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

Tipos e estruturas de metal duro

As ligas de metalurgia do pó, como WC-Co e WC-TiC-Co, são comumente chamadas de carbonetos cimentados ou metais duros. As principais famílias incluem tungstênio-cobalto (YG), tungstênio-titânio-cobalto (YT), tungstênio-titânio-molibdênio-nióbio (YW), ligadas com aço (YE), titânio-níquel-molibdênio (YN) e carboneto de tungstênio fundido (YZ). O WC-Co geralmente oferece maior resistência mecânica 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 normalmente contém uma fase alfa de WC clara e uma fase beta de ligante escura. As classes de grão fino incluem YG3X (K01), YG (K20) e 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 granulometria grossa e alto teor de ligante, como o YG11C e superiores, apresentam menor dureza, mas maior tenacidade para matrizes submetidas a cargas de impacto e ferramentas de mineração. Essa classificação segue a norma ISO 4499-1:2008.

O metal duro YT normalmente contém a fase alfa de WC em forma de blocos, a fase beta ligante e a fase gama de TiC-WC arredondada, de cor que varia do amarelo-alaranjado ao marrom. A cor varia de acordo com as condições de oxidação. Seus grãos de WC são geralmente de tamanho médio e podem se tornar mais 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 com ligante de aço pode utilizar TiC ou WC em uma matriz de aço passível de tratamento térmico; suas partículas de carboneto permanecem estáveis, enquanto o ligante de aço pode ser recozido, normalizado, temperado e revenido.

Preparação de amostras

Como a porosidade da superfície e do núcleo pode variar, costuma-se selecionar uma seção transversal de fratura. Faça o corte por eletroerosão a fio (EDM) ou fratura mecânica. Para a preparação manual, esmerilhe com resfriamento a água em um disco de carboneto de silício de 150–250 μm e, em seguida, faça o lapidação com pó de carboneto de boro ou carboneto de silício de 10 ou 12 μm sobre um 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 cromo ou alumina, ou com pasta de diamante sintético.

O polimento mecânico é realizado em etapas grossas e finas. As amostras preparadas para polimento grosso podem ser fixadas com enxofre em um anel de aproximadamente 80 mm. O polimento fino pode ser realizado com um disco de alumina 85% e um disco de borracha 15%, utilizando uma solução saturada de permanganato de potássio por 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 coloração que varia do amarelo-alaranjado ao vermelho-alaranjado. Como alternativa, aqueça uma amostra polida e seca ao ar a 450–500 °C por cerca de 10–15 minutos até que fique amarelo-claro. Superfícies azul-escuras superoxidadas devem ser repolidas.

Avaliação da Porosidade e da Grafite

A porosidade se apresenta como orifícios circulares pretos com contornos bem definidos, com tamanho inferior a 40 μm. Examine uma amostra polida e não gravada em ampliação de 100× ou 200× em vários campos de visão, da borda até o centro, e relate tanto a porosidade geral quanto a grave, enfatizando o valor da porosidade grave. A norma ISO 4499-4:2016 pode ser consultada como método de referência internacional; não há qualquer implicação de equivalência ou aceitação.

O excesso de carbono produz grafite fina com aspecto de ninho ou pontilhada. Com uma fração volumétrica de aproximadamente 2% em WC-Co, ela assume a forma de escamas; em WC-TiC-Co, cerca de 1,5% pode produzir uma forma mais fina, semelhante a um ninho. Avalie as amostras polidas e 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; portanto, sua identificação auxilia no controle dos processos de pulverização, mistura, prensagem e sinterização.