METAL DURO – O QUE É NA VERDADE?

É mais do que um simples material.

O Metal Duro pertence aos materiais compósitos. Na verdade, consiste em ligas feitas de materiais metálicos duros - os chamados carbonetos - e um metal ligante.
Tipicamente apresenta uma elevada dureza e uma resistência excepcionalmente elevada ao desgaste.

 

METAL DURO – COMO É COMPOSTO?

O Metal Duro é habitualmente composto por CARBONETO DE TUNGSTÉNIO E COBALTO (WC+Co). Adicionalmente, podem ser incluídos compostos como o titânio (TiC), tântalo (TaC), crómio (CrC) ou outros carbonetos. O cobalto (Co), níquel (Ni), ferro (Fe) e níquel-crómio (NiCr) são os agentes ligantes mais utilizados.

 

METAL DURO – QUEM INVENTOU?

Em 1914, surgiram os primeiros desenvolvimentos no que diz respeito ao Metal Duro pela mão de Lohman e Voigtlaender. Contudo, na fase inicial não conseguiram vingar no mercado devido à alta fragilidade do material. Apenas nove anos depois, com o desenvolvimento do Metal Duro sinterizado por Karl Schroeter e Heinrich Baumhauer, foi possível a implementação a nível industrial. Esta patente foi imediatamente adquirida pela Osram em 1923. Em 1926  consolidou-se a utilização do Metal Duro, tendo a Krupp Hartmetall um papel preponderante e que passou a desiginar este material Widia. A partir de 1929, o Metal Duro passou também a ser designado como Pobedit, por uma do mesmo nome da ex URSS.

 

METAL DURO - TUNGSTÉNIO?

Devido à sua elevada dureza, o Metal Duro é muitas vezes comparado ao diamante. É composto pelos mineiros mais ricos em tungsténio VOLFRAMITE e SCHEELITA. Estes são extraídos principalmente na China, Rússia, Canadá, Áustria e Portugal. A preparação do Metal Duro é feita recorrendo a dois elementos: pó de tungstênio e carbono, resultando no principal composto que é o carboneto de tungsténio (WC). Este processo é chamado de  CARBURIZAÇÃO. Este consiste na adição de carbono à superfície de metais com baixo teor de carbono, resultando no aumento da dureza do metal.

 

É UMA QUESTÃO DE LIGANTE? É VERDADE!

O LIGANTE MAIS UTILIZADO É O COBALTO, pois tem um impacto positivo no processo de sinterização. Se for pretendido um aumento da resistência à corrosão, recorrer ao níquel enquanto ligante é a escolha acertada. De uma forma geral, os agentes ligantes mais comuns na produção de metal duro são o cobalto (Co), níquel (Ni), ferro (Fe) e o níquel-crómio (NiCr).

 

UM MATERIAL, INÚMERAS VANTAGENS – É O QUE O METAL DURO OFERECE!

O Metal Duro é altamente versátil e proporciona diversas vantagens. Para a maioria dos clientes da DURIT, os aspectos mais importantes são os seguintes:

RESISTÊNCIA AO DESGASTE

Em numerosos processos industriais, há efeitos abrasivos entre diferentes materiais, o que resulta no desgaste precoce de um dos dois materiais. O Metal Duro oferece - devido à sua versatilidade - possibilidades ideais para reduzir o desgaste.

DUREZA

A escala de dureza é determinada pelo método de Vickers. O grau de dureza de um componente de Metal Duro aumenta com o teor de ligante e diminui com o tamanho do grão.

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Em comparação com outros materiais, o Metal Duro é caracterizado por uma elevada resistência à compressão. Esta aumenta com o teor de ligante e diminui com o tamanho do grão. Estes graus de Metal Duro com um tamanho de grão baixo e um baixo teor de ligante atingem uma resistência à pressão de aproximadamente 7.000 N/mm².

 

PRODUZIR METAL DURO, RESUMIDAMENTE: É FEITO DESTA FORMA!

O pó, composto por carboneto de tungsténio e o ligante selecionado, é MISTURADO E PULVERIZADO na composição desejada, sendo posteriormente  SECO. Os grãos resultantes são PRENSADOS na sua forma inicial. Neste processo, recorrem-se a diferentes métodos de prensagem direta ou indirecta. O compactado está então pronto para a sua  MAQUINAÇÃO em verde. Finalmente, ocorre a SINTERIZAÇÃO, que se realiza a temperaturas entre os 1,300 e os 1,500 °C.

 

PÓ, PRENSAGEM, COMPACTAÇÃO EM VERDE – QUAL O REAL SIGNIFICADO?

O subproduto prensado é tecnicamente chamado de 
COMPACTADO EM VERDE. Durante o processo de sinterização, a porosidade e o volume são consideravelmente reduzidos.

 

SINTERIZAÇÃO – UM PROCESSO A ELEVADAS TEMPERATURAS.

A sinterização é um tratamento térmico de densificação de componentes de metal duro (e de outros produzidos pela via pulverometalúrgica). Este processo decorre a alta temperatura (1300-1500ºC), em vácuo, representando uma fase crítica na obtenção de ferramentas de metal duro de elevada resistência. A sinterização do carboneto de tungsténio (componente primário das ferramentas de metal duro) é possibilitada pela existência de teores variáveis de cobalto, níquel ou de outros elementos metálicos. Estes formam uma fase líquida a alta temperatura possibilitando a eliminação da porosidade existente devido ao processo de conformação dos pós.

O processo de sinterização sinterHIP é uma evolução do processo tradicional, em que a sinterização é auxiliada pela introdução de uma pressão de gás inerte no forno durante a formação da fase líquida, mantendo os componentes sob um pressão gasosa isostática e contribuindo para uma melhor densificação e resistência mecânica.
A sinterização pela tecnologia sinterHIP é um processo de referência do ciclo produtivo da DURIT.

 

PEÇAS EM BRUTO OU SEMIACABADAS – DESTINADAS A FUTUROS PROCESSAMENTOS

As peças em bruto ou semiacabadas são, em boa parte, para posterior rectificação. Na produção de Metal Duro, designa-se por peça em bruto o produto resultante diretamente do processo de sinterização. É bom saber: AS PEÇAS EM BRUTO OU SEMIACABADAS PRODUZIDAS NA DURIT APRESENTAM POUCOS EXCESSOS PARA RETIFICAÇÃO – PERFEITAMENTE ADAPTADAS PARA PROCESSAMENTOS FUTUROS.

 

O ACABAMENTO DE METAL DURO É DEMORADO?

O processo produtivo de Metal Duro varia de peça para peça. O tempo de produção depende de diversos fatores: tamanho, geometria e qualidade desejada. Desta forma, não é possível determinar referências genéricas para tempos produtivos – é definido INDIVIDUALMENTE PARA CADA COMPONENTE.

 

QUAL O GRAU DE METAL DURO ADEQUADO PARA CADA APLICAÇÃO?

Dependendo da sua composição e microestrutura, o Metal Duro apresenta diferentes propriedades. Resumidamente existem TRÊS CLASSES.

» GD

Metal Duro para conformação, desgaste e corrosão.

» BD

Metal Duro para conformação e tecnologias de mineração.

» KD

Metal Duro para tecnologias de corte de chapa.

 

LIGANTE, TEOR DE LIGANTE, TAMANHO DE GRÃO – A COMBINAÇÃO QUE FAZ A DIFERENÇA!

Geralmente, os componentes em Metal Duro são produzidos  INDIVIDUALMENTE para requisitos altamente especifcios. Como tal, obtém-se diferentes propriedades em função da composição selecionada, alcançando a melhor fórmula para cada aplicação. Fundamentalmente, os graus diferem quanto ao ligante, teor de ligante e tamanho de grão.

 

TAMANHOS DE GRÃO – DO GRÃO NANOMÉTRICO AO GRÃO GROSSO.

É o equilíbrio entre dureza, resistência ao desgaste e tenacidade que torna o Metal Duro tão especial. As suas caraterísticas são determinadas pela composição. Modificando a micro e macroestruturas, podem-se satisfazer ou reforçar certas propriedades. A sua classificação é a seguinte: 

QUANTO MAIS FINO O GRÃO, MAIOR A SUA DUREZA E RESISTÊNCIA AO DESGASTE.

» NANO GRÃO FINO < 0,2 µm

» ULTRA GRÃO FINO 0,2 – 0,5 µm

» MICRO GRÃO 0,5 – 0,8 µm

» GRÃO FINO 0,8 – 1,3 µm

» GRÃO MÉDIO 1,3 – 2,5 µm

» GRÃO GROSSO 2,5 – 6,0 µm

» GRÃO EXTRA GROSSO > 6,0 µm

 

O QUE FAZ A MELHOR COMBINAÇÃO? QUE MATERIAIS PODEM SER LIGADOS AO METAL DURO?

O Metal Duro pode ser trabalhado de DIVERSAS FORMAS. Este material pode ser brasado, embutido a quente e a frio, colado ou fixado mecanicamente. Desta forma, o metal duro pode ser combinado com diversos materiais: juntamente a plásticos adequados, todos os materiais e ligas metálicas podem ser aplicados.

 

QUAIS AS POSSIBILIDADES DE LIGAÇÃO?

A escolha da forma de ligação mais adequada prende-se com a aplicação específica de cada peça. O Metal Duro oferece  VÁRIAS OPÇÕES: incluíndo brasagem, colagem, embutimento, fundição ou fixação mecânica.

 

BRASAR METAL DURO

O Metal Duro pode ser brasado a components de aço adequado para o efeito. Deve-se avaliar a geometria da brasagem dos componentes de metal duro, sendo necessário ter em conta que A EXPANSÃO TÉRMICA DO METAL DURO É CERCA DE METADE comparativamente ao aço.

 

COLAR METAL DURO

Antes de efetuar a colagem do Metal Duro, as superficies de colagem devem ser preparadas, garantindo uma limpeza adequada. As colas utilizadas na DURIT possuem uma ESTABILIDADE TÉRMICA ELEVADA ATÉ 200°C. O Metal Duro pode ser facilmente colado. Em muitos casos, a colagem é uma boa alternativa à brasagem. No entanto, para temperaturas mais elevadas a brasagem é a única alternativa.

 

EMBUTIR METAL DURO

O embutimento a quente é o  MÉTODO DE LIGAÇÃO PERFEITO PARA FERRAMENTAS CILÍNDRICAS para tecnologias de conformação. A carcaça de aço é aquecida até 450°C e consequentemente inserido o núcleo de metal duro.

 

FUNDIÇÃO COM METAL DURO

Ferramentas obtidas por fundição podem ser ligadas diretamente a componentes de Metal Duro através de um método específico de fundição do mesmo. Neste processo, é gerada uma ligação metalúrgica entre aço/ferro fundido e o Metal Duro – obtendo UMA EXCELENTE ADESÃO.

 

FIXAÇÃO MECÂNICA DE METAL DURO

Componentes em Metal Duro podem ser  facilmente fixados. O fio da rosca (filete) deve ser já considerado no processo inical da peça. É importante considerar que a realização dos fios da rosca no Metal Duro sinterizado é normalmente muito complexo.

 

QUÃO PRECISO PODE SER O ACABAMENTO DO METAL DURO?

O grau de PRECISÃO do acabamento do Metal Duro depende da geometria da peça. Em alguns casos, a produção de componentes de geometria complexa só é economicamente viável quando trabalhados em verde (antes de sinterizar, enquanto pó compactado). Devido à contração do Metal Duro após o processo de sinterização, obtém-se uma precisão dimensional máxima de 0,1mm. Para formas circulares ou geometrias simples conseguem-se obter tolerâncias bem mais apertadas, chegando aos 3 µm.

 

DURO, MUITO DURO, ISTO É, QUAL A DUREZA QUE O METAL DURO PODE TER!

Na Europa a dureza do Metal Duro é frequentemente medida em Vickers (HV30), enquanto nos EUA a escala Rockwell A (HRA) é mais utilizada. O Metal Duro apresenta MÚLTIPLOS NÍVEIS DE DUREZA DISPONÍVEIS. Desde graus mais macios, com durezas na ordem dos 750 HV30, até graus altamente resistentes ao desgaste que atingem valores superiors a 2000 HV30. Durissimo 

 

O METAL DURO CORRÓI – MAS APENAS À SUPERFÍCIE.

O Metal Duro praticamente NÃO É SUSCEPTÍVEL À CORROSÃO. Na verdade, começa a corroer após algum tempo de trabalho, mas apenas à superfície. Por exemplo, o teor de cobalto de um grau que recorre a este ligante pode ser exposto a oxidação na superfície. Apesar disto a estrutura base do material não é destruída como nos aços.

 

O METAL DURO É CONDUTOR ELÉTRICO?

Devido ao teor de carboneto de tungsténio, o Metal Duro é um EXCELENTE CONDUTOR ELÉTRICO. A resistividade elétrica média é de 20 µΩ/cm.

 

O METAL DURO É MAGNÉTICO?

As PROPRIEDADES MAGNÉTICAS do Metal Duro são condicionadas pelo teor dos principais materiais ligantes: cobalto e níquel. Um método específico de sinterização pode REDUZIR SIGNIFICATIVAMENTE A MAGNETIZAÇÃO de graus de Metal Duro com níquel.

 

É POSSÍVEL REVESTIR O METAL DURO?

O METAL DURO PODE SER REVESTIDO ATRAVÉS DAS TECNOLOGIAS PVD E CVD. Os revestimentos de PVD com baixas temperatura de revestimento que rondam os 450°C são preferíveis comparativamente a revestimentos CVD que atingem temperaturas na gama dos 900°-1100°C. O Metal Duro é frequentemente utilizado como base para revestimentos uma vez que apresenta uma elevada resistência à compressão e evita, assim, um efeito de casca de ovo, quando se utiliza componentes revestidos.