instituto politecnico nacional tesis tradicional alejandro nava ramos

INSTITUTO
POLITECNICO
Escuela Superior
e
PRUEBAS
de
DE
Ingeniería Química
Industrias Extractivas
PRELIMINARES
MEZCLAS
NACIONAL
DE
POLVOS
SINTERIZACION D E
DE
WC-Co-TaC
TESIS TRADICIONAL
Para obtener
INGENIERO
el
Título de
METALURGICO
p r e s e n t a
ALEJANDRO NAVA RAMOS
México, D. F.
1986
T.-136
INSTITUTO POLITECNICO N A C I O N A L
ESCUELA SUPERIOR DE IN G EN IER IA QU IM ICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
D IV IS IO N DE SISTEMAS DE TITU LA CIO N
V.b 1A
S( U<l I \M \
m
Me»co, D F Noviertore 22, 1985
L D llM - IU N P C I LIC. \
c. ALEJANDRO nava ram ds .
Pasante de Ingeniero METALURGICO.
Presente
1980-1984
£l tema de trabajo y/o tesis para su examen profesional en la opcion TESIS TRADICIONAL INDIVIDUAL.
es propuesto por el C. DR. JOSE GERARDO CABALAS MORENO.
quien sera el responsable
de la calidad de trabajo que usted presente, referida al tena “ PRUEBAS PRELIMINARES DE SINTERIZACION DE —
MEZCLAS DE POLVOS DE T'C-Co-TaC."
el cual deberá usted desarrollar de acuerdo con el siguiente orden
I.II.III.IV .V.V I.-
RESUMEN.
INTRODUCCION.
GENERALIDADES.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
RESULTADOS
ANALISIS DE RESULTADOS.
CONCLUSIONES.
BIBLIOGRAFIA.
ElJefedelDepartamentodeOpción
ING. RUBEfT IEMUS BARPOÑ.
ElJefedelaDivisiónde
SistemasdeTitulación
mrg'
Directorae^iíEscuela
A f f iS PADRES.
G U IL L L K O
y
MARIA ELEN A .
A I1IS H E R m N O S :
MARIA EUGQ1IA
ARACELI
JOEL
JORGE ARTURO
P A T R IC IA
MARTHA
GUILLERM O
GERARDO
M \R IA ELENA
A NUESTRO H IJ O :
MARCOS FABIAN
D ED ICO ESXA ETAPA DL M I V ID A ,
M ANIFESIANDO QUE SU APOYO ES
U T IL PARA SEG U IR ADELANTE.
"EL PROGRESO DEL IN D IV ID U O SE LOGRA
ALCANZANDO LAS MECAS F IJ A D A S , LAS
CUALES SERAN J U IC IO DE OTRAS".
A G R A D E C I M I E N T O
D e m a n e ra e s p e c ia l a l D r . J o s é G . C a b a n a s M ., p o r l a d ir e c c ió n y
a p o y o b r in d a d o e n l a r e a l iz a c ió n d e é s t e t r a b a jo .
A l . M . C . J o s é M. H a lle n L . , I n g . A b e l M ir a n d a A . y a l I n g . J o s é
L u is M o r a le s M. p o r su v a lio s a c o o p e r a c ió n en l a p a r t e e x p e r i
m e n t a l d e é s t e t r a b a jo .
A l o s c o m p a ñ e ro s d e g e n e r a c ió n q u e s ie m p r e h a n d e m o s tr a d o com
p r e n s ió n , a p o y o y q u ie n e s de u n a m a ne ra u o t r a h i c i e r o n p o s io le
l a r e a l iz a c ió n o e é s tv t r a b a jo , a s í com o d e m i f o r m a c ió n p r o ie
s ic n a l.
PRUEBAS PR ELIM IN ARES DE S IN T E R IZ A C IO N DE MEZCLAS
DE POLVOS DE WC - C o - T aC
ESTE ES TU D IO SE LLEVO A CABO EN LOS LABORATORIOS PESADOS DE IN G E N IE R IA
METALURGICA DEL IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O NACIONAL CCMO PARTE DEL PROYECTO
CONACyT-CARBURO ROMO DE V IV A R - E . S . I . Q .I.E .- I. P .N . PRT/MM/NAL/83/1967
PRUEBAS PR ELIM IN A RES DE S IN T E R IZ A C IO N DE MEZCLAS
DE POLVOS DE HC - Co - TaC
CONTENIDO
PAG.
RESUMEN
I.
INTRODUCCION
3
II.
ANTECEDENTES
5
I I I . EXPERIM ENTA CION
22
IV .
RESULTADOS
33
V.
D IS C U S IO N
65
VI
CONCLUSIONES
75
V I I . B IB L IO G R A F IA
76
-
.
R E S U M E N
E n e l p r e s e n t e t r a b a jo s e e s t u d ia n d if e r e n t e s c o n d ic io n e s d e s in t e r iz a c ió n d e m e z c la s de p o lv o s de W C-Co-Tac# e v a lu a n d o su s p r o p ie d a d e s d e d e n s id a d es_
p e c í f i c a y d u r e z a , a s í como l a m ic r o e s t r u c t u r a o b t e n id a e n la s m is m a s .
L a s m e z c la s e x p e r im e n t a le s f u e r o n c o m p a c ta d a s , p r e s in t e r iz a d a s a 800°C y —
s in t e r iz a d a s a 1440°C d u r a n t e 1 y 2 h o r a s y a 1500°C d u r a n t e a p ro x im a d a m e n ­
t e 3 y 30 m in u t o s e n a tm ó s f e r a de v a c ío , p o s t e r io r m e n t e s e e n f r ia r o n d e n tr o
d e l h o r n o h a s t a l a te m p e r a t u r a a m b ie n t e .
L a e v a lu a c ió n d e la s p r o p ie d a d e s e n la s m u e s tra s s in t e r iz a d a s s e r e a liz a r o n
m e d ia n te l a m e d ic ió n d e l a d e n s id a d e s p e c íf i c a y d u r e z a , b a s á n d o s e e n la s no rm a s ASTM B311 y ASTM B294, r e s p e c t iv a m e n t e .
L o s r e s u lt a d o s o b t e n id o s e n la s m e z c la s s in t e r iz a d a s a 1440°C m u e s tr a n u n in c r e m e n t o e n e l tam año d e g r a n o d e l WC y e n l a d e n s id a d e s p e c íf ic a c o n f o r ­
me a u m e n ta e l tie m p o d e s in t e r iz a c ió n ; la s m e z c la s s in t e r iz a d a s a 1500'C —
p r e s e n t a n u n a u m en to e n l a d e n s id a d e s p e c íf ic a y no m u e s tr a n v a r ia c ió n c o n ­
s id e r a b le e n e l tam año d e g r a n o a l a u m e n ta r e l tie m p o d e s in t e r iz a c ió n .
P o r o t r a p a r t e , e l e f e c t o d e l ta m a ño de g r a n o e n la s m u e s tr a s s in t e r iz a d a s a 1440°C y a 1500°C s o b r e l a d u r e z a p a r e c e s e r n u lo e n é s t a , d e b id o a l a e x c e s iv a p o r o s id a d q u e p r e s e n t a r o n la s m u e s tr a s s in t e r iz a d a s .
2 -
- 3 -
I.
I N T R O D U C C I O N
L o s c a r b u r o s c e m e n ta d o s s o n u n t ip o d e m a t e r ia le s m uy d u ro s y r e s is t e n t e s a l d e s g a s t e , lo s c u a le s c o n s is t e n d e m ic r o p a r t íc u la s de c a r b u r o s m e t á lic o s ,
t a le s com o c a r b u r o de t u n g s t e n o , c a r b u r o d e t i t a n i o , c a r b u r o d e n io b io v —
c a r b u r o d e crom o p r in c ip a lm e n t e , a g lo m e ra d o s d u r a n t e l a e t a p a de s in t e r iz a c io n e n p r e s e n c ia de u n a f a s e l í q u i d a c o n s t it u id a p o r u n m e t a l com o e l h i e ­
r r o , n í q u e l o c o b a lt o , q u e e n c o m p a r a c ió n c o n lo s c a r b u r o s m e t á lic o s es b a s
t a n t e m ás b la n d o y de m e n o r p u n to de f u s ió n . L o s c a r b u r o s c e m e n ta d o s s o n p r o d u c id o s p o r la s t é c n ic a s de M e t a lu r g ia d e P o lv o s c o n s in t e r iz a c ió n e n —
f a s e l í q u i d a ; d u r a n te l a s in t e r iz a c ió n s e p r o v o c a q u e la s p a r t íc u la s de car_
b u r ó m e t á lic o e s t e n a l a t e m p e r a t u r a d e s in t e r iz a c ió n fir m e m e n te a g lo m e ra —
da s c o n l a f a s e l íq u id a p r e s e n t e , o c a s io n a n d o u n a n o t a b le d is m in u c ió n d e l v o lu m e n d e p o r o s y u n a u m en to e n l a d e n s if ic a c ió n . A l t e r m in o de l a eta p a d e s in t e r iz a c ió n s e p r o d u c e e n e l c o m p a c ta d o un m e jo r a m ie n t o e n s u s p r o p ie ­
d a d es m e c á n ic a s .
L a e t a p a de s in t e r iz a c ió n s e v e a f e c t a d a p o r n u m e ro s o s f a c t o r e s , p e r o lo s p r in c ip a le s s o n lo s c o n c e r n ie n t e s a l a m a t e r ia p r im a ( fo r m a , D u r e z a , d is t r jL
b u c io n d e ta m a ño y tam año p r o m e d io ) , p o r la s c o n d ic io n e s d e s in t e r iz a c ió n ( t ie m p o , te m p e r a t u r a y a tm o s fe r a de s in t e r iz a c ió n ) y p o r l a p r e s e n c ia de —
c o n s t it u y e n t e s e x tr a ñ o s ( e le m e n to s o c o m p u e s to s d if e r e n t e s a l a a le a c ió n de
r ^A
c a r b u r o s c e m e n ta d o s ) [1 ] .
L as p r o p ie d a d e s ú t i l e s d e lo s c a r b u r o s c e m e n ta d o s , como s u a l t a d u r e z a y e le v a d a r e s is t e n c ia a l d e s g a s t e , s o n d e b id a s a l a e x tr e m a d u r e z a q u e t ie n e n
lo s c a r b u r o s m e t á lic o s ( la c u a l es m a n t e n id a e n g r a n p a r t e a te m p e r a t u r a s e le v a d a s ) y a lo s e le v a d o s e s f u e r z o s m e c á n ic o s y r e s is t e n c ia a l c h o q u e t é r ­
m ic o q ue s o p o r t a e l m a t e r ia l a g lo m e r a n te * E s ta s p r o p ie d a d e s t a m b ié n se v e n
fu e r t e m e n t e in f lu e n c ia d a s p o r l a e s t r u c t u r a y c o m p o s ic ió n q u ím ic a f i n a l d e l
* R e f e r e n c ia a l f i n a l d e l t e x t o .
- 4 -
c o m p a c ta d o s in t e t iz a d o , d e t a l m a n e ra q u e lig e r o s c a m b io s e n e l c o n t e n id o d e l m a t e r ia l a g lo m e r a n te a s í como d e l c a r b o n o y p e q u e ñ a s v a r ic io n e s en e l —
tam año de p a r t íc u l a , p r o d u c e n u n m a rc a d o c a m b io e n la s p r o p ie d a d e s m e c a n i—
c a s y e n e l r e n d im ie n t o de t r a b a jo d e l c o m p a c ta d o s in t e r iz a d o [ 2] .
I n ic ia l m e n t e , lo s c a r b u r o s c e m e n ta d o s f u e r o n d e s a r r o lla d o s e n r e s p u e s t a a l a dem end a d e u n m a t e r ia l s u f ic ie n t e m e n t e r e s is t e n t e a l d e s g a s t e p a r a lo s da d os de t r e f i l a c i ó n d e a la m b r e d e tu n g s te n o y p a r a h e r r a m ie n t a s d e c o r t e
p e r o p o s t e r io r m e n t e s e e n c o n t r o q u e e s t o s n u e v o s m a t e r ia le s p o d ía n s e r em—
p le a d o s p a r a e l m a q u in a d o d e f u n d ic io n e s d e h i e r r o , m e t a le s no f e r r o s o s y m a t e r ia le s no m e t á lic o s y ta m b ié n p a r a u n a g r a n v a r ie d a d de d a d o s , h e rr a - m ie n t a s d e c o r t e , c o m p o n e n te s d e m a q u in a r ia y p a r t e s e x p u e s ta s a l d e s g a s t e .
- 5 -
II.
A N T E C E N T E S
E n lo s p r im e r o s a ñ o s de e s t e s i g l o , f u é d e s c u b ie r t o q u e l a n o t a b le c a p a c i—
d a d d e t r a b a jo de u n a c e r o d e a l t a v e lo c id a d , e r a d e b id o a l a p r e s e n c ia d e ­
p a r t íc u la s m uy d u r a s c o n s t it u id a s p r in c ip a lm e n t e de p a r t íc u la s de c a rb u ro d e t u n g s t e n o , in c r u s t a d a s e n l a m a t r iz m e t á lic a . A p a r t ir d e e n to n c e s s e p e n s ó e n l a p r o d u c c ió n de u n a h e r r a m ie n t a d e c o r t e c o n s t it u id a s o la m e n te de
c a r b u r o d e tu n g s te n o (W C), l a c u a l p o d r ía m e jo r a r y s u p e r a r la s p r o p ie d a d e s
d e lo s a c e r o s d e a l t a v e lo c id a d . E s t o f u e r e a liz a d o p o r e l a ñ o de 1910 c o n
c ie r t a d if ic u lt a d a * ! , p u e s to q u e p a r a l a o b t e n c ió n de p ie z a s d e WC se r e q u ie ­
r e n de te m p e r a t u r a s d e t r a b a jo a r r ib a d e lo s 2000"C, o b t e n ié n d o s e r e s u lt a —
dos n o f a v o r a b le s e n l a r e s is t e n c ia y d u r a b ilid a d d e la s p ie z a s . E n e s t a m is m a é p o c a , K a r l S c h o t e r d e s c u b r ió q u e s i e l p o lv o de c a r b u r o de tu n g s te n o
s e m e z c la b a c o n u n m e t a l a u x i l i a r , como e l F e , N i ó Co e n c a n t id a d e s s u p e —
r io r e s a u n 10Z e n p e s o , y d e s p u é s e r a c o m p r im id o , p o d r ía s e r s in t e r iz a d o a u n a te m p e r a t u r a d e 1500°C. L a s p ie z a s a s í o b t e n id a s m e jo r a b a n s u s p r o p ie ^
d a d e s de r e s is t e n c ia , p o r o s id a d y d u r a b ilid a d .
L o a n t e r io r d io como r e s u lt a d o e l i n i c i o de l a p r o d u c c ió n y d e s a r r o llo d e lo s c a r b u r o s c e m e n ta d o s , q u e h a s t a n u e s t r o s d ía s e l WC y e l m e t a l a u x ilia r s ig u ie n s ie n d o t o d a v ía l a c o m p o s ic ió n m ás im p o r t a n t e d e s d e e l p u n to d e v i s ­
t a c o m e r c ia l. C uand o e s t a c o m p o s ic ió n s e in t r o d u jo a l m e rca d o tu v o g r a n a c e p t a c ió n e n e l e m p le o p a r a e l m a q u in a d o d e h ie r r o f u n d id o , b r o n c e s , a lu n ¿
n io y o t r o s m a t e r ia le s q u e p r e s e n t a n u n a v ir u t a q u e b r a d iz a , p e r o c o n t r a r ia ­
m e n te a é s t o , n o t u v ie r o n é x it o c u a n d o s e a p lic a r o n a l a c e r o , c a u s a n d o r o t jj
r a s e n l a p ie z a de c a r b u r o p o r l a fo r m a c ió n de c r á t e r e s . T a l p r o b le m a s e s u p e r ó d u r a n te l a d é c a d a de lo s 3 0's c o n l a a d ic ió n de 1-20% e n p e s o de c a r
b u r ó d e t i t a n i o ( T iC ) , d e t a n t a li o (TaC) y d e n io b io (NbC) p r in c ip a lm e n t e - lo s c u a le s d is m in u y e n e l e f e c t o d e c r a t e r iz a c ió n , s u r g ie n d o de n u e v o e l d e ­
s a r r o llo y b ú s q u e d a de o t r o s t ip o s d e a le a c io n e s de c a r b u r o s c e m e n ta d o s , pa
r a m e jo r a r a u n más s u s p r o p ie d a d e s y a m p lia r su cam po d e a c c ió n .
- 6 -
TIP O S DE CARBUROS CEMENTADOS
Podem os d e c ir d e m a n e ra g e n e r a l, q u e e x is t e n dos g ra d o s de c a r b u r o s ce m e n ta
d o s , lo s c u a le s s o n :
G ra d o s S im p le s : c o n s is t e n de p a r t íc u la s f in a s de c a r b u r o d e tu n g s te n o u n id a s p o r c o b a lt o (3-30% e n p e s o ) ccr^o m a t e r ia l a g lo m e r a n t e ; e l tamañop r o m e d io d e p a r t íc u l a v a r ía de 1-10 m ie r a s . G e n e r a lm e n te e s t e g ra d o e s ­
e m p le a d o p a r a h e r r a m ie n t a s d e c o r t e , d a d o s p a r a t r e f i l a r , p u n z o n e s y --o t r o s t ip o s de h e r r a m ie n t a s .
.
G rad o s C o m p le jo s : s o n b á s ic a m e n t e a le a c io n e s d e W C-Co, p e r o c o n t e n ie n d o
e n d iv e r s a s p r o p o r c io n e s c a r b u r o de t i t a n i o y / o c a r b u r o d e t a n t a li o o —
c a r b u r o de n i o b io . E s to s g r a d o s s o n e m p le a d o s g e n e r a lm e n te p a r a h e r r a —
m ie n t a s d e c o r t e , in s e r t o s p a r a e l m a q u in a d o d e a c e r o d e b a ja a le a c ió n y
m a t e r ia le s d ú c t i l e s .
PRODUCCION DE CARBUROS CEMENTADOS
L a p r o d u c c ió n de c a r b u r o s c e m e n ta d o s in v o lu c r a u n a a m p lia v c o m p le ja s e c u e ii
c ía d e o p e r a c io n , e n d o n d e c a s i to d o s lo s f a c t o r e s q u e in t e r v ie n e n e n su o r o
d u c c io n s o n c r í t i c o s . L as p r in c ip a le s o p e r a c io n e s p a r a s u p r o d u c c ió n s o n :
A .-
P r o d u c c ió n d e H a t e r ía P r im a
L o s p o lv o s d e WC s o n p r o d u c id o s g e n e r a lm e n te p o r l a c a r b u n z a c ió n d e lm a t e r ia l p u r o de t u n g s t e n o , m ie n t r a s q u e lo s o t r o s t ip o s d e c a r b u r o —
- 7 -
s o n o b t e n id o s p o r l a c a r b u r iz a c io n d ir e c t a d e su s r e s p e c t iv o s ó x id o s e n p r e s e n c ia de n e g r o de hum o; e l p o lv o d e c o b a lt o es o b t e n id o a p a r —
t i r de l a r e d u c c ió n de s u r e s p e c t iv o o x id o [3 ] .
E l c o m p o rta m ie n to d e e s t o s p o lv o s d u r a n t e e l p r o c e s o , a s í como la s p r o p ie d a d e s d e l p r o —
d u c to t e r m in a d o , d e p e n d e n de la s c a r a c t e r ís t ic a s d e l p o lv o d e WC, prin_
c ip a lm e n t e d e l tam año n r o m e d io d e p a r t íc u l a , l a p u r e z a , l a d is t r ib u - c io n de ta m a ño s y l a fo r m a . P a ra l l e v a r a c a b o l a e v a lu a c ió n de e s t a s
c a r a c t e r ís t ic a s s e c u e n ta n c o n m é to d o s y n o rm a s y a e s t a b le c id o s [4 a ].
B .-
M o lie n d a
E s t a o p e r a c ió n c o n s is t e e n l a c o m b in a c ió n m o lie n d a - m e z c la d o d e lo s poJL
v o s , u t il iz a n d o com unm ente u n m o lin o de b o la s r e c u b ie r t o in t e r io r m e n t e
c o n u n a c h a q u e t a d e c a r b u r o cem e n ta d o o s im p le m e n te u n m o lin o f a b r ic a ­
do de a c e r o in o x id a b le y e m p le a n d o b o la s d e c a r b u r o c e m e n ta d o . D u ra n ­
t e l a e t a p a d e m o lie n d a se t r a t a d e o b t e n e r q u e la s p a r t íc u la s de c a r ­
b u r o s e a n c o m p le ta m e n te c u b ie r t a s s u p e r f ic ia lm e n t e c o n p a r t íc u la s de c o b a lt o . E s to t ie n e como c o n s e c u e n c ia u n a r e d u c c ió n e n e l ta m a ño de­
p a r t íc u l a d e lo s p o lv o s de c a r b u r o y u n d e s g a s t e t a n t o c n e l m o lin o —
como e n la s b o la s d e c a r b u r o .
L a m o lie n d a s e r e a l i z a e n p r e s e n c ia de
u n l í q u id o o r g á n ic o ( h e x a n o , a c e to n a o t e t r a c lo r u r o de c a r b o n o ) , c o n e l o b je t o d e d is m in u ir e l c a le n t a m ie n t o en e l m o lin o y e n t r e la s p a r ­
t í c u l a s , p r o v o c a d o p o r l a f r i c c i ó n q u e s e o r ig in a p o r e l c h o q u e c o n t i­
n u o d e la s b o la s c o n la s p a r e d e s d e l m o lin o , y c o n la s p a r t íc u la s y eri
t r e e s t a s u lt im a s ; adem ás e l l í q u i d o o r g á n ic o fo rm a u n a p u lp a , l a --c u a l a y u d a a p r o p o r c io n a r u n a m e jo r h o m o g e n iz a c ió n e n t r e la s p a r t íc u la s
de l a m e z c la d e p o lv o s .
E l tie m p o d e m o lie n d a p u e d e v a r ia r d e u no a v a n o s d ía s , d e p e n d ie n d o —
d e l tam año d e p a r t íc u l a y l a d is t r i b u c ió n d e s e a d a ; u n a m o lie n d a m s u f i
c íe n t e p u e d e c o n d u c ir n o s a u n a d e f ic ie n t e im p r e g n a c ió n d e l c o b a lt o so-
- 8-
b r e la s p a r t íc u la s de c a r b u r o y p o s ib le m e n t e s e g r e g a c io n e s d e o a r t íc u
la s d e c o b a lt o , p r o v o c a n d o d u r a n t e l a e ta p a d e s in t e r iz a c ió n una a l t a
p o r o s id a d , p u n to s d e b ile s y d e t e r io r o de la s p r o p ie d a d e s e n e l p r o d u c
t o f i n a l . P o r o t r o la d o , u na s o b r e m o lie n d a p u e d e r e s u lt a r e n un au—
m e n tó e n l a c a n t id a d d e im p u r e z a s y e n u n a d is m in u c ió n e n e l tam año d e p a r t íc u l a d e lo s c a r b u r o s , p r o v o c a n d o d u r a n t e l a e t a p a de s in t e r iz a c ió n , q ue e l c o b a lt o lo g r e d is o lv e r m ayor c a n t id a d de p a r t íc u la s de
c a r b u r o , q u e a l p r e c ip it a r s e d u r a n t e e l e n f r ia m ie n t o p u e d a n p r o d u c ir u n a u m en to d e fa s e s in d e s e a b le s como s o n g r a f it o l i b r e , f a s e e t a (H c a r b u r o d o b le ,
C °3 O >
p r e s e n c ia de l a s o lu c ió n s ó l id a de W-Cor i c a e n c o b a lt o y ta m b ié n p u e d e a u m e n ta r c o n s id e r a b le m e n t e e l tamañode p a r t íc u l a [4b] .
G e n e r a lm e n te , to d o s lo s c o n s t it u y e n t e s s o n a d i—
c io n a d o s a l i n i c i o de l a m o lie n d a ; u n a v e z te r m in a d a l a e t a p a de mo­
lie n d a - m e z c la d o , e l l íq u id o o r g á n ic o p u e d e s e r e lim in a d o p o r d e c a n ta ­
c ió n y e l p o lv o t o d a v ía húm edo p u e d e s e r s e c a d o a l v a c ío o p o r s im p le
v o l a t i l i z a c i ó n d e l l í q u id o [ 5 ] .
C .-
C o ra p a c ta c ió n
A n te s de l l e v a r a cabo l a e t a p a d e c o m p a c t a c ió n , l a m e z c la d e p o lv o s o b t e n id a e n l a e t a p a de m o lie n d a - m e z c la d o es g e n e r a lm e n t e m e z c la d a —
c o n u n a g e n te lu b r ic a n t e ( p a r a f in a , c e r a , a lc a n f o r ) e n c a n t id a d e s de
0.5-2.0% e n p e s o y e n p r e s e n c ia d e u n l íq u id o a c a r r e a d o r v o l á t i l a ba.
ja s te m p e r a tu r a s ( h e x a n o , a c e t o n a , t e t r a c lo r u r o d e c a r b o n o ) . A lo —
a n t e r io r s e l e c o n o c e como l u b r i c a c ió n .
E l l íq u i d o o r g á n ic o es e lim in a d o a l t e r m in a r l a lu b r ic a c ió n p o r v o la ­
t i l i z a c i ó n . D u r a n te e l m e z c la d o d e l a m e z c la de p o lv o s c o n e l a g e n te
lu b r ic a n t e , s e t r a t a d e p r o d u c ir u n a p e l í c u l a s u p e r f i c i a l muy d e lg a d a
a lr e d e d o r d e la s p a r t íc u la s in d iv id u a l e s de c a r b u r o y a c u b ie r t a s con-
- 9 -
e l m e ta l a u x ilia r , con e l f in de:
P r o t e g e r d e l a p o s ib le o x id a c ió n a lo s p o lv o s más f á c ilm e n t e o x id a
b le s , como s o n lo s p o lv o s de c o b a lt o , p e r m it ie n d o m a y o re s tie m p o s de a lm a c e n a m ie n t o y t r a n s p o r t e de l a m e z c la de p o lv o s .
D is m in u ir l a f r i c c i ó n d u r a n t e l a o p e r a c ió n de p r e n s a d o e n t r e la s p a r e d e s d e l a m a t r iz y l a m e z c la d e p o lv o s y e n t r e e l p o lv o m is m o ,
t r a t a n d o d e o b t e n e r u n a d e n s id a d d e c o m p a c t a c ió n c o n s t a n t e .
E n e l c o m p a c ta d o e n v e r d e , e l a g e n te l u b r ic a n t e a c t ü a com o u n a g lu
t in a n t e , q u e a y u d a a m a n te n e r u n id a l a m e z c la d e p o lv o s , d á n d o le u n a c o n s is t e n c ia más s ó l id a y t e n a c id a d m a y o r , l o c u a l f a c i l i t a e l
m a n e jo d e l c o m p a c ta d o .
L o g r a r d u r a n t e e l p r e s in t e r iz a d o l a f o r m a c ió n de p e q u e ñ o s c a n a le s c o m u n ic a d o s e n t r e s í y e n t r e la s p a r t íc u la s de c a r b u r o , fo rm a d o s —
p o r l a e v o lu c ió n d e g a s e s ; d u r a n t e l a e t a p a d e s in t e r iz a c ió n e s t o s
c a n a le s v a n a s e r v ir como c a m in o s p o r d o n d e l a f a s e l í q u i d a p o d rá f l u i r más lib r e m e n t e .
P a ra r e a l iz a r e l p r e n s a d o d e l a m e z c la d e p o lv o s , p r im e r a m e n te e s - a g lo m e ra d a e n p e q u e ñ a s e s f e r a s , c o n e l f i n d e p r o d u c ir u n b u e n f lu j o y lle n a d o e n l a c a v id a d d e l a m a t r iz .
L a c o m p a c t a c ió n c o n s is t e e n s o m e te r l a m e z c la de p o lv o s g r a n u la d a a p r e s io n e s d e l o r d e n de 20-40 kg/nm 2 c o n e l f i n d e c o n s o lid a r l a m e z c la
d e p o lv o s e n l a fo rm a d e s e a d a y l o más p r ó x im o p o s ib le a la s d im e n s io
n e s f i n a l e s , c o n s id e r a n d o l a c o n t r a c c ió n q u e e x is t e d u r a n t e l a e ta p a d e s in t e r i z a c ió n , l a c u a l v a r ía d e 15-25% l i n e a l o d e 40-60% e n v o lu -
- 1 0 -
m e n . E x is t e n d if e r e n t e s t é c n ic a s p a r a p r e n s a r l a m e z c la de p o lv o s , p e ­
r o l a más fr e c u e n t e m e n t e e m p le a d a e s l a c o m p a c t a c ió n e n f r í o p o r t r o —
q u e l b a jo l a a c c ió n de u n a p r e s ió n h i d r á u l ic a ó m e c á n ic a . E s t a t e c m c a c o n s is t e e n l l e n a r l a c a v id a d de l a m a t r iz c o n u n a c a n t id a d d e t e r m in a ­
d a d e l a m e z c la d e p o lv o s ; u n a v e z lle n a d a , l a a p l ic a c ió n d e l a pre- s ió n r e q u e r id a s e r e a l i z a m e d ia n te e l m o v im ie n t o d e lo s p u n z o n e s s u p e ­
r i o r e i n f e r i o r d ir ig id o s uno h a c ia e l o t r o ; l a e x p u ls ió n d e c o m p r im i­
do e n v e r d e s e e f e c t ú a p o r e l a c c io n a r d e l p u n z ó n i n f e r i o r h a c ia a r r ib a ( f i g . 1 ).
F ig u r a 1.- P re n s a d o e n f r í o p o r t r o q u e l
D .-
P r e s in t e r iz a d o
La e t a p a d e p r e s in t e r iz a d o es u n t r a t a m ie n t o t é r m ic o a te m p e r a t u r a s f i
n a le s d e 800-1000°C y fr e c u e n t e m e n t e e n p r e s e n c ia d e u n a a tm ó s f e r a d e ­
h id r ó g e n o . Se r e a l i z a c o n e l f i n d e :
E lim in a c ió n d e lu b r ic a n t e :
l a e lim in a c ió n d e lu b r ic a n t e o r ig in a l a
- 11 -
e v o lu c ió n de g a s e s , lo s c u a le s d e b e n e s c a p a r p o r p e q u e ñ o s c a n a le s q u e s e c o m u n iq u e n e n t r e s í y e n t r e lo s e s p a c io s q u e p u e d a n e x i s t i r
e n t r e la s m ism a s p a r t íc u l a s . E s to s c a n a le s a u n q u e s o n p ro v o c a d o s p o r l a e v o lu c ió n y e s c a n e d e l g a s , in t r ín s e c a m e n t e s o n fo rm a d o s —
p o r e l e s p a c io q u e d e ja e l lu b r ic a n t e d e s p u é s de s e r e lim in a d o .
I m p a r t ir s u f ic ie n t e t e n a c id a d a l c o m p a c ta d o p a r a p e r m it ir , s i es n e c e s a r io , la s o p e r a c io n e s d e p r e f o r n a d o o d e fo rm a d o d e l com pacta^
do.
E l c i c l o de p r e s in t e r iz a d o c o n s is t e en s o m e te r a lo s c o m p a c ta d o s a
u n c a le n t a m ie n t o i n i c i a l a te m p e r a tu r a s de a p ro x im a d a m e n te 400°C,m a n t e n id o s p o r u n c ie r t o t ie m p o , p a r a l a e lim in a c ió n c o m p le t a d e ll u b r i c a n t e . R e a liz a d o lo a n t e r io r , l a te m p e r a t u r a e s in c r e m e n t a d a
e n t r e 800 y 1000°C y m a n t e n id a p o r u n p e r ío d o de tie m p o d e t e r m in a ­
d o , l o c u a l p e r m it e a l c o b a lt o a u m e n ta r e l m o v im ie n t o e n t r e sus —
á to m o s y p o d e r lo g r a r p a r c ia lm e n t e u n a d if u s i ó n s u p e r f i c i a l d e ato_
mos e n t r e la s m ism a s p a r t íc u la s d e l c o b a lt o q u e s e e n c u e n t r a n e n c o n t a c t o ; d u r a n t e e l e n f r ia m ie n t o s e lo g r a q u e e l c o m p a c ta d o ad- q u ie r a , p o r l a d if u s i ó n p a r c ia l d e á tom o s d e c o b a lt o , u n a m a yo r t£
n a c id a d . D u r a n te l a e ta p a d e p r e s in t e r iz a d o no o c u r r e n c a m b io s im p o r t a n t e s d e v o lu m e n , p o r q u e n o s e lo g r a n la s c o n d ic io n e s necesa ^
r ia s p a r a fo rm a r l a f a s e l í q u id a y q ue a c t ú e n lo s m e c a n is m o s de —
s in t e r iz a c ió n .
E .-
S in t e r iz a c ió n
Una v e z te r m in a d a l a e t a p a de p r e s in t e r iz a d o e l co m p a c ta d o d e c a r b u ro e s s o m e tid o a l a e t a p a de s in t e r iz a c ió n , l a c u a l p r o b a b le m e n te s e a la e t a p a más c r í t i c a d e l p r o c e s o , y a q u e es m uy c o m p le ja y e x is t e n to d a —
v í a lim it a c io n e s p a r a s u c o m p le to e n t e n d im ie n t o . En g e n e r a l l a s in t e -
r iz a c i ó n t ie n e c o n o f in a li d a d a u m e n ta r la s u n io n e s e n t r e la s p a r t íc u —
la s p r e s e n t e s , d a nd o corao r e s u lt a d o u n t n e jo r a b ie n t o e n la s p r o p ie d a d e s
f í s i c a s f in a le s e n la p ie z a . E l d e s a r r o llo de l a s in t e r iz a c ió n d e lo s co ra p a cta d o s d e WC-Co s e e f e c t ú a c o n l a p r e s e n c ia de u n a f a s e l í q u i d a d u r a n t e to d o e l tie m p o q u e e l c o m p a c ta d o s e e n c u e n t r a s o m e tid o a l a —
te m p e r a t u r a d e s in t e r iz a c ió n , l a c u a l v a r ía de 1350 a 1500°C; g e n e r a l­
m e n te , es c o n d u c id a e n u na a tm ó s f e r a r e d u c t o r a o a l v a c ío , t r a t a n d o de
p r o t e g e r l a c a r g a d e c a r b u r o s c o n t r a u n a p o s ib le in t e r a c c ió n c o n l a —
a t m ó s f e r a . E l tie m p o de e x p o s ic ió n d e l c o m p a c ta d o a l a t e m p e r a t u r a des in t e r i z a c ió n v a r ía de u n a a d o s h o r a s p o r ca d a c a r g a q u e s e in t r o d u c e
a l h o r n o d e s in t e r iz a c ió n ; lo s h o r n o s m ás fr e c u e n t e m e n t e e m p le a d o s p a ­
r a l l e v a r a c a b o l a e t a p a d e s in t e r iz a c ió n s o n e l h o r n o c o n t in u o de —
tu b o y e l h o r n o p o r l o t e .
E n e l s is t e m a d e s in t e r iz a c ió n e n f a s e l í q u i d a , e l c o b a lt o s e e n c u e n —
t r a e n m e n o r p r o p o r c ió n y c o n u n p u n to d e f u s ió n ( a p r o x . 1500”C) m e n o r
a l d e la s p a r t íc u la s d e c a r b u r o , fo rm a n d o l a f a s e l í q u i d a d e l s is t e m a ;
m ie n t r a s q u e la s p a r t íc u la s d e c a r b u r o q u e e s t á n e n m a y o r p r o p o r c ió n —
y c o n u n p u n to de f u s ió n ( a p r o x . 2900'C) m a yo r a l d e l c o b a lt o , fo rm a n d o
l a f a s e s ó lid a d e l s is t e m a de s in t e r i z a c ió n . D u r a n te l a s in t e r iz a c ió n ,
como l a f a s e s ó l id a s e e n c u e n t r a e n ra avor p r o p o r c ió n , p o d rá fo r m a r u n a
e s t r u c t u r a e s q u e lé t ic a p o r s í m is m a , m ie n t r a s q u e l a f a s e l í q u i d a d e b e
r a " m o ja r " to d a l a e s t r u c t u r a fo rm a d a p o r l a fa s e s ó lid a y lo g r a r pen¿
t r a r y d i s t r i b u i r s e n á s u n if ó r m e n t e e n t r e l a e s t r u c t u r a e s q u e lé t ic a —
p a r a p o d e r l l e n a r l a m a y o r p a r t e de lo s e s p a c io s ( p o r o s ) q u e e x is t e n
e n t r e la s s u p e r f ic ie s d e la s p a r t íc u la s d e c a r b u r o . L o a n t e r io r t ie n e
como r e s u lt a d o lo g r a r u n a e s t r u c t u r a c a s i c o m p le ta m e n te d e n s a , o b t e --n ié n d o s e v a lo r e s muy p ró x i- 'o s a l a d e n s id a d t e ó r ic a . E s e n c ia lm e n t e l a
f a s e s ó l id a es c o n t in u a d u r a n t e to d a l a s in t e r iz a c ió n y l a f a s e líc u i_
d a , a l s o l i d i f i c a r , a c t ú a c o ^ o u n a g lu t in a n t e r e s is t e n t e y a l a v e z —
f l e x i b l e q u e lo g r a m a n te n e r u n id a s la s p a r t íc u la s de l a e s t r u c t u r a d e ­
carburo ,
-
Durante la realización de la etapa de sinterización se presentan sm ul
táneamente los fenómenos de densificación y crecimiento de partículasy, para poder realizar un análisis, se ha dividido en dos etapas el —
proceso de sinterización, las cuales son:
E .1. Etapa de Flujo Líquido
En la etapa de flu jo líquido, e l desarrollo de la densificación se rea
liz a por e l transporte de la fase líquida bajo la acción de fuerzas ca
p ilares, mediante e l parcial derrumbamiento de los puentes de unión eii
tre las pattículas de carburo a l fundirse el cobalto sólido y por rea­
grupaciones de las partículas de carburo, en donde las partículas sól_i
das se deslizan unas sobre otras suministrando una mejor distribuciónde las partículas de carburo las cuales no sufren un notable cambio en
tamaño y formas in icia le s. En esta etapa prevalece el mecanismo de —
transporte de m aterial líquido. La densificación que sufre el compac­
tado trae como consecuencia una contracción en volumen considerable —
(de 45 a 60% en volumen o de 15 a 25% lin e a l) y una v irtu a l elimina- ción de la porosidad. La pieza no tiene en general un coeficiente de­
contracción uniforme para todas las direcciones, porque se ve fuerte—
mente influenciada por la estructura esquelética de las partículas de­
carburo. La cantidad y uniformidad de contracción que sufra e l compac^
tado depende principalmente de los siguientes factores:
. Presión de Compactación: s i la mezcla de polvos es adecuadamente —
compactada (de 20 a 40 Kg/mm2 en insertos para herramientas de cor­
te y para partes de un volumen mayor), se tiene una disminución de
gases atrapados y una mejor homogenización en el acomodo de las par­
tículas sólidas, lo cual trae como resultado un rápido incremento en la densificación y contracción del compactado (fig . 2a); porque-
13 -
-
durante e l presinterizado existe una lib re evolución de los gases y mayor comunicación entre los pequeños canales y, durante la sint£
rización la fase líquida se podrá desplazar mas libremente por Ioscanales y cubrir mSs fácilmente los espacios entre las partículas de carburo. Si la mezcla de polvos es compactada a elevadas pre—
siones (< 40 Kg/mm2), se produce una mayor aglomeración entre las partículas y gases atrapados, lo cual disminuye considerablemente la contracción y densificación del compactado; es decir, durante el
presinterizado existe mayor d ific u lta d para que los gases puedan s a lir libremente, produciendo una disminución en la comunicación de
los pequeños canales y un aumento de la presencia de gases que no pudieron escapar, lo cual provoca en la etapa de sinterización, que
no existan suficientes canales por donde la fase líquida pueda —
f lu ir , teniendo mayor d ific u lta d y deficiencia en el llenado de los
espacios entre las partículas de carburo (fig . 2b). Por otro lado,
s i la mezcla de polvos es compactada deficientemente ( < 20 Kg/m 2),
existe un compactado lib re de aglomeraciones entre sus partículas,pero con espacios mucho mayores entre ellas, lo cual origina duran­
te el presinterizado, que el escape de los gases sea muy flu id o y
los canales comunicantes aumenten tanto en cantidad como en tamaño,
provocando durante la sinterización que la fase líquida no logre —
llenar muy bien tanto los canales como los espacios entre las p a rti
culas, disminuyendo la densificación y contracción en el compactado
(fig . 2c).
. Gases Atrapados; s i los gases logran s a lir antes de efectuar la —
sinterización, estos son inofensivos pero si en cambio, los gases empiezan a escapar solamente a elevadas temperaturas, la presión —
del gas aumenta considerablemente, lo cual origina un aumento en —
volumen en e l compactado y quizás otros defectos como superficies ampollosas, fisuras, o grietas.
14 -
- 15 -
Figura 2.- Interpretación esquemática de la agrupación de las partículas de
carburo durante la etapa de sinterización, en función de la presión de compactación. (a) Compactación adecuada, zona blanca es la fase líquida y la
zona punteada son partículas de carburo, (b) Compactación elevada, zona ne
gra representa los gases atrapados, (c) Compactación deficiente, zonas l i l i representan espacios sin cubrir por la fase líquida.
. Composición Química: la influencia de la composición química se basa p rin
cipalmente en el contenido de la fase líquida y las impurezas presentes.
A mayor cantidad de fase líquida, e l llenado de los espacios entre las partículas aumenta, provocando que también la contracción y densifica—
ción se vean favorecidas. Las impurezas presentes durante la sinteriza­
ción, pueden provocar que queden espacios sin cubrir con fase líquida —
y/o suministrar oxígeno, lo cual puede provocar la formación de poros, inclusiones o la presencia de fases indeseables.
. Distribución de Tamaño de Partículas: principalmente se enfoca a las pa_r
tículas de carburo. La distribución homogénea de las partículas de car­
buro en la mezcla de polvos, ayuda a incrementar la densificación y con
tracción en el compactado durante la sinterización, ya que la distribu—
ción de partículas tanto pequeñas y grandes, repartidas uniformemente —
proporcionan un mejor acomodo de las partículas pequeñas entre los espa-
-
cios que puedan e x is tir entre las partículas grandes* Por otro lado, si
la distribución de tamaños es heterogénea, es decir bastante mayor la —
proporción de partículas grandes o pequeñas en la mezcla de polvos, o ri­
ginan para el caso de partículas grandes, mayor cantidad de espacios en­
tre partículas, los cuales quizás no puedan ser llenados totalmente porla fase líquida o recubiertos por partículas de menor tamaño; por el con­
tra rio , s i la proporción de partículas pequeñas es bastante mayor, puede
producir un acomodamiento de partículas más compacto, pero habrá una ma­
yor disolución -precipitación de partículas, como se explicará en la se­
gunda etapa de sinterización, lo cual puede provocar un aumento en el ta_
maño de partículas y/o la presencia de fases indeseables.
E.2. Etapa de Disolución - Precipitación
La completa densificación en e l compactado puede o cu rrir con la presen—
cia de pequeñas cantidades de fase líquida (cerca del 1% en volumen) y
por la considerable reagrupación de las partículas de carburo para obte­
ner una densidad máxima; sin embargo, esas pequeñas cantidades de fase líquida implican que la realización de la densificación completa no pue­
de ser posible únicamente por la reagrupación de las partículas, porquéquedarían espacios entre las partículas que la fase líquida no podría —
lle n a r completamente; por lo tanto, algunos cambios en la forma de las partículas deberán también o c u rrir, originando que forzosamente se desa­
rro lle una transferencia de material hacia los espacios en cuestión. En
este sistema el único proceso posible que puede traer consigo tales cam­
bios en la forma, sería el proceso de Disolución -precipitación, el cual
ocurre con gran rapidez [ 6] , En cuanto a poder rea liza r un análisis —
cuantitativo del crecimiento de partícula, no es posible todavía, por e l
hecho de que el desarrollo de la velocidad de crecimiento por disolución
precipitación está fuertemente influenciada por la reacción que existe en la superficie de contacto entre las partículas de carburo y la fase -
16 -
-
líq u id a
p re s e n te .
En el desarrollo de la segunda etapa, pequeñas cantidades de WC son di—
sueltas por la fase líquida y precipitadas durante el enfriamiento, ya sea sobre otras partículas de WCo en la misma fase solidificada formadaprincípalmente por una solución sólida de W-Co-C rica en cobalto y proba
blemente con la precencia de g ra fito lib re o de un carburo doble (fase n ), indeseable por ser muy frS g il y tener alta dureza. Durante la per­
manencia del compactado a la temperatura de sinterización una fase euté£
tica es formada por abajo del punto de fusión del cobalto (fig . 3); la disminución del punto de fusión del cobalto se debe principalmente a laparcial disolución que existe de las partículas de WC en cobalto.
L
1500-
O
+
>-
14001300- y 7
12001100.
inon
Co 10 20
/
/ L + WC
30 40 50 60
WC-----Fig. 3.- Diagrama Pseudobinario de e q u ilib rio —
de WC-Co (tomado del Powder Metallurgy
Principies and Applications, F rtiz V .Lenel).
El desarrollo de la disolución se efectúa de la siguiente manera: la fase líquida humedece las partículas de carburo y penetra entre — —
17 -
- 18 -
los poros y canales de la estructura esquelética de las partículas aglo­
meradas; al mismo tiempo la fase líquida empieza a disolver preferencia^
mente las pequeñas partículas de WC y, por la forma angular de e lla s, em
pieza también a disolver las pequeñas salientes o superficies en forma de agujas irregulares que normalmente interfieren en la formación de —
áreas grandes de contacto entre las mismas partículas, provocando un pe­
queño redondeo en la forma de las mismas. Por otro lado, durante la so­
lid ific a c ió n de la fase líquida por debajo de la temperatura de s in te ri­
zación, las partículas de WC que inicialmente fueron disueltas son ahora
precipitadas y depositadas preferencialmente sobre las partículas de WCno disueltas, quedando también algo en el cobalto mismo. La precipita—
ción de las partículas en la forma de g ra fito lib re , solución sólida deW-Co-C rica en cobalto y la fase quebradiza , se realiza preferen---cialmente en los puntos de contacto entre las partículas y en los lím i—
tes de grano, incrementando así e l área de contacto y las fuerzas de - unión en el compactado. Tanto la presencia de la fase quebradiza n co­
mo la de g ra fito lib re deterioran las propiedades de la pieza.
n
Los principales factores involucrados durante la etapa de sinterización,
para asegurar resultados satisfactorios sobre las propiedades física s —
del compactado son:
. Atmósfera del Horno: lo prim ordial que debe de e x is tir en la atmósfera
de sinterización, es la disminución del índice de reacción entre la a£
mósfera con los elementos del compactado, es decir, la atmósfera debe­
rá ser reductora o a l vacío para disminuir al máximo algún cambio en la composición química, la posible formación y evolución de gases los cuales causarían un aumento en la porosidad o alteraciones física s en
el compactado como abultamientos, fracturas o superficies deformadas.
-
. Composición Química: dentro de la composición química, existe p rin c i—
pálmente : a) Contenido de carbono del WC, e l cual tiene una marcada influencia sobre las propiedades mecánicas del compactado fin a l, por lo que deberá de ser controlado dentro de una variación muy pequeña de
+ 0.05%C en peso con respecto al contenido estequeométrico del carbo­
no del WC ( 6 .12%C). A bajos contenidos de carbono, se produce la fo r­
mación de la fase indeseable r| (U'^Co^C), la cual hace quebradizo al compactado además de que disminuye el contenido de cobalto como fase aglomerante de las partículas de carburo. Por otro lado, a mayores —
contenidos de carbono, provoca la formación de g ra fito lib re , aumentan
do la porosidad y zonas débiles en el compactado, b) Contenido de co­
balto, el cual ejerce gran influencia sobre el crecimiento de las par­
tículas. Con mayor contenido de cobalto, existe mayor disolución de partículas de WC durante la sinterización, preferencialmente sobre las
partículas más pequeñas y, que durante el enfriamiento existe mayor —
cantidad de partículas precipitadas sobre los lím ites de grano y partjí
culas que no fueron disueltas. A menores contenidos de cobalto se ti£
ne menor influencia sobre el crecimiento de grano, pero la porosidad se ve parcialmente incrementada, por no tener un llenado to ta l de Iosporos.
. Impurezas: las impurezas tales como óxidos, g ra fito o algún otro ele­
mento extraño tienen gran influencia sobre las propiedades mecánicas del compactado fin a l. Si existe oxígeno retenido en e l compactado o en la atmósfera, éste reacciona con e l carbono del carburo, de acuerdo
con la siguiente reacción:
C(s)+ °(g)
C°(g)
la cual origina una deficiencia de carbono y consecuentemente, la for­
mación de la fase H . Si existe la presencia de g ra fito lib re , ha­
19 -
- 20 -
brá un mayor aumento en el contenido de carbono y la posible presencia
del mismo en e l compactado fin a l. Si existen otros elementos extraños,
como compuestos o elementos metálicos, estos quizás reaccionen con a l­
gún constituyente del compactado durante la sinterización y originen la formación de gases y/o otros compuestos o inclusiones que a l e n fri­
arse e l compactado, pueden formar puntos debiles, compuestos indesea—
bles o alteraciones físicas en el compactado fin a l.
Temperatura de Sinterización: tiene gran influencia en el aumento dela velocidad de reacción entre la fase líquida y las partículas de caj:
buró. Con mayor temperatura se aumenta la disolución de partículas de
WC en la fase líquida, preferencialmente sobre las partículas pequeñas
y las pequeñas salientes que presentan las partículas grandes, lo quepuede provocar durante el enfriamiento mayor cantidad de partículas y
fases precipitadas, aumentando considerablemente el tamaño de grano de
las partículas que no fueron disueltas y también el contenido de W y C
en la solución rica en cobalto que se forma durante el enfriamiento. Consecuentemente, con aumento en la temperatura, la fase líquida se —
vuelve más flu id a , llenando más rápidamente los espacios entre las par^
tículas sólidas.
Tiempo de Sinterización: el tiempo tiene un efecto sim ila r a la tempe­
ratura durante el desarrollo de la sinterización y sobre las propieda­
des mecánicas. Al in ic io de la formación de la fase líquida, sucedenrapidamente los efectos de densificación y contracción, conforme se —
prolonga el tiempo de sinterización se obtiene la totalidad de la fase
líquida y el efecto de disolución ocurre en mayor proporción. Si el tiempo sigue prolongándose, se realiza una mayor disolución de p a rtí—
culas de WC y un mayor llenado de los espacios entre las partículas —
por la fase líquida; pero durante el enfriamiento la cantidad de part¿
- 21 -
culas precipitadas y la presencia de fases indeseables pueden aumentar
y quizás un posible cambio en la composición química se presente.
Tamaño y Forma de las Partículas de Carburo: durante la presencia dela fase líquida existe una gran preferencia de disolución sobre las ~
partículas más pequeñas y de las pequeñas salientes (angularidad) quepresentan estas ultimas. Por otro lado, en caso de que se tuviera - mayor proporción de partículas grandes, durante la disolución se prodii
ce un v irtu a l agotamiento de las partículas roas pequeñas, quedando las
de mayor tamaño y las que no se disolvieron en su totalidad; a l producierse e l enfriamiento, las partículas precipitadas se ubicarán en los
lím ites de grano, provocando un crecimiento de grano muy desproporcio­
nado de partículas grandes en relación con las partículas pequeñas.
- 22 -
.
EXPERIM ENTACION
En e l desarrollo del presente trabajo se emplearon como materia prima pol—
vos de WC, TaC y cobalto para producción de las mezclas. Se realizaron las
operaciones de prensado, presinterizado y de sinterización. La caracteriza
ción de las materias primas, se reportan a continuación:
Tabla I . Densidad aparente y específica de las materias primas.
POLVO DENSIDAD
DENSIDAD , TAMAÑO
APAREATE ESPECIFICA(g/cm ) PROMEDIO
(g/cm ) MEDIDA TABULADA0 (y m)
WC
TaC
Co
3.19
3.74
1.42
15.31
13.69
8.74
15.63
13.90
8.90
1.45
2.70
2.30
°CRC Handbook of Chemestry and Physics, 6 th Ed.
Tabla I I . Fases presentes y composición en porciento en peso de carbono en
las materias primas.
POLVO
WC
TaC
Co
FASES
PRESENTES
%C
MEDIDO ESTEQUIOMETRICO
WC (hexagonal)
6.20
(Ortorromb ico)- . Cúbica
5.97
Cúbica
- . Hexagonal
- .-
6.12
- . 6.22
- . - - -
T a b la
III.
C o n t e n id o
Elemento
Co
K
Mo
Fe
Ca
Si
Na
de
in p u r e z a s
p re s e n te s
en lo s
p o lv o s
% Peso
Determinado
% Peso Límite 0
Max. Permisible
0.0060
0.0045
0.0160
0.210
0.1000
0.9-0.12
0.4500
0.030
- . 0.200
0.100
0.050
- . 0.05(Na+K)
“ Según norma NOM B41,1978
100-,
5- 60 partículas
Promedio .iO .5 m
80• 040-
3293%
3563%
20 -
S7S%
23% 23 U5°¿
o 0.25 &S0 Q75 10 125 1.50
tamaño ( pm)
Fig. 4. Distribución de tamaños de pa£
tícu la en el polvo de WC.
de
«o
5040-
Tamaño promedio
0.74 ym
22? partículas
30-
20I 0-
J3509Q.4S-
ü
10 20 30 40 5 0
Tamaño (y m)
Figura 5. Distribución de tamaños
de partículas en el polvo de TaC.
80
70*
60-
6P-
u
O
50-
o
•H
•O
<eU
uop-
40H
30-
o
20*
1010
Tamaño (p m)
20
Figura 6 . Distribución de tamaños
de partículas cn el polvo de Co,
- 25 -
PRODUCCION DE LAS MEZCLAS DE POLVOS
A.- Molienda - Mezclado
Esta operación se efectuó agregando la cantidad de la mezcla de polvos
requerida para cada muestra en un molino de acero inoxidable de 11.25cm. de longitud y 11.25 cm. de diámetro in te rio r, empleando bolas de carburo de tungsteno. La composición en porciento en peso de cada mez
cía realizada se da a continuación en la tabla IV.
Tabla IV. Composición en porciento en peso de las mezclas
experimentales.
6
1
2
WC(%)
93. 5
93. 5
92. 0
92 . 5
93. 5
93. 5
92 . 5
Co(%)
5.5
5.5
7.0
5.5
5.5
5.5
5.5
Mezcla
TaC(%)
1.0
1.0
3
1.0
4
2.0
5
1.0
1.0
7
2.0
De las condiciones de operación de la etapa de molienda-mezclado se —
mantuvieron constantes la velocidad del molino y la dilusión realizada
con hexano, variando únicamente el tiempo de operación. Las condicio­
nes de operación se reportan en la tabla V.
- 26 -
Tabla V. Condiciones de operación durante la etapa
molienda-mezclado de las mezclas.
1
2
3
4
5
6
7
Velocidad del Molino
(rpm)
94
94
94
94
94
94
94
Dilución (hexano)
1:2
1:2
1:2
1:2
1:2
1:2
1:2
Tiempo de Molienda
(hr)
36
48
48
48
72
72
96
MEZCLA
Terminada la operación molienda-mezclado, la mezcla se re tiró del molino yse eliminó e l exceso de hexano por decantación, dejándose secar entonces ala temperatura ambiente.
B.- Lubricación
La lubricación de las mezclas de polvos se realizó en un molino de acj2
ro inoxidable con chaqueta de calentamiento a temperaturas de 404C y empleando como agente lubricante parafina. La mezcla de polvos par- cialmente lib re de hexano, se introdujo al molino, previamente calentja
do a 40°C y se daba un tiempo de homogenización de temperatura de 15 m in.; una vez alcanzada la temperatura, la solución parafina-hexano —
(dilución 1: 10) se introdujo a l molino, dándose un tiempo de mezcladode 15 min. Terminada la operación, la carga del molino se re tiró , ---procediendo a la eliminación del hexano a la temperatura ambiente o con un ligero calentamiento. Los parámetros que se mantuvieron constan
tes fueron la velocidad del molino (57 rpm) y la relación parafina-hexano de 1:10 en peso. La Tabla VI nos presenta las condiciones de —
operación.
-
T a b la
V I.
C o n d ic i o n e s
Mezcla
Peso de polvo (gr)
de lu b r i c a c ió n
de
la s
m e z c la s
1
1000
2
1850
3
500
4
500
5
680
6
850
7
400
Parafina (%)
4.0
1.5
4.0
4.0
4.0
2.0
4.0
Tiempo (min.)
15
15
15
15
15
15
15
. PREPARACION DE LAS PROBETAS SINTERIZADAS
a. Prensado
La compactación de las mezclas de polvos, ya parafmados, se realizó en
una prensa mecánica de doble carrera empleando matrices y punzones de carburo cementado; las condiciones de prensado fueron similares para to_
das las mezclas, aunque no se tenía un control preciso sobre la carrera
de los punzones y tampoco sobre la presión aplicada. Las dimensiones in icia le s promedio de las p astillas preparadas se dan a continuación en
la Tabla V II.
27 -
- 28 -
Tabla V II. Dimensiones in icia le s de las probetas compacta­
das (tomando un promedio de 5 piezas por mezcla)
Mezcla
Longitud
(mm)
Ancho
(mm)
Espesor
(mm)
1
2
3
4
5
6
7
23.31
23.43
19.62
19.63
23.36
19.98
19.59
7.89
7.94
10.07
10.07
7.88
15.97
10.66
6.27
6.74
4.40
4.37
6.62
4.51
4.34
b. Presinterizado
Una vez compactadas las mezclas de polvos, éstas fueron sometidas a la etapa de presinterizado, la cual se realizó en un homo de tubo con re­
sistencias de g ra fito de atmósfera de hidrógeno. Las piezas se coloca­
ron en base de g ra fito , las cuales fueron introducidas dentro de una c¿
ja de g ra fito , ésta se cubrió con una tapa de g ra fito y sobre la misraase agregó una mezcla de polvos de g ra fito y de alúmina. La caja se co­
locó dentro del horno de tubo para su posterior tratamiento térmico. Las condiciones de Dresinterizado fueron idénticas para todas las mez---cías (ver fig . 7).
Calentamiento de 20 a 400°C en 2:30 horas.
. Mantenimiento de la Temperatura a 400, 600 y 800°C durante 2:30 horas
cada una.
Enfriamiento de 800 a 20°C en 6:30 horas.
-
29
-
Temperatura (°C)
t l ,C2, t 3 tiempos de empape
te - tiempo de precalentamien
to de 20 a 400°C
te - tiempo de enfriamiento de
800 a 20°C.
tiempo (hr)
Figura 7. Ciclo de presinterizado
c. Sinterización
Esta operacion se llevo a cabo en un horno de sinterización a l vacío t¿
po lo te . Los compactados presinterizados se colocaron sobre bases de g ra fito , las cuales tenían dos o rific io s ; uno que servía para introdu—
c ir la guía del portabases y otro que servía como guía para la observaclon de la temperatura de la carga y de comunicación entre las bases em
pleadas en cada carga. Las bases se montaron en un portabases y una —
sobre otra, utilizando separadores de g ra fito entre las mismas, hasta completar la carga necesaria. Completada la carga, e l portabases se ija
trodujo dentro del homo, posteriormente sobre el portabases se coloca­
ba una base de g ra fito con un tubo guía que se alineaba a los o rific io s
de las bases; sobre la tapa se agregaba polvo de g ra fito para sellar —
convenientemente la cámara de calentamiento.
-
La operación de desgasificación se realizo dentro de la etapa de sintenzacion, empleando el mismo horno y siguiendo los pasos de calentamien
to con excepción de que cuando se llega a la temperatura de desgasifica
cion el calentamiento es mantenido a esa misma durante el tiempo reque­
rido y, una vez transcurrido ese lapso se continua el calentamiento has^
ta alcanzar la temperatura de sinterización.
La medición de la temperatura se realizo por medio de un pirometro opti
co y el vacío se indicaba por medio de un manómetro (ver fig . 8), Lascondiciones de sinterización se muestran en la Tabla V III, donde las —
condiciones de vacío (620 mmHg) y tiempo de enfriamiento de cuatro ho—
ras se mantuvieron uniformes.
Fig. 8 . Esquema del horno de vacío para la sin te riza cion de carburos cementados.
30 -
- 31 -
Tabla V III. Condiciones de sinterización para las probetas
de las mezclas de polvos.
Condiciones de
Sinterización (tipo)
S
RS
SI
SD1
SD2
SD3
M
1
2
a b
a b
■
k
*
*
*
3 4
*
*
C
a b
5
L
c
á
A
6 7
*
*
■
k
*
*
*
Donde:
S
60 min. de calentamiento hasta 1440°C (nominal).
Mantenimiento a 1440°C (nominal), 60 rain.
RS - Doble sinterización tipo S
SI - Calentamiento hasta 1500°C (nominal) de 70 min. y en fria r
SD1 - Calentamiento hasta 1100°C (nominal) 40 min.
Mantenimiento a 1100°C (nominal), 60 min.
Calentamiento a 1500°C (nominal), 25 min.
Mantenimiento a 1500°C (nominal), 30 min.
SD2 - Calentamiento hasta 1100°C (nominal), 40 min.
Mantenimiento a 1110°C (nominal), 30 min.
Calentamiento a 1440°C (nominal), 25 mm.
Mantenimiento a 1440°C (nominal), 60 min.
SD3 - Calentamiento hasta 1440°C (nominal), 120 mm.
Mantenimiento a 1440°C (nominal), 60 mm.
-
Las características estudiadas que se determinaron en las probetas s in te rizadas, fueron las siguientes:
, Densidad Específica: la determinaa.ón de la densidad específica de las —
probetas sinterizadas se efectuó por el método de inmersión por diferen—
cia de pesos, de acuerdo a la norma ASTM B311-58. Las muestras fueron —
primeramente rectificadas mediante un esmeril de diamante y posteriormen­
te pulidas con pasta de diamante de 6 y m en tamaño.
. Pases Presentes: la determinación de las fases presentes en los polvos de
carburo y en el de cobalto, se efectuó por medio de difracción de rayos X.
. Dureza: la determinación de la dureza, se realizó de acuerdo a la normaASTM B294-76. La probeta sufre un maquinado en la cara donde se aplicará
la carga y en la cara contraria a esta, con el fin de evitar imperfeccio­
nes y un posible error en la medición. La medida de dureza será en una—
escala Rockwell A, empleando un penetrador de diamante y una carga de 60kg. Porosidad Aparente: la obtención de la porosidad aparente, se efectuó ba­
jo la norma ASTM B276-79. Las probetas se pulieron a espejo con pasta de
diamante de 1/4 ym en tamaño y se observaron bajo e l microscopio a 200X.
. Microestructura: la microestructura se estudió mediante e l empleo de la —
norma ASTM B657. La muestra fuS pulida a espejo con pasta de diamante de
1/4 ]i m en tamaño y atacada con una solución en iguales cantidades de h i­
dróxido de sodio ( 10%peso) y ferrocianuro de potasio ( 10% peso); la probje
ta se observó a l microscopio a 1500X.
32 -
- 33 -
IV .
R E S U L T A D O S
Durante el desarrollo experimental, se realizo la etapa de molienda-mezclado para las mezclas experimentales de polvos; estas mismas, posteriormentese lubricaron, compactaron y se efectuaron las etapas de presinterizado y sinterizado. Se emplearon diferentes condiciones de sinterización y algu—
nas muestras fueron sujetas a tratamientos de desgasificación a 1100°C contlempos de 30 y 60 min. Terminada la etapa de sinterización, las caracte—
rística s estudiadas fueron las dimensiones finales de las muestras compacta
das (tomando un promedio de tres compactados para su medición ), densidad específica, dureza, porosidad y microestructura.
A. Muestras Molidas
La Tabla IX muestra el tamaño Fisher de partícula (d) obtenido despuésde la etapa molienda-mezclado. La figura 9, presenta la relación queexiste entre el tiempo de molienda y d; de acuerdo con la figu ra, d - tiende a disminuir conforme el tiempo de molienda es incrementado.
B. Muestras Sinterizadas
Las dimensiones finales de las muestras sinterizadas de las diferentesmezclas de polvos se muestran en la Tabla X, en donde se tiene:
%Cv .
Donde:
V i - Vf
Vi
x
100
( 1 )
%Cv = porcentaje de contracción en volumen
Vi = volumen in ic ia l del compactado
Vf = volumen fin a l del compactado sinterizado
-
’ÁC = Ll - Lf
Lí
Donde:
x 100
( 2)
%C^ = porcentaje de contracción lin e a l
L i = longitud in ic ia l del compactado
Lf = longitud fin a l del compactado sinterizado
La relación que existe entre el %Cv y la temperatura de sinterización es mostrada en la figura 10 ; como se observa» parece que no hay algunarelación bien definida entre estos parámetros. La figura 11 presentael %Cv en función del tiempo de sinterización, observándose que el %Cvaumenta con el tiempo de sinterización.
Los valores obtenidos de densidad específica (p esp.) y dureza de las muestras sinterizadas se presentan en la Tabla XI; como aclaración, es necesario tomar en cuenta que los compactados de las muestras 2a, 2b,
5b y 5c presentaron agrietamiento desde la etapa de compactación, por lo que los valores de su p esp. no son totalmente confiables. La fig u ­
ra 12 muestra la relación de p esp. del compactado sinterizado con latemperatura de sinterización; al parecer no existe alguna relación evi­
dente entre arabos y, de manera sim ilar, no se observa alguna relación entre la p esp. de la muestra sintenzada y el tiempo de molienda (fig .
13). La figura 14 muestra la p esp. del compactado sinterizado con —
respecto a l tiempo de sinterización; se observa que la p esp. del —
compactado tiende a aumentar cuando e l tiempo de sinterización es incre
mentado, sin importar mucho la temperatura empleada.
La relación de dureza con respecto a la temperatura de sinterización se
muestra en la figura 15. Se observa que tampoco existe un coraportamieri
to bien definido en este caso. La figura 16 muestra la dureza en fun—
ción del tiempo de sinterización; se observa que la dureza tiende a au­
mentar conforme al tiempo de sinterización aumente. La figura 17 mue£
34 -
-
tra la pesp. del compactado sinterizado y la dureza del raisno, en doji
de se observa un claro incremento en la p esp. cuando la dureza aumen­
ta.
En la Tabla X II se presenta el tipo de porosidad y tamaño máximo de po­
ro que se obtuvieron en las muestras sinterizadas y en donde:
%Porosidad = ( P esp. medida _ 1) x loo
p esp. teórica * = 14.84 g/cm3 para las mezclas 1,2,5, 6 ,7
14.83 g/cm3 parala mezcla 4
14.69 g/cm3 para la mezcla 3
* CRC Handbook of Physics and Chemestry, 6th Edition.
(3)
Las figuras 18 y 19 indican la relación del porcentaje de porosidad y tamaño máximo de poro respectivamente, en función de la temperatura desm tenzación; se podrá notar en ambas figuras que a l aumentar la terape^
ratura de sinterización parece aumentar también el porcentaje de porosji
dad y tamaño máximo de poro. La figura 20 señala el porcentaje de poro
sidad en función del tiempo de sinterización; se observa que el porcen­
ta je de porosidad disminuye conforme e l tiempo de sinterización aumenta,
percatándose una situaciación sim ilar en la figura 21 , en donde e l tama
ño máximo de poros disminuye conforme el tiempo de sinterización aumen­
ta.
En la Tabla X III se advierte que las muestras la y Ib presentan un cam­
bio sig n ifica tiv o en el tamaño máximo de poro y una disminución en el porcentaje de porosidad conforme se aumenta e l tiempo de sinterización(fig s . 22 y 23 respectivamente), similarmente esto ocurre en las mués—
tras 5c y 5d (fig s . 24 y 25). Por otra parte, en las muestras 2a y 2bno existen grandes cambios en la porosidad, pero sí una pequeña disminu
ción del tamaño máximo de poro conforme el tiempo de sinterización in—
3s -
-
36 -
crementa (fig s . 26 y 27). Las figuras 28 y 29 dan a conocer e l Cipo de
porosidad que se obtuvieron en las nuestras 3 y 4 respectivamente. Lafigura 30 expresa la relación del porcentaje de porosidad con respectoai tiempo de desgasificación; se observa que el porcentaje de porosi—
dad disminuye conforme el tiempo de desgasificación aumenta, tanto a la
temperatura de 1440°C como a la de 1500°C. Esto se puede contemplar en
la porosidad que presentan las muestras 7 y 6 para 1440°C (fig s . 31 y32) y las muestras 5c y 5d para 1500°C (fig s . 24 y 25). Los puntos se­
ñalados como Xa y Xb en la figura 30 corresponden a compactados que pre^
sentaron agrietamiento desde la etapa de compactación; atendiendo a las
figuras 33 y 34 que corresponden a los puntos Xa y Xb respectivamente,
se puede decir que existe una pequeña
disminución
en la porosidadcon—
forme el tiempo de desgasificación se
eleva.
La figura 35 expone la relación entre la p esp. y e l porcentaje de po­
rosidad; a l aumentar la p esp. de las muestras sinterizadas el porcen­
ta je de porosidad tiende a dism inuir, como era de esperarse.
La Tabla X III da a conocer e l tipo de
microestructura y e l tamañomáxi­
mo de partícula en las muestras sinterizadas. De acuero con los valo—
res obtenidos se advierte que e l tiempo de desgasificación a 1100°C —
parece no in flu ir significativamente en e l tamaño máximo de partícula (fig s . 36 y 37). La figura 38 representa la relación entre e l tamaño máximo de partícula y e l tiempo de sinterización; se percibe que a l au­
mentar e l tiempo de sinterización a la temperatura de 1440°C, existe la
tendencia de incrementar el tamaño máximo de partícula (fig s . 39 a 42),
mientras que a la temperatura de 1500°C y de acuerdo con los valores —
obtenidos en la Tabla X III, el efecto parece ser contrario, es decir, a mayor tiempo de sinterización el tamaño máximo de partículas disminu­
ye, pero de acuerdo con las micro estructuras de las muestras sm terizadas 5c y 5d (fig s . 43 y 44 respectivamente), no se observa gran difereri
cia en la microestructura y en el tamaño máximo de partícula.
-
Las figuras 45 a 48 señalan las microestructuras obtenidas en las mues­
tras 3, 4, 5a y 7 respectivamente; en estas no se perciben diferenciasnotables en la microestructura y tampoco en el tamaño máximo de partícu
la .
Los principales defectos que se encontraron en los compactados s m te n zados fueron una alta porosidad (como se puede apreciar en la Tabla X II)
la presencia de cráteres y la fase quebradiza n en algunas muestras —
sinterizadas. Con respecto a los cráteres encontrados en las muestrassm terizadas, básicamente se pueden diferenciar dos tipos de cráteres:los que son profundos y que resultan poros bastante grandes (fig . 49) y
los que son poco profundos (fig . 50).
Los compactados que presentaron cráteres de gran tamaño (aprox. de 100\i m) fueron las muestras la (fig . 51), 5a (fig . 52), 4, 5d v 6 . Las
figuras 53 y 54 indican las fotomicrografías del in te rio r de algunos —
cráteres encontrados en las muestras, en las cuales se observan partí—
culas individuales de los polvos de carburo de la mezcla respectiva.
La Tabla XIV presenta un análisis por microsonda de la relación de m—
tensidad Co Ka/WMa del tipo de cráter encontrado en las muestras 5ay la (correspondiente a las figuras 50 y 51). Se denota que existe —
una notable diferencia en la relación de intensidad dentro del cráter,que fuera del mismo.
Las figuras 49 y 56 corresponden a fotomicrografías de partículas extra_
ñas (impurezas) dentro de cráteres profundos y de igual forma se puedeapreciar en las figuras 50, 51, 52, 57 y 58 partículas extrañas dentrode cráteres poco profundos en las muestras sinterizadas. Se puede apre
ciar que el tamaño y forma de las partículas extrañas se amoldan a l ta­
maño y forma de los cráteres.
Las figuras 58 a 60 exponen las fotomicrografías de algunas partículasde impurezas halladas en la materia prima del polvo de carburo de tungs
37 -
-
teño, haciendo la observación que estas partículas no son aglomerados de
WC y que su tamaño es bastante mayor a 10 ^ m. La Tabla XV da a cono—
cer e l análisis por microsonda de los elementos presentes en las impu­
rezas correspondientes a las figuras 58 a 60,
La Tabla XVI manifiesta los resultados del m icroanálisis realizado den­
tro de los cráteres poco profundos. En esta tabla se advierte que pre­
dominan los cráteres con un contenido de cobalto menor al contenido de­
cobalto promedio de la muestra, habiendo solamente uno con mayor conte­
nido y otro con ingual contenido de cobalto promedio.
La Tabla XVII señala e l análisis por microsonda de partículas que se en
contraron dentro de cráteres profundos. Se considera que estos resulta_
dos tienen una sim ilitu d con los resultados del análisis de los elemen­
tos presentes en las impurezas contenidas en el polvo de WC.
En la Tabla XVIII se indican solamente las muestras que presentaron fa­
se ri y la forma en que se encuentra distribuida en e l compactado. Secontempla que la distribución de la fase r) es generalmente homogénea.Las figuras 61 a 64 se refieren a la fase n presente en los compactados
de las muestras Ib, 5a, 5c y 5d respectivamente.
38 -
Tabla IX. Tamaño lisher de partícula (d) v densidad específica (,;esp.)
de las mezclas después de la etapa molienda-mezclado.
Tiempo de
P esp, d
Mezcla (g/cm ) (Um) Molienda (hr)
36
14.12 _ __
1
48
2
14.45 1.20
14.64 1.25
3
48
48
4
14.53 1.15
72
14.46 1.10
5
72
14.00 1.05
6
96
14.11 1.05
7
Tabla X.
Dimensiones finales en los compactados después de la etapa de siji
terización (* compactados que presentaron agrietamiento, desnuésde la etapa de compactación).
Muestra Longitud Ancho Espesor Contracción Contracción
en volumen Longitudinal
(mm) (mm)
(mm)
Cv (%)
cL(%)
*
19.13
19.06
6.48
6.48
5.40
5.38
41.91
42.35
17.92
18.21
£
19.60
19.47
6.65
6.61
5.68
5.62
41.05
42.31
16.36
16.90
3
4
16.50
16.69
8.50
8.50
3.63
3.58
41.41
41.27
15.87
14.94
a
b*
5C*
d
19.67
19.61
19.73
19.46
6.66
6.65
6.70
6.50
5.48
5.59
5.66
5.49
41.03
40.21
38.61
43.02
15.79
16.05
15.52
16.69
6
13.39
13.39
3.75
41.66
16.23
7
16.74
8.64
3.65
41.68
14.53
Tabla XI. Densidad específica y dureza ae las nuestras sinterizadas
(¿compactados que presentaron agrietamiento)
rluestra
esp.
(g/cm )
Dureza
(HRA)
Ia
b
2a"
b*
14.14
14.53
13.97
13.95
88.6
89.6
89.2
88.6
3
4
13.66
14.29
13.71
13.64
13.38
13.85
14.81
14.33
88.3
87.1
87.0
87.5
86.4
88.2
89.0
89.9
a
rb~
c5d
6
7
Tabla X II. Tipo de porosidad, tamaño máximo de poro y porcentaje de poros:
dad de las muestras sinterizadas (¿compactados que presentaron
agrietamiento)
Muestra
Porosidad
(tip o ) 0
A18, B06
A06
A06
na*
A06
2b*
A08, E06
3
A06, B06
4
A08
a
A08,
B06
rb*
5c *4,
A08, B06
A06, B06
a
A06, B04
6
A08
7
°Se£un norma *STM B276-79
.a
Xb
Tamaño Mix. Porosidad
de poro (ym)
(%)
17.0
2.3
5.0
3.5
15.0
23.0
10.0
18.0
29.0
19.0
2.5
9.0
4.95
3.20
6.20
6.30
8.63
3.70
8.20
8.76
10.90
7.10
0.15
3.52
-
41
Tabla X III. Tipo de microestructura y tamaño máximo de partícula de las —
muestras sinterizadas (* compactados que presentaron agrieta—
miento).
Microes tructura Tamaño Máximo de Tiempo de
partícula
Sint. (min)
(tip o)°
Muestra
oa*
bA
3
4
Medio
Grueso
Medio
Grueso
Medio
Medio
6.6
7.5
7.7
9.0
4.0
5.0
60
120
60
120
60
60
a 1440°C
a 1440°C
a 1440°C
a 1440°C
a 1440°C
a 1440°C
a
_b*
c*
d
6
7
Medio
Medio
Medio
Medio
Medio
Medio
4.5
4.7
6.0
5.0
5.0
4.6
60
60
3
30
60
60
a
a
a
a
a
a
ia
Lb
1440°C
1440°C
I500°C
1500°C
1440°C
1440°C
°Segün norma ASTM B294-76
Tabla XIV. Análisis por microsonda de cráteres profundos encontrados en las
muestras sinterizadas.
Muestra
la
5a
Relación de Intensidad CoK a /WMa
en el cráter fuera del cráter
0.172
0.123
0.182
0.378
0.151
0.241
-
-
Tabla XV. Análisis por microsonda de los elementos presentes en las impure­
zas contenidas en la materia prima del polvo de carburo de tungstc_
no, correspondientes a las figuras 58-60.
Elemento
Posible
Na
Al
Si
S,Mo
Ca
W
Mo
K
M
P
U
I
Fig.
Fig. 58
Energía Conteo Energía
1.04
345
1.04
3192
1.40
2497
1.75
2.31
4672
2.30
1124
3.69
1.38
1.73
2.63
3.50
-
A S
R
E Z
Fig. 60
59
Conteo Energía Conteo
10677
1.04
3169
3359
2.31
6431
1545
3.68
1932
73234
3093
3.31
2135
1843
-
Tabla XVI. Resultado del análisis del Co por microsonda realizado en cráte­
res poco profundos de algunas muestras sinterizadas.
Muestra
la
4
5a
5b
5d
6
Contenido de Co
> > Promedio
< Promedio
< Promedio
< Promedio
< Promedio
= Promedio
Observación
Partícula dentro del
cráter (W, Co)
42 -
_ *3
Tabla XVII. Análisis por microsonda de partículas dentro de cráteres pro­
fundos en las muestras sinterizadas.
Muestras
Cráter
Elementos presentes (en orden de la intensidad de señal de rayos X)
5a
5d
6
1
1
1
2
W, Ca
W, A l, Ca, Mo, K, Cu, Zn, Fe
A l, Ca, W, Co, T i, Cu
W, Co, Ca, Cu, Zn, Mg, T i, A l, Fe
Tabla XVIII. Distribución de fase n en algunas muestras sinterizadas
Muestra
Ib
3
5c
5d
Distribución de fase f|
Homogéneamente repartida
Presente en las o rilla s de la muestra
Homogéneamente repartida
Homogéneamente repartida
-
TAMAÑO riSUFR DF PARTICt)! A (y m)
-
FIGURA 9
IAMAKO FISHER DE PARTICULA EN RELACION AL
TIEMPO DE MOLIENDA.
44 -
- 45 -
♦- M 3
ÜWIRArtlON EN VOLUMEN
4 ,x tiempo de smt 1 hr
* tieirpo de sint. 2 h i.
O tiempo de sint amox. 3 mm.
A tiempo de smt. 30 min
□ muestras con desgasificación.
• muestras con agrietamiento.
TÍ.MPIRATinU “C
nnnu 10. ErEcro de l \ im tra TURA DL SIN1LRIZACION SOBRE U contracción' en \oui»ir\ (°) ur ias
DIESTRAS.
riGURA 11 (ovnuccro' r \ yol uml\ n
I.\ rUNCION DCL TIEMPO DF SIYnRJZXflON
- 46 -
vuvzmiLMs «iisanw nu üvuis»au
4»x Tiempo de *int. 1 hr
* Tiempo de *>int. 2 hr.
O Tiempo de sint.arrox 3 min
A Tiempo de smt. 30 mm
□ muestras con densificación.
• muestras con atn ictapiento.
riGURV 12. EFECTO Dfc L\ TEMPERA—
TlIRA DF SIMFRi:\CTON SOBRE LA DEN
SID\D ESPFCIFICX DF L\ MUFSTRA SIN
II RIZM1A.
A,x
*
O
Tiempo de sint. 1 h i.
a 1440 °(.
Tiempo de sint. 2 hi.
a 1440 °C.
Tiempo de smt. anox.
3 min. a1500 °C.
& l lempo de smt. 30 mm.
a 1500 °C.
Q núesti as con desgasificacon.
• muestias con aeiíetamrento.
í
£
7
¡¿
£
ta
t=¡
^
c
^S
£
riranu n . divipat Fspuinr\ ni
ias mustras sivirRi:vn\s r\ n i\—
rro\ dli Tiniro nr moi if\ d\.
_ 47 _
\a\:in3JL\is \"íijsna. hu maisvia
♦- M 3
18
6
0
*
\
X
X
*
14-
*
X
Hf#
18-,
■L
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1I
-------- - --------------I—■“
t
IT1.MP0 (hi )
♦,x,x
O,A
a
rcm p. ilo s ¡ n i .
ic iitp . iio s m t .
1 110 ' ( •
i son ut \
muestuis ion ilesi; isi I íl.k ió ii.
m u p 't i.is io n ig i iit . m ie n t o .
I HUIRA I I
m \ s i i n n i s i ’ iL i i u ’A ni i.vs m i » s i i a s s i \
ii u i : \ i n s i \ m \>( io n u n u im p o ih
simrRUAnoN.
I
♦-M3
(VUH) VZibílu
#
O
A
□
•
Tiempo de smt 1 hr.
Tiempo de smt. 2 hr
Tiempo de smt. anrox. 1 mm.
Tiempo de smt 30 min.
muestras con deseasíficación.
muestra*; con agrietamiento.
TEMPERATURA °C.
FICUR\ 15. ErECTO DF LA IB*PERATIJRA Dr SINTERIZACION SOBRE LA DU
REZA DE LAS >JUESTRAS SINTERIZADVS.
♦ -M 3
Temp. de smt. 1440 °C.
O A Temp. de smt 1500 °C.
n mue^tias con desgasificación
• muestias con agrietamiento.
nci'R A K>
n u u rz\ n r i v* muestras
SI\TI RTZWHS l \ m \(!ü\ MI TIPIPO
DE MULRIZU.ION
- 48 -
;'F\sir>\n oí m u-tta - v
♦.x
X
O
¿S
O
1 lem po
t unpo
tie m p o
tie m p o
de
ile
do
do
smt.
sm t.
«inl.
sm t
21 hlni.s.
.im o 'í . ’ n i ’).
S(1 u n .
muestras mu dos«.i«i fiia o ó p
n’.ucstt is (.on ,i<!t'iot,imicntt'.
I 1(1IRA 17
DlNSlDAn ISP1C11 ICA 1" L\S Mili S1P\S <-I\il r u m ) vs is ms( ion ni i \ uny : \ .
- 50 -
♦-M 3
POROSIDAD ('t)
♦,x Ticnno de sint. 1 h i.
* Tiempo de smt. 2 hr.
O Tietnno de smt aprox. 3 mm
A Tiempo de sint. 30 nin.
□ muestras con desonc íficacion
nuestias con agrietamiento
FIGURA 1S. EFECTO 1)1 L\ rP 'P F -RATURX DE M YITRIZV I 0 \ SOBRE -LA POROSIDAD (°,) DE LA<- 'OSTRAS
#
1 ícmoo de smt. 1 h i.
Tiennx. de smt. 2 lu.
Tier.po de smt. J P I O K .
A
Tiempo de smt. 30 nun.
□ muestras con desgasificación.
muestras *_on agrietamiento.
TPTFRVIURV °C
i icura i <í . F r r r r o di i \ itmpfratura
di s i \ t l r i : \ c io \ s r m n u m ^ o h v
\ imo Dr PORO
-
♦ — M3
4.x.»
OA
de s m t .
1440
°(
Temp. de smt 1S00 °C.
muesttas con desgasificación,
muestras con aunet imiento.
poros nnn
feo)
a
Temp
I
T If,nO (hO
2
hojraSJM20LIUZXDAS
. porosm\n (°) nr las muís
IRAS
FTI\( IONDFI rirM
PODL SINTTRlT\ZAHON.
^.x»* Temp de s m t. 1440 ° ( .
O A lcmp. de. smt
1"0fl °C.
□
muestras con de^<M iii
cicion
•
mue^ttas con a«»rieti--
miento
ÍIU'RA
IVÑODi- TOROMAXIMO FN
n'NcioN21mi TU
iiempo ni spriRizuiON
51 -
F ig. 22
200X
Muestra la . Porosidad tip o A08 y durante üífa -
F ig. 23
200X
Muestra Ib . Porosidad tip o A06.
S in te riza ció n durante dos horasa 1440°C.
¡ -£. ¿4
200X
Muelera 5c. Porosidad tip o A08 y B06. S in teriza ción durante aprox.
3 min. a ÍSOO^C.
Fig
Muestra
B06.
min. a
F ig. 26
200X
'laostra 2a. Porosidad tip o A06. S in teriza ció n durante una ti<~ra a
F ig . 27
200X
Muestra 2b. Porosidad tip o A06.
S in te riza ció n durante dos horasa 14ir'°C.
- 53 -
Z‘
'ígjáI' ¿v* *
~ ■r '
|>
rig . 28
mí*;
^ 4,^1
^ ¥ÍÉÍ£
^ ^
* -si?' %
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'5- : ‘ *?»•
.
g g |m
v -* ’**. $
%
* ■$ .v*
200X
i l g . ¿9
200X
huestra 4. Porosidad tip o A06 y
B06. S in te riz a c ió n durante unahora a 1440°C.
Muestra 3, Porosidad tip o A08 y B06. S in ter-ze.-' "r -ente upa hora a 1440°C.
O Porosidad de conparación s in desgasificación (1500°C)
„ y Porosidad de comparación s in ’ d e s g a s ific a c ió n (14403C)
XQTemp. de desgasificación 1100°C
í
. 2 h rs . de calentam iento hasta
1440°C.
• Muestras con agrietam iento
0.5
1.0
Tiempo de desgasificación (h r)
Pí (T V»
Porosidad (%) de la s muestras s m te riz a d f?
en función del tier-po do desgasifica c iín .
- 54 -
F ig. ?1
200X
Muestra 7. Porosidad tip o A08. S
ración diizzale une tero a
sin tiempo de desgasifica
F ig. 32
2^X
Muestra 6 . Porosidad tip o A06 y
B04. S in te riza ció n darante unahora a 1440°C, con dos horas de
calentam iento de 20 hasta 14%C°C
Fip. ?3
2007
Muestra 5^. Porosidad tip o A08.S i^teriza'-icT ' durarte una hora a
1¿40°C, s in tiempo de desgasifica.
F ig. 34
200X
Muestra 5b. Porosidad tip o A08y B06. S in te riza ció n durante —
una hora a 1440°C, con tiempo de
uc !>0cii Ál iLaLi-Uli UU _>\J m ili. ó.
1100°c.
- 55 -
^,X
*
O
0
•
¿S
Tiempo de s m t. 1 hr a 1440°C
Tiempo de s m t. 2 h rs . a 1440°C
Tiempo de s in t. aprox. 3 min. a
1500°C
Muestras con d e sgasificación.
Muestras con agrietam iento.
Tiempo de s in te riz a c ió n 30 min.
a 1500°C
Porosidad (%)
F ig . 35
Densidad esp e cífica de la muestra sin te riza d a
en función de la poro, idad ("') .
s->■
*'■
i*r'~4pt¿.
*»* f,«
36.
1500X
Muestra 5b. S in te riza ció n durante
una hora a 1440*C, tip « de granoFig.
medio .
F ig . 37
Muestra 6 . S in te riza ció n durante
una hora a 1440<’C, tip o de grano
medio.
TAMAÑO MAXIMO D
F PARTIGIIA
- 56 -
4,x>*
0,A
□
•
Terpp. de smt. 1140 "C.
Temp. de unt. 1500 °C.
muestras con desgasificación.
muestias con aorietamiento.
FirUR\ ^8
1W 0 MAXIMO DI P\RHCIJLA DE LAS
MULsrRAS si\TrRi:\D\s ex unción
un im ir o nr. sinurizacion
f ig . 39
1500X
Muestra la. S in te riza ció n durante
una hora a 1440°C, tip o de granoraedio.
F ig . 41
1500X
Muestra 2a. S in te riza ció n durante
una hora a 1440°C, tip o de grano
medio.
Fig- 40
1500X
Muestra Ib . S in te riza ció n durante
dos horas a 1440°C, tip o de grano
grueso.
F ig . 42
1500X
Muestra 2b. S in te riza ció n durante
dos horas a 1440°C, tip o de grano
grueso.
1500X
Muestra 5c. S in te riza ció n durante
aprox. 3 min. a 1500°C, tip o de grano medio.
F i 8 - 45
1500X
Muestra 3. S in te riza ció n durante
una hora a 1440°C, tip o de grano-
F ig. 44 ^
1500X
Muestra 5d. S in te riza ció n durante
30 min. a 1500°C, tip o de grano —
medio.
Fig. 46
1500X
Muestra 4. S in te riza ció n durante
una hora a 1440°C, tip o de grano—
J f5*
8
Fi - 47
isoüj
Muestra 5a. S in te riza ció n durante
una hora a 1440°.C, tip o de granomedio.
Flo«
u.'A
Muestra 7. S in te riza ció n durante
una hora a 1440°C, tip o de grano
medio.
i-i
j.OOJf
Fig. 50
800X
...
o to ric 'p ^ ra fls de ut> cratei profunde en­
contrado en algunos compactados sinteriz¿
dos,
Fotomicrografía de un cráter poco profun­
do presente en algunos compactados sinterizados.
F ig . 51
500X
Muestra la . Fotom icrografía de un
crC ter de gran tamaño.
F ig . 52
350X
Muestra 5a. Fotom icrografía de un c rá te r de gran tamaño.
F ig . 53
5000X
Muestra la . Fotom icrografía del in te r io r del crá te r carrespon- diente a la fig u ra 51.
F ig . 54
4000X
Muestra 5a. F otom icrografía d e lin te r io r del c rá te r correspon- diente a la fig u ra 5 2 .
Fig. 56
200X
Muestra 5c. Fotomicrografía de un cráter poco profundo.
Fig. 57
800X
Muestra 6 . Fotomicrografía de un cráter poco profundo.
rig.
59
5C0X
F ig .
60
Fig. 58-t>0.~ Corresponden i partículas extrañas encontradas
■>n
i pr^pi? ^«1. po^vo *e carburo
—
tungsteno
2800X
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'lu e ftra Ib . S in terizc' ^.ón dorante
dos horas a 1440°C.
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t'uestra 5a. Sm terizaciC n d\-i Ll
una hora a 1440°C.
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10QX
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Muestra 5c. S in te riza ció n durante
aprox. 3 mín. a 1500°C.
F ig . 64
100X
Muestra 5b. S in te riza ció n durante
30 m in. a 1500°C.
TAMAÑO GRANO DEL WC ( y m)
FIGURA 6 5 . DUREZA DE LAS ALEACIONES
WC — Co CON DITERENTES CONTENIDOS DE Co C OO UNA FUNCION DEL TAMAÑO DF
GRANO DEL KC.
....
WC- o + G rafito lib r e — —
r r r r r iT
H. Suzuki
1
\
«ÍC + Co
NS
V
CARBONO TOTAI / WC.
N\
\
Figura 66 . Relación en el conte^
nido del carbono to ta l (% en pe­
so) del WC en función del conte­
nido de cobalto (% en peso) en las aleaciones de WC-Co.
\
\
J. Gurland \
\\
\
’wc + Co + r\[
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4
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V
s
8
12
16 20 24
C O V FM D O DF Co f c ) .
28
V.
D IS C U S IO N DE RESULTADOS
En e l presente trabajo se analizan la sinterización de las mezclas experi—
mentales, evaluando las propiedades de densidad específica y dureza de lasmuestras sinterizadas, así como la microestructura que se obtuvo en las mis_
mas.
1. PROPIEDADES
1.a. Densidad Específica Co esp.)
La figu ra 12 muestra la relación entre la P esp. y la temperatura de sinterización; se aprecia que la p esp. a l parecer disminuye conforme
la temperatura de sinterización aumenta, pero en realidad los tiempos de sinterización empleados a 1500°C son diferentes a los utilizados a —
M40°C y realizar una comparación entre ambas temperaturas de trabajono es muy recomendable, por la diferencia en las condiciones de smte—
rización. Sin embargo cabe mencionar que e l punto ES a 1500°C, el —
cual tiene un tiempo de sinterización de 30 rain, menor que el de las
muestras a 1440°C, se estima que el valor de p esp. es sim ilar a los de las muestras sinterizadas durante una hora a 1440,'C. Posiblemente,esto sea debido a que a mayor temperatura de sinterización la viscosi—
dad de la fase líquida presente disminuye, aumentando la flu id e z de la misma, permitiendo un mayor llenado de los espacios entre las particu
las sólidas. Por otro lado, a l disminuir la viscosidad de la fase l í —
quida, la acción de los mecanismos de sinterización es más marcada, lo­
que permite una disminución en el tiempo de sinterización necesario pa­
ra lograr una densidad dada.
La figura 14 expone la influencia del tiempo de sinterización sobre la -
-
p esp. de las muestras sinterizadas; se aprecia como la P esp. pare­
ce incrementar conforme el tiempo de sinterización aumenta. Esto muy probablemente se deba a que existe un mayor tiempo para que actúen Iosmecanismos de sinterización y que la fase líquida pueda cubrir y despla
zarse mas uniformemente a través de los espacios entre las partículas solidas, permitiendo que la muestra disminuya su porosidad y su densif¿
cacion aumente.
En la misma figura 14 se distingue, que existen tres probetas a las —
cuales se les practico un tratamiento de desgasificación; una de ellas(muestra 5b), presento agrietamiento desde la etapa de compactacion por
lo que el valor correspondiente de p esp. no es muy confiable. Al pare^
cer el tratamiento de desgasificación coadyuva en gran medida a incre—
mentar la P esp. en las muestras, reflejándose que las probetas que tu
vieron desgasificación (muestra 5d y 6 ) se encuentran más densas de ---aquellas que no obtuvieron dicho tratamiento a la misma temperatura y tiempo de sinterización. En relación a la porosidad, esta pone de maní
fie sto que en las muestras 5d, 6 y 5b (fig s . 25, 32 y 34 respectivamen­
te) su porosidad al parecer disminuye a l efectuarse el tratamiento de desgasificación practicado. Lo anterior puede deberse al hecho de quedurante la permanencia de la muestra a la temperatura de desgasifica---ción, se permite la salida de gases que quizás no pudieron escapar du—
rante la etapa de presinterizado y/o que se formen por algunas reaccio­
nes que se desarrollen en esta etapa; esto permite al compactado acer—
carse a la temperatura de sinterización virtualmente lib re de gases re­
siduales y fa c ilita r la función de la fase líquida. La porosidad que presentaron las muestras con tratamiento de desgasificación es aun alta
y probablemente sea debido a una mayor cantidad de gases residuales ene l compactado, que el tiempo de desgasificación no fue suficiente paraelim inarlos y/o por la formación de gases durante la sinterización.
Con respecto a l contenido de cobalto, se puede decir que al aumentar la
cantidad de cobalto hasta un 7% en peso (muestra 3, Tabla IV ), e l valor
66 -
-
de su p esp, obtenido, cono se puede observar en la figura 1<+, se en—
cuentra entre los valores más bajos, lo cual es razonable en cierta ----forma, puesto que al aumentar la cantidad de cobalto (que es un elemen­
to más ligero que el WC) provoca que la p esp. de la muestra disminuya
Por otro lado el aumento en el contenido de cobalto,parece haber dismi_
nuido la porosidad en la muestra, como se puede apreciar en las fotomi­
crografías de la muestra la y 2a (fig s . 22 y 26) en comparación con la muestra 3 (fig . 28). Pero esta disminución de porosidad que presentó­
la muestra 3 aun es insuficiente, porque la porosidad es fin a y en gran
cantidad. Posiblemente la razón por la cual disminuye dicha porosidadenla muestra 3 con el aumento del contenido de cobalto, es que existe mayor cantidad de fase líquida a la temperatura de sinterización lo - cual provoca que haya una mayor posibilidad de cubrir los espacios en—
tre las partículas sólidas. La a lta porosidad que presentó la muestra3, quizas se originó por la presencia de gases en la etapa de sinteriza_
ción y estos no escaparon totalmente durante la etapa de presinteriza­
do, ó bien, se fueron formando a través de la sinterización aumentandocon esto la porosidad en la muestra,
l.b* Dureza
La figura 15 presenta la dureza de las muestras sinterizadas en fun­
ción de la temperatura de sinterización; en esta la dureza parece dismi
muir conforme la temperatura de sinterización aumenta. Esta disminu---ción de dureza en cierta medida es aceptable, puesto que a mayor tempe­
ratura de sinterización, la velocidad de reacción de los mecanismos desinterización aumenta, alcanzando una mayor tendencia de densificación,
y paralelamente a e llo también del crecimiento de partículas de WC, con
una fuerte influencia en disminuir la dureza (como se indicará poste- riorm ente). Además de que con mayor temperatura aumenta e l movimientode los átomos de los gases que pudieran estar presentes, estos a l esca­
par hacía e l exterior del compactado, separan posibles uniones entre *—
las partículas de carburo y la fase aglomerante, ocasionando la porosi­
dad presente en dicho compactado. Por otra parte, los tiempos de sintj 2
b? -
- 68
rización empleados a 1500°C son diferentes a los empleados a 1440°C, —
mismos que desvían las condiciones de sinterización y la analogía entre
estas temperaturas, provocando un desconcierto en los resultados de es­
ta figura.
La figura 16 muestra la influencia del tiempo de sinterización sobre la
dureza de las muestras sinterizadas; y esta parece aumentar conforme el
tiempo de sinterización aumenta, v que puede deberse a lo siguiente:
Al aumentar el tiempo de sinterización, se produce un aumento en ladensificacion, las partículas del compactado se encuentran más uní—
das, dando lugar a que los puntos debiles (poros) por donde se puede
originar o provocar una fa lla disminuyan, esto es, habrá mayor opos¿
ción para disgregar la unión entre las partículas sólidas del compa^c
do. La figura 17 muestra más claramente la influencia de p esp. sobre la dureza y en la que se observa como la dureza aumenta confo_r
me la
esp. de las muestras aumentan.
. Otro factor que influye significativamente en la dureza es el tamaño
de grano del WC [ 7 ] , va aumentando conforme la dimensión de gra­
no del WC disminuye. La figura 38 muestra la relación entre e l tama
ño máximo de partícula del WC y el tiempo de sinterización; a l pare^
cer indica un incremento en e l tamaño máximo de partícula conforme el tiempo de sinterización aumenta, y que se reafirma con las microestructuras obtenidas en las muestras Ib y 2b (fig s . 40 y 42 ) en —
donde el tiempo de sinterización fue mayor que en las demás muestras
a la misma temperatura de sinterización. Conociendo los valores de­
dureza de las muestras Ib y 2b (Tabla XI), al parecer estos valoresse encuentran entre los mas altos siendo contradictorio a lo que in i
cialmente se mencionó. De acuerdo con la gráfica (fig * 65) reporta­
da por Ralph U. Stevenson [4 b ], la que muestra la influencia que
tiene e l tamaño de grano del WC sobre la dureza a diferentes contendí
-
dos de cobalto, se advierte que la dureza tiende a disminuir confor­
me el tamaño de partícula del WC y el contenido de cobalto aumentan.
Si en esta misna figura se supone aproximadamente la relación que se
guiría la dureza con el tamaño de grano del WC para contenidos de —
5.5% y de 7% de cobalto (líneas punteadas), que la cantidad de TaC presente es despreciable y que sólo influye para in h ib ir el creci—
miento de grano, y además que las muestras tienen un tamaño de partí
cula medio de 2 a 5 t i y un tamaño grueso mayor a 5 ym (de acuerdocon los valores de la Norma ASTM B390-64) se podrán estimar valoresesperados aproximados de dureza de 90 a 92 HRA para un tamaño medioy de 88 a 90 HRA para un tamaño de partícula grueso. Comparando es­
tos valores con los obtenidos en la Tabla X III se observa que la du­
reza de las muestras de tamaño de grano medio están por debajo del valor esperado, mientras que las muestras de tamaño de grano gruesose encuentran entre los lím ites del valor esperado. En realidad la
influencia del tamaño de grano sobre la dureza de nuestras muestrasno se puede apreciar muy claramente, porque éstas presentaron alta porosidad, y que a l parecer está afectando más drásticamente la durj;
za de las muestras que el mencionado tamaño de grano.
2. MICROESTRUCTURA
2.a. Porosidad
La porosidad de los carburos cementados es un defecto que afecta severa
mente la p esp. y la dureza de las muestras, por lo que debe ser míni­
ma. Observando las fotomicrografías de porosidad de las muestras la, Ib, 5c, 5d, 2a y 2b (fig s . 22 a 27 respectivamente), se notará una dis­
minución en la porosidad conforme e l tiempo de sinterización aumenta. La a lta porosidad inicialmente obtenida en las muestras, incluyendo las
muestras 3 y 4 (fig s. 28 y 29 ) muy probablemente se obtuvo por una ele
vada cantidad de gases presentes en el compactado durante la sinteriza-
69 -
-
cion. Al aumentar el tiempo de sinterización, la porosidad disminuyo en
una cantidad considerable, pero no aceptable todavía, como se podrá ob­
servar en las muestras Ib, 5d v 2b (fig s . 23, 25 y 27 respectivamente).
La presencia de gases en el compactado puede deberse principalmente a una compactación defectuosa o posiblemente a reacciones químicas que —
pueden o cu rrir ( principalmente entre el carbono y oxígeno) durante la sinterización originando la evolución de gases. Los gases atrapados en
el compactado durante la sinterización provocan a lta porosidad por el hecho de que aumenta el movimiento de las moléculas gaseosas, incremen­
tando su presión; luego entonces la presión de los gases a la temperatu^
ra de sinterización es muy a lta , lo que puede provocar que cuando el —
gas escape, lo efectúe muy violentamente y deje en su camino una porosi^
dad considerable. Cuando e l gas no puede escapar y por ende atrapado en el compactado, también dá como resultado porosidad que no llega a de
saparecer.
La presencia de cráteres en las muestras sinterizadas es un defecto bas_
tante p erju dicial oara las propiedades mecánicas en el producto sinterjL
zado. Las fotomicrografías (fig s . 49 y 56)de los cráteres profundos y de los poco profundos (fig s . 50 a 52, 56 y 57) presentes en las mués- tras sinterizadas, se advierte que la gran mayoría de los cráteres pre­
sentan partículas extrañas en su in te rio r, además de que en el in te rio r
de algunos cráteres se manifiestan partículas individuales de los pol—
vos de la mezcla (fig s . 53 y 54). Los factores principales que puedenprovocarla presencia de cráteres en las muestras sinterizadas son los siguientes:
Impurezas presentes en la materia prima: comparando elementos presen­
tes en las impurezas de los polvos de WC (Tabla XV) y de las partícu­
las encontradas dentro de los cráteres (Tabla XVII), se distingue la gran sim ilitu d que existe entre ambas tablas; en lo referente a los elementos presentes en mayor proporción, como son e l A l, Ca, K, e tc.,
existiendo una relación muy marcada de las impurezas de la materia —
70 -
- 71 -
p r im a
s o b re
la
p r e s e n c ia
de
lo s
c r á te re s .
Deficiencia o exceso de cobalto en la zona del cráter: este factor se puede a trib u ir principalmente a una mala homogenizacion de la mejs
cía de los polvos y/o a una deficiente distribución de la fase líq u i­
da entre los espacios de las partículas solidas durante la sm terización. Las figuras 53 y 54 expresan la microestructura en el in te rio r
del cráter correspondientes a las figuras 51 v 52 respectivamente; se
percatará (principalmente en la figura 54) que en e l in te rio r de Ioscráteres existen partículas individuales de los polvos de la mezcla,lo que indica que la presencia del m aterial aglomerante es deficiente
o que no presenta ta l m aterial en esa zona. La fa lta de material ---aglomerante puede ser reafirmado por los análisis con microsonda rea­
lizados tanto en cráteres profundos y poco profundos (Tabla XIV y XVI
respectivamente). En la Tabla XIV se advierte como la variación de la relación de intensidad de Cc a/WMa es más pronunciada dentro del cráter que fuera del mismo, lo que hace suponer que la cantidad de cobalto no es uniforme en la muestra. Por otro lado, la Tabla XVI —
manifiesta poseer una mayor cantidad de cráteres con contenidos de co­
balto menor al contenido promedio, lo que indica que la presencia de­
cobalto es deficiente en muchos cráteres.
2.b. Microestructura de las Probetas Sinterizadas
El tamaño y forma fin a l de las partículas de WC son muy importantes y tienen fuerte influencia sobre las propiedades mecánicas, principa^
mente sobre la dureza del compactado £ 3 j . El tratamiento de desgji
sificación parece no tener influencia sobre el tamaño de grano del WC
como se puede apreciar en las muestras 5b y 6 (fig s . 36 y 37), Pue­
de deberse a que no se alcanza la temperatura a la que se presenta la
fase líquida (aprox. 1320°C, ver fig . 3) y que puedan actuar los meca^
nismos de sinterización.
El tiempo de sinterización tiende a presentar una fuerte influenciasobre el tamaño de grano. Las muestras la y 2a (fig s . 39 y 41), 3,4, 5a y 7 (fig s . 45 a 48) poseen condiciones de sinterización sim ila
res de una hora a 1440°C y un tamaño de partícula sim ilar y con---frontando el tamaño de grano de estas con las muestras Ib y 2b (figs
40 y 42), que comprenden dos horas de sinterización a 1440°C, estasúltimas como se observará exponen un tamaño de grano más grande. Es­
to puede deberse a que a una temperatura de sinterización constante
s i el tiempo de sinterización aumenta, la cantidad de fase líquida in ic ia rá una disolución en mayor cantidad de partículas de WC, p n —
mordialmente las de menor tamaño, aumentando la diferencia en can
tidad entre las partículas grandes y pequeñas; durante el enfriaraien
to la solubilidad del WC en la fase líquida disminuye, por lo quelas partículas inicialmente disuettas son precipitadas preferencialmente sobre las partículas de WC que no fueron disueltas. Joseph —
Gurland [ 8 ] expresa que la importancia del crecimiento del grano se
presenta durante la operación de sinterización, proponiendo aparte del mecanismo de solución y precipitación del WC disuelto, otros dos
mecanismos para incrementar el tamaño de grano durante la sintenza ción, los cuales son: ( 1) la transferencia de carburos de grano pe­
queño a carburos de grano grande por difusión a través de la fase —
líquida a la temperatura de sinterización y ( 2 ) la unión de granos de WC adyacentes. Estos dos mecanismos pueden a u x ilia r en la in te r­
pretación del porque el tamaño del grano aumenta con el tiempo de —
sinterización.
Al parecer las temperaturas de sinterización empleadas en este estu­
dio no influyen fuertemente en el crecimiento de grano, como se iden
tific a n en las muestras la y 2a (fig s . 39 y 41) sinterizadas a 1440°
C, durante una hora, en comparación con las muestras 5c y 5d (fig s .43 y 44) sinterizadas a 150Q°,C durante 3 y 30 min. respectivamente.Se podrá contemplar un tamaño de grano parecido tanto a 1440°C comoa 1500°C. Esta sim ilitu d en e l tamaño de grano a desiguales tempera_
turas, probablemente sea debido al poco tiempo empleado a 1500°C, pues­
to que a mayor temperatura de sinterización la viscosidad de la fase —
líquida disminuye, permitiéndole una mayor movilidad entre las partícu­
las solidas, aumentando e l área de contacto entre estas y la fase líq u i
da. El incremento en la movilidad de los átomos de la fase líquida y del área de contacto permite a su vez aumentar la velocidad de reacción
de los mecanismos de sinterización principalmente el de disolución-pre­
cipitación, lo que provoca que el tamaño de grano acrecente. El dismiminuir el tiempo de sinterización a mayor temperatura tuvo que constrarrestar el efecto de la misma.
.b .l. Presencia de fase H (u0Co^C)
La fase n se encontró únicamente en las muestras indicadas en la Tabla
X VIII, en la que se observa que la fase se presenta homogéneamente re—
partida en las muestras, en tanto que en una sola muestra se percibió únicamente en las o rilla s . La presencia de la fase n en las muestrassintenzadas es a causa de una deficiencia en el contenido de carbonoen la misma y, además de que se produce el doble carburóles te a su vez —
provoca que parte del cobalto presente, sea requerido para la formación
de este doble carburo, disminuyendo la probabilidad de aglomerar más —
uniformemente las partículas de WC. Esta deficiencia de carbono pudo ser originada principalmente por:
. Un contenido de carbono menor a l estequiómetrico: causa una marcada
tendencia para obtener la fase r\ durante la sinterización. Como se
puede observar en la gráfica (fig . 66) realizada por Exner-Gurland [ 9] > para obtener un producto sinterizado lib re de fase ri o de —
g ra fito lib re (exceso de carbono) es necesario situar el contenido de carbono sobre la línea continua y sin sobrepasar el valor de 6.20%
en peso, de carbono to ta l.
Impurezas: la presencia de impurezas, esencialmente las que puedandonar oxígeno durante la sinterización, provocan que este se combine
con el carbono del compactado, produciendo la siguiente reacción:
C
, v
(s)
4*
0
f x
(g)
CO,(g), estable a > 1000°C
Deterioro del vacío dentro de la cámara del horno: esto provoca que
la atmósfera no sea totalmente inerte y se logre contaminar con oxí­
geno proveniente de la atmósfera exterior, originando a su vez la —
reacción entre el carbono del compactado y el oxígeno de la atmósfe­
ra durante la sinterización.
- 75-
VI. CONCLLSIONES
.
L a d e n s id a d e s p e c íf ic a y l a d u r e z a d e la s m u e s tra s s in t e r iz a d a s s e v e n f a v o r e c id a s c u a n d o es e m p le a d o u n t r a t a m ie n t o d e d e s g a s if ic a c ió n
d u r a n t e e l p r o c e s o d e s i n t e r iz a c ió n . P a r e c e r e c o m e n d a b le e m p le a r un
m a y o r tie m p o de d e s g a s if ic a c ió n , p a r a p e r m it ir u n a m a y o r e v o lu c ió n d e lo s g a s e s in t e r n o s e n e l c o m p a c ta d o h a c ia e l e x t e r io r , to m an do en
c o n s id e r a c ió n q u e e s t e t r a t a m ie n t o n o t ie n e g r a n i n f l u e n c i a s o b r e e l
ta m a ño de g r a n o f i n a l d e l c o m p a c ta d o .
.
E l tie m p o d e s in t e r iz a c ió n , c o n fo r m e a u m e n ta , in d ic a u n in c r e m e n t o s o b r e l a d e n s id a d e s p e c íf ic a y l a d u r e z a d e la s m u e s tr a s f i n a l e s , —
a s í como u n a u m en to e n e l ta m a ño d e g r a n o f i n a l y d is m in u c ió n e n l a
p o r o s id a d d e l c o m p a c ta d o s in t e r iz a d o , s in to m ar muy e n c u e n t a l a tera
p e r a t u r a d e s in t e r iz a c ió n e m p le a d a .
.
L a d u r e z a d e la s p r o b e t a s s in t e r iz a d a s s e e n c u e n t r a n más in f l u e n c i a ­
da s p o r l a p o r o s id a d e n e l l a s c o n t e n id a s q u e d e l tam año de g r a n o o b ­
t e n id o e n d ic h a s p r o b e t a s .
.
L a p r e s e n c ia d e lo s d e f e c t o s m ic r o e s t r u c t u r a le s e n la s m u e s tr a s s in t e r iz a d a s , p r in c ip a lm e n t e l a a p a r ic ió n e le v a d a d e p o r o s id a d , d e c r á ­
t e r e s y d e f a s e ti , s o n d e b id o e n s u m a y o r ía a u n c o n t e n id o e le v a d o
d e im p u r e z a s , a u n a d e f ic ie n t e lio m o g e n iz a c ió n d e l c o b a lt o c o n t e n id o e n
l a m u e s tr a y a lt e r a c io n e s a t m o s f é r ic a s d e n t r o de l a cá m a ra d e c a le n ­
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