Como inspecionar a microestrutura, a porosidade e a grafite do metal duro

Tipos e estruturas de metal duro

As ligas de metalurgia do pó, tais como WC-Co e WC-TiC-Co, são comummente designadas por carbonetos cimentados ou metais duros. As principais famílias incluem tungsténio-cobalto (YG), tungsténio-titânio-cobalto (YT), tungsténio-titânio-molibdénio-níobio (YW), ligas com ligante de aço (YE), titânio-níquel-molibdénio (YN) e carboneto de tungsténio fundido (YZ). O WC-Co oferece geralmente maior resistência e tenacidade ao impacto, enquanto o WC-TiC-Co proporciona maior resistência ao desgaste, dureza a quente e velocidade de corte admissível.

O metal duro YG contém normalmente uma fase alfa de WC clara e uma fase beta de ligante escura. As classes de grão fino incluem o YG3X (K01), o YG (K20) e o YG6X (K10); o YG6X é especialmente fino. O YG8 e o YG8N (K30) situam-se entre os grãos finos e médios. As classes com WC de grão grosso e elevado teor de ligante, como o YG11C e superiores, apresentam menor dureza, mas maior tenacidade, sendo adequadas para matrizes sujeitas a cargas de impacto e ferramentas de mineração. Esta classificação segue a norma ISO 4499-1:2008.

O metal duro YT contém normalmente a fase alfa de WC, de forma blocosa, a fase beta de ligante e a fase gama de TiC-WC, de forma arredondada e de cor que varia entre o amarelo-alaranjado e o castanho. A cor varia consoante as condições de oxidação. Os seus grãos de WC são geralmente de tamanho médio e podem tornar-se grossos à medida que o teor da fase gama aumenta.

As adições de TaC e NbC refinam os grãos de WC e TiC-WC e formam carbonetos complexos, duros, finos e irregulares. O metal duro ligado a aço pode utilizar TiC ou WC numa matriz de aço submetível a tratamento térmico; as suas partículas de carboneto permanecem estáveis, enquanto o ligante de aço pode ser recozido, normalizado, temperado e revenido.

Preparação de amostras

Uma vez que a porosidade da superfície e do núcleo pode variar, opta-se frequentemente por uma secção transversal de fratura. Corte por electroerosão a fio (EDM) ou frature mecanicamente. Para a preparação manual, esmerilar com arrefecimento a água num disco de carboneto de silício de 150–250 μm e, em seguida, lapidar com pó de carboneto de boro ou carboneto de silício de 10 ou 12 μm num disco de ferro fundido a cerca de 450 r/min. O polimento pode ser feito com uma solução de 1 000 mL de água, 10 g de ferricianeto de potássio, 10 g de hidróxido de potássio e cerca de 40 g de óxido de crómio ou alumina, ou com pasta de diamante sintético.

O polimento mecânico utiliza fases de polimento grosso e fino. As amostras preparadas para polimento grosso podem ser fixadas com enxofre num anel com cerca de 80 mm. O polimento fino pode ser realizado utilizando um disco de alumina 85% e um disco de borracha 15% com uma solução saturada de permanganato de potássio durante cerca de 20 minutos.

Ataque metalográfico e identificação de fases

Misturas frescas, em volumes iguais, de soluções de ferricianeto de potássio e hidróxido de potássio a 20%, 10% ou 5% revelam as fases WC e TiC-WC; concentrações mais baixas podem revelar a fase eta, com uma coloração que varia do amarelo-alaranjado ao vermelho-alaranjado. Em alternativa, aqueça uma amostra polida e seca ao ar a 450–500 °C durante cerca de 10–15 minutos até ficar amarelo-claro. As superfícies azul-escuras resultantes de uma oxidação excessiva devem ser repolidas.

Avaliação da porosidade e da grafite

A porosidade apresenta-se sob a forma de orifícios circulares pretos com contornos bem definidos, com dimensões inferiores a 40 μm. Examine uma amostra polida e não gravada a uma ampliação de 100× ou 200× em vários campos de visão, desde a borda até ao centro, e indique tanto a porosidade geral como a grave, dando ênfase ao valor da porosidade grave. A norma ISO 4499-4:2016 pode ser consultada como método de referência internacional; tal não implica qualquer alegação de equivalência ou aceitação.

O excesso de carbono produz grafite fina com aspeto de ninho ou pontilhada. Com uma fração volumétrica de cerca de 2% em WC-Co, assume-se uma forma em escamas; em WC-TiC-Co, cerca de 1,5% pode produzir uma forma mais fina com aspeto de ninho. Avalie as amostras polidas não gravadas quanto à quantidade, tamanho, morfologia e distribuição da grafite. A grafite, a porosidade e a fase eta reduzem a resistência, a tenacidade e a resistência ao desgaste, pelo que a sua identificação contribui para o controlo dos processos de pulverização, mistura, prensagem e sinterização.