O metal duro ou widia tem características técnicas verdadeiramente únicas. Graças a elas, tem a capacidade de resistir a ações provocadas por forças externas que tendem a deforma-lo. Essas características mecânicas o tornam ideal para muitas aplicações. Aqui vamos aprofundar esse assunto de um ponto de vista puramente técnico.
A “dureza” da Widia certamente deve ser indicada como a sua característica principal. Os metais e suas características não podem ser separados de considerar essa propriedade física uma das mais importantes para aplicações práticas.
Embora, como veremos, não seja a única razão do seu sucesso, a sua resistência à abrasão é extraordinária. A dureza é calculada usando uma amostra de entalhe de broca perfurada com um diamante de penetração pela norma ASTM B-294.
Os valores de dureza de Widia são expressos em termos de Rockwell “A” ou valores de Vickers. Na natureza, o único material mais duro do que esse tipo de metal é o diamante: somente o diamante é capaz de riscar o carbonato de carboneto. Prata e ouro, em comparação, são metais muito mais suaves. Essas são as características do metal duro.
Outra característica técnica que o distingue é a sua densidade. Esta propriedade é calculada utilizando as normas ASTM B311 . A densidade do carboneto cimentado varia de acordo com sua composição, uma vez que se trata de uma liga composta e, portanto, os seus gradientes constituintes têm densidades variáveis únicas.
A combinação desses materiais em diferentes proporções permite criar uma variação na densidade do metal do material resultante. Uma densidade de 14,5 g/cc é típica para uma mistura de 10% de cobalto. Esse valor tem o dobro da densidade do ferro 1040: um elemento a ser lembrado, especialmente quando o peso é um fator importante em uma aplicação prática.
A resistência mecânica do carboneto cimentado é geralmente determinada pelo método de resistência à ruptura
transversal, e não por um teste de tração, como é comumente feito para o aço.
Esse método é usado porque os materiais quebradiços são muito sensíveis ao desalinhamento dos testes de tração e defeitos na superfície, o que pode causar uma concentração de tensão e levar a resultados incorretos do teste.
A resistência à ruptura transversal é determinada colocando uma amostra padrão (para ASTM B-406, ISO 3327) entre dois suportes e carregando-a até o ponto de ruptura. O valor obtido é chamado de resistência de ruptura transversal ou resistência de coesão e é medido em relação ao peso que causou a ruptura.
Este teste detecta a carga na área única da unidade e é expresso em psi ou N/mm2, determinando uma das características técnicas mais importantes do metal duro. Como o carboneto cimentado possui uma gama de valores de fratura diferenciados pela existência de micro espaços vazios, característica de todos os materiais quebradiços, esse teste é realizado através da realização de vários testes: o valor de referência resultante é avaliado com base na média de todos os testes observado.
Os valores da resistência à ruptura transversal que aparecem nos gráficos de propriedades fornecidos pelos fabricantes refletem a resistência mecânica operada apenas para uma área específica.
Erroneamente, muitos engenheiros – mesmo aqueles que trabalham na indústria metalúrgica – consideram esse valor como um valor forte do modelo. Esses dados são usados para avaliar em que grau a liga deve funcionar em uma aplicação específica, esperando uma correspondência direta com esse valor.
Na realidade, esses resultados diminuem à medida que o tamanho da área em questão diminui: o valor da força do modelo deve ser calculado em relação ao seu tamanho real.
Outro fator que influencia as propriedades mecânicas do metal duro, em particular a resistência à ruptura transversal, é seu tamanho granular . Quanto mais o tamanho do granulado aumenta, mais a resistência à ruptura transversal e a resistência ao desgaste diminuem.
Este é um dos atributos técnicos mais importantes do metal duro. Os materiais dúcteis sob compressão simplesmente incham ou expandem sem fraturas, mas um material friável não sustentam esse tipo de teste para a ocorrência de fraturas por corte, mais do que para a compressão real.
O carboneto cimentado exibe um alto nível de resistência à força de compressão quando comparado com a maioria dos outros materiais e o valor aumenta à medida que o conteúdo da mistura e o tamanho do granulado diminuem.
Em relação ao tamanho do granulado e ao conteúdo da mistura, os valores entre 400K-900K psi (7kN / mm2) são típicos para o carboneto cimentado.
O metal duro revela uma resitência ao impacto surpreendente, especialmente em altas temperaturas, pois contém 25% de aglutinante de cobalto com uma estrutura granular grossa.
A ruptura transversal é frequentemente usada erroneamente como uma medida da resistência ao impacto quando, na verdade, a resistência à fratura é um indicador melhor da capacidade do metal duro de suportar qualquer choque ou impacto mecânico.
A resistência à fratura varia de acordo com o tamanho do granulado e o aglutinante contido.
Quando um material está sujeito a ciclos repedidos de flutuaçã, vários danos podem ocorrer. Esses problemas podem ocorrer, mesmo que o material sofra menos tensão do que poderia ter sofrido se a tensão de carga fosse constante.
As características técnicas do metal duro relacionadas à fadiga são avaliadas submetendo algumas amostras a um ciclo de tensão, calculando-se o número de ciclos que ocorrem até a ocorrência do dano. Várias grandes empresas realizaram esse tipo de teste sobre o carboneto cimentado e escreveram seus relatórios sobre os mesmos.
A empresa sueca Sandivik, por exemplo, verificou que a resistência à fadiga do carboneto cimentado em uma compressão de carga pode resultar entre 65% e 85% da força compressiva em 2 x 106 ciclos. A resistência à fadiga aumenta com a diminuição do tamanho do granulado de carboneto de tungstênio e com a diminuição do teor de aglutinante.
As partículas de carboneto de tungstênio são resistentes às substâncias mais corrosivas. Trata-se de um material de ligação que está sujeito a lixiviação na presença de uma solução ácida ou alcalina forte. O material aglutinante irá lixiviar da superfície do metal duro, deixando uma estrutura esquelética, que não tem suporte.
As partículas de carboneto serão raspadas muito rapidamente, expondo uma nova área da superfície que pode ser atacada. Quando o ligante está baixo, o esqueleto do carboneto é mais denso Um grau de ligante baixo apresenta uma combinação ligeiramente mais elevada de resistência ao desgaste e à corrosão do que aqueles com um grau de ligante mais elevado.
Essas partículas também são difíceis de desintegrar ou soldar e são usadas em aplicações específicas. Onde a resistência à corrosão e ao desgaste é uma necessidade indispensável e a resistência à força mecânica e ao choque térmico são muito importantes.
O carboneto exibe um coeficiente de expansão linear muito baixo. Cerca da metade do aço. Um metal duro com 8% de cobalto tem um coeficiente de dilatação linear de 5 * 10-6 / ° C num intervalo de temperatura de 20 para 400 ° C .
A condutividade térmica é aproximadamente o dobro do aço não ligado e um terço da do cobre. A capacidade térmica específica de um carboneto genérico é de cerca de 150-350 J/(Kg* °C), ou seja, cerca de metade da de um aço não ligado.
Propriedades elétricas e magnéticas
O carboneto tem uma baixa resistividade elétrica e uma resistividade de 20 µOcm. Como consequência da baixa resistividade, o carboneto é um bom condutor, com um valor de condutividade de cerca de 10% inferior ao do cobre.
Devido ao teor de cobalto ou níquel, o carboneto também exibe propriedades ferromagnéticas à temperatura ambiente. Portanto, a temperatura Curie está na faixa entre 950 e 1050 ° C , dependendo da composição do tipo.
A permeabilidade magnética é muito baixa e depende do teor de cobalto. Aumenta com o teor de cobalto. Um valor típico situa-se no intervalo de 2 a 12 quando o valor do vácuo é igual a 1.