Obtención y caracterización termomecánica de laminados Cermet / Metal duro y Metal duro / Metal duro

Abstract

Los metales duros, como el WC-Co, y los cermets son materiales ampliamente utilizados en la fabricación de herramientas. Sin embargo, los WC-Co tienden a experimentar una disminución en sus propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, mientras que la fragilidad inherente de los cermets limita su aplicabilidad en estas condiciones. Para abordar estos desafíos, se ha propuesto el uso de materiales con función gradiente y laminados como posibles soluciones. En este estudio, se han desarrollado diferentes diseños de laminados, incluyendo combinaciones de WC-Co/WC-Co y cermet/WC-Co, con el objetivo de lograr equilibrios óptimos en términos de comportamiento tribo-mecánico y termo-mecánico. Se ha llevado a cabo una exhaustiva caracterización tanto macroestructural, evaluando la homogeneidad e integridad estructural de las capas, como microestructural, abordando aspectos como la composición química, análisis de fases y fenómenos de difusión en las interfaces. La caracterización ha comprendido pruebas de resistencia a la flexión, tenacidad de fractura y resistencia al rayado. Los resultados se han analizado en el contexto de la mecánica de la fractura elástica lineal, considerando los mecanismos de mejora de la tenacidad, como el desvío y la bifurcación de las grietas. Además, se ha observado la presencia de un umbral de resistencia mecánica, el cual está asociado a la distribución de tensiones de compresión y tracción en los laminados diseñados y fabricados en este estudio. Este trabajo contribuye al entendimiento de los laminados como alternativas prometedoras en el campo de los materiales para herramientas, destacando su potencial para superar las limitaciones inherentes a los materiales convencionales en aplicaciones de alta temperatura y exigencias mecánicas intensas.

Hard metals (WC-Co) and cermets are widely used as tool materials. However, WC-Co exhibits mechanical property losses at elevated temperatures, while the high fragility of the latter compromises their use in such applications. The use of functionally graded materials and laminates is considered a potential solution. In this study, different types of laminate designs (WC-Co/WC-Co and cermet/WC-Co) are fabricated to achieve desired tribomechanical and thermomechanical behavior equilibria. Macrostructural characterization (homogeneity and structural integrity of the layers) and microstructural characterization (chemical composition, phase analysis, and interfacial diffusion phenomena) are conducted. Mechanical characterization includes flexural strength, fracture toughness, and scratch resistance. Results are discussed within the framework of linear elastic fracture mechanics, mechanisms for toughness enhancement (crack deflection and bifurcation), and the presence of a mechanical strength threshold associated with the distribution of compressive and tensile stresses in the laminates designed and manufactured in this study. This work significantly contributes to the understanding of laminates as promising alternatives in the field of tool materials, highlighting their potential to overcome inherent limitations of conventional materials in high-temperature and high-demand mechanical applications.