Estudio de la sinterización y la resistencia al desgaste y oxidación de las aleaciones wc-ni-co-cr

Resumen

En esta tesis se ha estudiado la sinterización en fase líquida y la resistencia a la oxidación y al desgaste de varias aleaciones WC-Ni-Co-Cr teniendo como referencia materiales basados en el sistema WC-Co con los mismos contenidos metálicos (15 % y 25 % en peso). Este tipo de aleaciones se utilizan en la fabricación de rodillos para laminación en caliente de aceros. Los ensayos de dilatometría han confirmado que, la contracción en estas composiciones sufre varias aceleraciones y deceleraciones durante el calentamiento. Este fenómeno es compatible con los estudios calorimétricos que muestran que la formación de la fase líquida se produce en diversas etapas. Dicho comportamiento se ha asociado a la difusión del Cr en la microestructura, ya que, cuando la concentración de este elemento aumenta se reduce la temperatura de formación de líquido. Durante el calentamiento, las zonas con concentraciones elevadas de Cr producirían los primeros líquidos. La incorporación del resto de los componentes del líquida se produce a mayores temperaturas cuando la concentración de Cr se homogeniza. El efecto del contenido de C en las aleaciones WC-Ni-Co-Cr presenta características similares a las del sistema WC-Co. La morfología de los carburos secundarios (descarburación) depende del contenido metálico de las aleaciones, presentando morfología de laja para bajos contenidos de metal y equiáxica cuando dicho contenido sube. El crecimiento de grano de WC sigue tendencias semejantes a las del sistema WC-Co, aumentando al incrementarse la actividad de C y la cantidad de ligante. Los ensayos de oxidación confirman que la resistencia a la oxidación es mayor para las composiciones con mayor contenido metálico y menor contenido de C, siendo esta tendencia común para las aleaciones WC-Co y WC-Ni-Co-Cr. Se ha comprobado que las capas de óxidos están formadas por wolframatos tipo MWO4 (donde M= Co, Ni) y óxido de wolframio WO3 y cuando la cantidad de metal aumenta, las capas de óxidos presentan una mayor proporción de wolframatos. El modelo que mejor ajusta las ganancias de masa en el tiempo es el modelo de núcleo sin reaccionar (shrinking core model), controlado por reacción química en la intercara. Las energías de activación calculadas son compatibles con las obtenidas mediante el método de isoconversión que no requiere suponer ningún modelo cinético de reacción. Dichas energías aumentan con la temperatura (650 ºC a 800 ºC) para los dos tipos de sistemas estudiados, aunque el incremento es mayor para las aleaciones WC-Co que son las que presentan una mayor tendencia a la formación de wolframatos en este rango de temperaturas. Por último, se ha diseñado un ensayo tribológico basado en una variante del ensayo ¿pin on block¿, para analizar el comportamiento frente al desgaste de las aleaciones estudiadas en contacto con acero a elevada presión y temperatura en ausencia de lubricación. Los resultados confirman que la resistencia al desgaste se incrementa con la dureza, que en estas aleaciones disminuye al aumentar el contenido metálico (para el mismo tamaño WC). Sin embargo, cuando se comparan aleaciones con el mismo contenido metálico, se confirma que la resistencia al desgaste es mayor en las composiciones basadas en WC-Ni-Co-Cr pese a que su dureza es ligeramente inferior a las de WC-Co. Se ha comprobado que las capas de óxidos generados en estas aleaciones presentan mayor contenido de wolframatos que las encontradas en las de WC-Co. Los coeficientes de fricción medidos se encuentran en el rango de los reportados en la bibliografía para estos materiales. Se ha confirmado que dichos coeficientes disminuyen al aumentar el contenido metálico de las aleaciones. En estos casos se ha observado la formación de capas de óxidos que cubren completamente la zona de contacto y están bien adheridas al sustrato. Por lo tanto, la disminución del coeficiente de fricción podría deberse al carácter lubricante de estas capas.