou ao longo dos contornos de grão do aço, resultando em boa ligação metalúrgica entre o cermet e a crista da carcaça de aço; Entretanto, também foram observados defeitos, como trinca na interface, trinca na matriz do cermet próximo à interface, falta de preenchimento da liga de infiltração e trinca de partículas grandes próximas à interface. A resistência da interface da crista da carcaça de aço-cermet foi avaliada em ensaio de tração dos segmentos de coroas preparadas com o cermet A, com duas geometrias da crista da carcaça de aço: quadrada e trapezoidal. A amostra com crista quadrada apresentou maior força de ruptura do que a amostra com crista trapezoidal devido à forma geométrica da crista e da maior incidência de defeitos de processamento na região da interface na amostra com crista trapezoidal. A análise fractográfica mostrou que a fratura ocorreu predominantemente na região do cermet próxima à interface com a crista da carcaça de aço. O principal modo de fratura foi o descolamento (debonding) da interface entre as partículas de carbeto de W e a matriz de Cu, que resultou em deflexão da trinca e superfície irregular (rugosa) em escala microscópica. A fratura ocorreu por crescimento de múltiplas trincas e resultou em superfícies irregulares em escala macroscópica; Defeitos presentes no cermet, como poros e inclusões de silicato, e defeitos na região da interface favoreceram a propagação de trincas e contribuíram para o enfraquecimento do material. Os resultados indicaram que a exclusão de alguns elementos presente na matéria-prima pode diminuir os defeitos da interface cermet-aço;

ASSUNTO(S)

ferramenta de perfuração de rochas carbeto de tungstênio interface defeitos processamento rock drilling tools cermets interface microstructure processing strength desenvolvimento e otimização de processos industriais broca diamantada metalurgia do pó interface cermet-aço cermet microestrutura tungsten carbide defects engenharias coroa diamantada resistência mecânica

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