O metal duro é um material compósito. Consiste em ligas feitas de materiais de elevada dureza, os chamados carbonetos, e um ligante metálico.

Tipicamente apresenta uma dureza muito elevada
e uma resistência excecionalmente
elevada ao desgaste.

Os metais duros são materiais compósitos sinterizados feitos de materiais de elevada dureza e um material ligante. Os metais duros são normalmente feitos com uma combinação de carboneto de tungsténio e cobalto (WC+Co). Além do Tungsténio (WC), são também utilizados Titânio (TiC), Tântalo (TaC), Crómio (CrC) ou outros carbonetos como materiais duros. O Cobalto (Co), Níquel (Ni), Ferro (Fe) e Níquel-Crómio (NiCr) são os mais utilizados como agentes ligantes.

Quando o químico Henri Moisson procurou uma forma de fazer diamantes sintéticos em 1894, a expressão "Wolframcarbide" (WC) foi amplamente divulgada. Cerca de 20 anos depois, os industriais Hugo Lohmann e Otto Voigtländer terminaram seu processo de produção de peças feitas de Wolframcarbide, que foram sinterizadas logo abaixo do ponto de fusão. Em 1914, eles patentearam o carboneto de tungsténio fundido, mas não conseguiram estabelecê-lo no mercado, principalmente devido à sua fragilidade. Isso só foi conseguido nove anos mais tarde, quando Karl Schröter e Heinrich Baumhauer desenvolveram o carboneto de tungsténio sinterizado. A Osram comprou a sua patente em 1923. O uso industrial começou em 1926 e isto foi o pontapé de saída. Krupp Hartmetall lançou com sucesso seu material chamado "Widia" - um nome que ele inventou e veio da palavra diamante em alemão ( “wie Diamant”) – no mercado. Na URSS, o carboneto de tungsténio foi desenvolvido sob o nome de "Pobedit", a partir de 1929, por uma empresa com o mesmo nome.

O material de metal duro mais utilizado é o Carboneto de Tungsténio (WC), que é um material de alto desempenho composto de tungsténio (volfrâmio) e carbono. A sua característica principal é a sua dureza, que é próxima à dureza de um diamante. O Carboneto de Tungsténio é obtido a partir dos minérios de tungsténio "volframite" e "scheelita". Estes são extraídos principalmente na China, Rússia, Canadá, Áustria e Portugal. O processo de fabricação é chamado de carburização, que é um processo de tratamento de metal que adiciona carbono a uma superfície metálica com baixo teor de carbono - aumentando assim a dureza do metal. As variedades de carbonetos de Wolframcarboneto-Cobalto são as mais importantes no mercado atual.

O principal ligante utilizado no metal duro é geralmente o cobalto, devido ao impacto positivo que tem no processo de sinterização. Se for desejada uma maior resistência à corrosão, o ligante níquel é o material de escolha. Os agentes ligantes mais comuns na produção atual dos metais duros são Cobalto (Co), Níquel (Ni), Ferro (Fe) e Níquel-Cromo (NiCr). Neste contexto, é importante lembrar que a dureza de uma peça de metal duro aumenta com a diminuição do conteúdo de agente ligante e a diminuição da granulometria.

O metal duro é extremamente multifacetado na sua aplicação. O material impressiona pela sua enorme versatilidade e oferece um grande número de vantagens e características que o tornam desejável para a sua utilização em múltiplas indústrias. Para a maioria dos clientes da DURIT, as três características a seguir são as mais importantes:

A produção de metal duro em poucas palavras: Um pó contendo carboneto de tungsténio e o ligante escolhido, é moído e misturado para atingir a composição desejada. Posteriormente, é seco. Os granulados resultantes são então prensados para atingirem a forma desejada. Para este processo, estão disponíveis diferentes métodos de prensagem direta e indireta. O aglomerado, também chamado de "compactado em verde", pode então ser processado mecanicamente. Finalmente, ocorre a sinterização da peça, que se realiza a temperaturas entre os 1.300 °C e os 1.500 °C.

O termo tecnicamente correto para o aglomerado em pó, que tem uma estrutura semelhante ao giz, é "compactado em verde". O compactado em verde já apresenta todas as características geométricas da peça final. Durante o processo de sinterização, a porosidade e o volume são consideravelmente reduzidos.

A sinterização é um processo térmico em condições anaeróbias. Na produção de metais duros, este processo incorpora firmemente os carbonetos de tungsténio numa matriz de ligação. Para este fim, o ligante no compactado em verde é aquecido até a sua fase líquida. Em seguida, ele preenche os espaços intersticiais e envolve os carburetos. O processo de sinterização HIP inclui uma injeção de árgon a alta pressão após atingir a fase líquida. Isto fornece ao metal duro uma densidade adicional e garante uma estrutura homogénea e não porosa.

O termo "peça em bruto" ou "metal duro em bruto" refere-se a uma peça de trabalho que necessita de um processamento posterior. Na produção de metal duro, a peça em bruto é a peça que emerge do processo de sinterização. Para que a mistura em pó se torne numa peça em bruto de metal duro, deve ser prensada num molde. É bom saber: As peças em bruto da DURIT apresentam MUITO poucos excessos para retificação - perfeitamente adaptadas para processamentos futuros.

Os metais duros não são criados iguais. O tempo de produção de uma ferramenta ou componente de metal duro ou peça de metal duro depende em muito do seu tamanho, das geometrias desejadas, assim como da qualidade. Portanto, o tempo de produção não pode ser definido de um modo geral - ele é diferente e determinado para cada peça individualmente.

Que qualidades de metal duro são usadas e onde? Lembre-se: dependendo da composição e da estrutura, o metal duro tem propriedades muito diferentes. Podem ser divididos fundamentalmente em DOIS TIPOS.

» GD
Os metais duros para tecnologia de conformação, desgaste e proteção contra a corrosão.

» BD
Os metais duros para tecnologias de conformação e mineração.

Os metais duros apresentam propriedades ÚNICAS completamente diferentes para atingir uma grande variedade de objetivos. Eles podem ser fundamentalmente diferentes dependendo do material ligante, do conteúdo do ligante e da granulometria.

É o equilíbrio entre dureza, resistência ao desgaste e tenacidade que torna o metal duro tão especial. As suas caraterísticas são determinadas pela composição. Um fator decisivo é a seleção da granulometria. Isso significa: Quanto mais fina a granulometria, maior é a dureza e a resistência ao desgaste.

» GRANULOMETRIA NANO-FINA < 0,2 µm
» GRANULOMETRIA ULTRA FINA 0,2 - 0,5 µm
» GRANULOMETRIA MICRO 0,5 - 0,8 µm
» GRANULOMETRIA FINA 0,8 - 1,3 µm
» GRANULOMETRIA MÉDIA 1,3 - 2,5 µm
» GRANULOMETRIA GROSSA 2,5 - 6,0 µm
» GRANULOMETRIA EXTRA GROSSA > 6,0 µm

O metal duro é incrivelmente versátil. Ele pode ser combinado com muitos materiais diferentes. Pode ser soldado, embutido, colado, aparafusado ou por fixação mecânica. Uma grande variedade de materiais metálicos podem ser utilizados.

Como se pode combinar o metal duro com outros materiais ou produtos? A escolha da opção de fixação mais útil depende fundamentalmente da aplicação da respetiva peça de trabalho. O metal duro oferece inúmeras opções: por exemplo, brasagem, colagem, interferência, fundição ou fixação mecânica.

O metal duro pode ser brasado a componentes de aço adequados. Certifique-se de que o projeto do componente de metal duro inclui uma estrutura adequada para a brasagem. Deve-se também ter em conta que a expansão térmica do metal duro é cerca de metade da expansão térmica do aço.

Antes de colar o metal duro, a superfície de adesão deve ser tratada e tornada áspera por meios mecânicos. As colas que utilizamos apresentam uma alta estabilidade térmica até 200°C. Os materiais podem ser colados facilmente. Em muitos casos, a colagem é uma boa alternativa à brasagem. No entanto, a temperaturas mais elevadas, a brasagem é a única opção.

O embutimento é o método de fixação perfeito para ferramentas cilíndricas muito utilizadas na tecnologia de conformação. O suporte de aço é aquecido a 450°C para expandir e, posteriormente, o núcleo de metal duro é inserido.

As peças de aço fundido podem ser fixadas diretamente a peças de metal duro que têm cobalto na sua composição através de um método de fundição específico. Neste processo, é gerada uma ligação metalúrgica entre o metal duro e o aço fundido - com excelente adesão.

Os componentes de metal duro podem ser facilmente aparafusados. Sempre que possível deve-se optar por roscar o componente de suporte do metal duro. Quando isso não é possível, opta-se por roscar diretamente no metal duro, no entanto deve-se ter em conta que algumas qualidades de metal duro não permitem roscagem.

Normalmente analisa-se a precisão em duas situações: no estado bruto de sinterização e no estado acabado (maquinado depois de sinterizado).

No estado de bruto de sinterização, conseguem-se cumprir tolerâncias da ordem de 0.1mm (um décimo de milímetro).

Se a peça for maquinada após sinterização, consegue-se cumprir tolerâncias da ordem dos 3µm (3 milésimas de milímetro).

A dureza do metal duro é indicada normalmente na escala de Vickers por toda a Europa. O método de Vickers é um teste de dureza estático. Fundada em 1828, a Vickers Limited foi um importante fabricante britânico de máquinas e fornecedor de equipamento militar. Nos Estados Unidos, o teste Rockwell (HRA) é o preferido. O metal duro realmente oferece uma ampla gama de dureza disponível. Ele varia de qualidades "macias" com uma dureza de 770 HV30 até qualidades altamente resistentes ao desgaste com uma dureza superior a 2.000 HV30.

A oxidação pode certamente ocorrer na superfície de qualquer metal duro com o cobalto como ligante. Esta ocorrência não é de forma alguma comparável com a corrosão que encontramos no aço, por exemplo. O motivo: a estrutura do material não é destruída de forma alguma.

A pergunta se o metal duro é condutor de eletricidade pode ser respondida com um retumbante "sim". Devido ao seu teor de carboneto de tungsténio, o metal duro é, de facto, um muito bom condutor. A resistência média é de 20 µΩ/cm.

Sim. Ao usar cobalto como ligante, os metais duros herdam essa propriedade magnética. Um método específico de sinterização, aliado à utilização de Niquel como ligante, pode reduzir muito as propriedades magnéticas dos metais duros.

Os metais duros podem ser revestidos usando processos PVD ou CVD. O método PVD com baixas temperaturas de revestimento por volta de 450°C é preferível ao método CVD com temperaturas de revestimento de 900-1.100°C. O Metal Duro é frequentemente utilizado como base para revestimentos uma vez que apresenta uma elevada resistência à pressão e evita, assim, um efeito de casca de ovo, quando é aplicado o revestimento.