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Campo DC Valor Lengua/Idioma
dc.contributor.advisorSanchez-Moreno, J.M. (José Manuel)-
dc.creatorLópez Ezquerra, M.B.(Maria Belén)-
dc.date.accessioned2019-01-10T15:10:11Z-
dc.date.available2019-01-10T15:10:11Z-
dc.date.issued2018-11-
dc.date.submitted2018-11-23-
dc.identifier.citationLOPEZ, Maria Belén."Sinterización y propiedades termomecánicas de carburos cementados para aplicaciones a alta temperatura" Sanchez Moreno, J.M. Tesis doctoral. Universidad de Navarra, 2018es_ES
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10171/56309-
dc.description.abstractLa presente tesis se centra en el estudio de la sinterización de aleaciones de metal duro con potencial uso a elevadas temperaturas (hasta 700ºC). Estos materiales tienen como componente principal granos de carburo de wolframio (WC) ligados por una matriz metálica fundamentalmente constituida por cobalto (Co). Dada la baja resistencia a la oxidación y a la corrosión del sistema WC-Co, los grados que nos ocupan contienen además otros carburos (comúnmente TiC, TaC, NbC) y, en algunos casos, Ni y Cr como aleantes del cobalto. Se ha partido del sistema WC-Co-Cr3C2 (utilizado en una gran variedad de aplicaciones) y se ha modificado siguiendo dos rutas alternativas. En la primera, se ha incorporado carburo de circonio (ZrC), el cual está mucho menos estudiado que los citados anteriormente. En la segunda, se ha investigado la incorporación de Ni a la fase matriz. El aspecto más novedoso ha consistido en investigar los efectos de la adición de aluminio (Al) a los dos tipos de aleaciones. Hasta la fecha, dicha aleación se ha realizado mediante compuestos como el nitruro de aluminio (AlN) o el carburo mixto de aluminio y titanio (Ti2AlC). En esta tesis se ha realizado mediante el intermetálico TiAl3, con mayor concentración de aluminio, lo que permite un mayor grado de aleación con menor adición de precursor. En ambos sistemas se han investigado aleaciones con alto y bajo contenido metálico (37 y 12% en volumen) que cubren dos campos de aplicación claramente diferenciados: la deformación de metales y el arranque de viruta. A continuación, se resumen los resultados más relevantes: Sistema WC-Co-ZrC-Cr3C2-(TiAl3) El efecto de la adición del intermetálico TiAl3 se ha investigado en primer lugar en aleaciones con elevado contenido metálico (24% en peso). Se han realizado dos tipos de ciclos: en argón (1 atm) y en vacío. Los primeros corresponden a los análisis de dilatometría y calorimetría y los segundos se han realizado en condiciones próximas a las aplicadas a escala industrial. En los ciclos realizados en argón se ha comprobado que la adición de TiAl3 no modifica sustancialmente la cinética de contracción, aunque aumenta la temperatura de formación de fase líquida. En los ciclos realizados en vacío, se observa que dichas adiciones reducen la sinterabilidad del sistema WC-Co-ZrC-Cr3C2 requiriendo superiores temperaturas de sinterizado para llegar a niveles adecuados de densidad. Los análisis de C y O correspondientes a las muestras sinterizadas en vacío han confirmado que la reducción de óxidos es fundamentalmente de naturaleza carbotérmica. Sin embargo, una característica propia de estas composiciones es la presencia de óxidos precipitados que se encuentran principalmente en la matriz metálica. Estos óxidos son ricos en Al en las muestras con adición de TiAl3 y ricos en Zr en las muestras sin dicha adición. Esto indica que la reducción de óxidos también se da por reacción directa entre dichos óxidos y las partículas de ZrC o de TiAl3. Otro aspecto a resaltar es que, tanto las adiciones de ZrC como las de TiAl3, inhiben el crecimiento de grano de la fase WC. En ambos casos, esto se asocia a la formación de granos de fase  (en sus variantes (Zrx,W1-x)C o (Tix,W1-x)C). En el caso de la adición de TiAl3, existe una contribución adicional al control del crecimiento de grano de WC por la aleación de la fase metálica con Al que limita los procesos de disolución y reprecipitación de la fase WC. Se ha observado que, tanto las cinéticas de crecimiento de grano como el control del contenido en elementos intersticiales, dependen críticamente de las condiciones de molienda. Al reducir la energía de molienda, el tamaño de grano de WC es más homogéneo y se reduce sustancialmente la precipitación de óxidos en la fase matriz. Como era de esperar, al reducir el contenido metálico en las aleaciones WC-Co- ZrC-Cr3C2 (del 24 al 8% en peso) aumenta significativamente la porosidad residual, requiriendo en todos los casos la aplicación de ciclos de compresión isostática en caliente (HIP) para su eliminación. Este problema disminuye al aumentar la proporción WC/ZrC en las mezclas de polvos. En estos materiales se observa que la sinterabilidad mejora al reducir la fracción en volumen de la fase  ((Zrx, W1-x)C), lo que indica que esta fase presenta malas propiedades de mojado en contacto con la fase líquida en comparación con el carburo de wolframio. Sin embargo, también se acelera el crecimiento de grano de la fase WC. La dureza en estos materiales depende tanto de la presencia de porosidad como del tamaño de grano de WC. Se ha comprobado que existe una fracción de WC/ZrC a partir de la cual se pierde dureza al aplicar el ciclo de HIP, aunque se elimine completamente la porosidad. La adición de TiAl3 en estos materiales con bajo contenido metálico reduce de forma drástica la sinterabilidad, siendo imposible la eliminación de la porosidad incluso mediante la aplicación de ciclos de HIP. Otro fenómeno investigado es la generación de gradientes microestructurales en la superficie de las muestras tras el tratamiento HIP. Se cree que la fuerza impulsora para este fenómeno es la formación del óxido de circonio, lo que depende de la actividad de oxígeno en la atmósfera empleada en dicho tratamiento. Aparte de la migración de Zr hacia el exterior, se observa la migración del cobalto hacia el interior, quizá debida a la falta de mojado de la fase líquida sobre dicho óxido de circonio Respecto a las propiedades mecánicas a elevada temperatura, se ha comprobado que la adición de ZrC aumenta la dureza en caliente en torno a un 11% a 500ºC respecto a la aleación de referencia WC-6% en peso Co. Dicha diferencia disminuye al 6% a 700ºC. No se han encontrado diferencias sustanciales entre las durezas de muestras con adiciones muy diferentes de ZrC (entre el 14,2% y el 5% en peso). Esto indica que este endurecimiento no sólo depende de la fracción de fase  formada. También son prometedores los resultados obtenidos en los ensayos de choque térmico, confirmándose que las aleaciones WC-Co-ZrC-Cr3C2 no pierden resistencia a la flexión tras 10 temples en agua desde 700ºC. Esto es importante si se considera que las muestras de referencia sin adición de ZrC pierden un 20% de la resistencia nominal. Composiciones basadas en WC-Co-Ni-Cr3C2-(TiAl3) Como se apuntó al inicio, en este caso las adiciones de TiAl3 se investigaron por su potencial para aumentar la resistencia en caliente de la fase ligante en estos carburos cementados mediante la precipitación de fases tipo ' en la matriz base Co-Ni. Al igual que en el caso anterior, se comenzó con los estudios de sinterabilidad, confirmándose que la adición de TiAl3 también reduce la sinterabilidad del sistema de referencia WC-Co-Ni-Cr3C2. La fuerte inhibición del crecimiento de grano de WC indica que este modo de alear afecta a los procesos de solución y reprecipitación de la fase WC y, probablemente también, a la distribución de la fase líquida durante la sinterización. Microestructuralmente, el resultado más relevante es la precipitación de fase ’ (Ni3Al) en la matriz de estos carburos cementados. Tanto la fracción en volumen de dicha fase, como el tamaño medio de los precipitados son proporcionales a la cantidad de TiAl3 adicionada. En estas aleaciones se produce un aumento sustancial de dureza (medida a temperatura ambiente) fundamentalmente debido a la reducción del crecimiento de grano. Dada la sensibilidad del intermetálico TiAl3 a la oxidación durante el proceso de molienda de polvos, se considera que esta etapa es crítica para controlar el proceso de precipitación de fase WC. También en este caso se han empleado ciclos de compresión isostática en caliente (HIP) para la eliminación de la porosidad residual en estas composiciones. En estos materiales se ha investigado la evolución de la dureza y el crecimiento de grano respecto a los obtenidos tras la sinterización en vacío a distintas temperaturas. Se ha comprobado que existe una cantidad de TiAl3 mínima a partir de la cual se controla el crecimiento de grano tras el tratamietno HIP, lo que, evidentemente, se refleja en un aumento de dureza. Finalmente, se ha comprobado que las aleaciones WC-Co-Ni-Cr3C2-(TiAl3) son sensibles a la aplicación de tratamientos de solución y reprecipitación. Las temperaturas elegidas para estos ensayos han sido las aplicadas típicamente a las superaleaciones base Ni (1150ºC-2 horas para el de solución y 600ºC-10 horas para el de precipitación). Se ha comprobado que, tras dichos tratamientos, el contenido de Al en la fase matriz sube ligeramente respecto al de los materiales obtenidos por sinterización en vacío seguida de compresión isostática en caliente (VS+HIP). También se observa que se reduce sustancialmente el tamaño medio de los precipitados y se estrecha su distribución de tamaños, es decir, se obtiene una precipitación más homogénea.es_ES
dc.language.isospaes_ES
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccesses_ES
dc.subjectMetal duro.es_ES
dc.subjectAlta temperatura.es_ES
dc.subjectSinterización.es_ES
dc.titleSinterización y propiedades termomecánicas de carburos cementados para aplicaciones a alta temperatura.es_ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesises_ES

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