Estimación del límite de fatiga de carburos cementados WC-Co en el marco de la mecánica de la fractura elástica lineal

Abstract

En este trabajo se investiga el comportamiento a fractura y fatiga de dos grados de carburos cementados WC-Co con distintos contenidos de fase ligante y tamaño de carburo medio. La caracterización mecánica incluye la evaluación de la resistencia a flexión, la tenacidad de fractura, el límite de fatiga y la cinética de propagación de grietas grandes por fatiga (PGGF) para relaciones de carga diferentes. Se propone un enfoque basado en la mecánica de la fractura elástica lineal con el objetivo de evaluar la relación existente entre la vida a fatiga y la PGGF. El análisis se concentra en la correlación límite de fatiga–umbral de propagación de grietas para condiciones de vida a fatiga infinita. Así, se estima el límite de fatiga asociado con defectos naturales a partir del umbral de propagación experimentalmente determinado para grietas grandes, asumiendo que: (1) existe similitud en el comportamiento a fatiga de fisuras grandes y pequeñas, y (2) los defectos críticos bajo cargas monotónicas y cíclicas son los mismos. La fiabilidad de este enfoque para evaluar condiciones límites bajo solicitaciones cíclicas se sustenta en la concordancia satisfactoria observada para los valores del límite de fatiga estimados y los experimentalmente determinados para las distintas razones de carga investigadas.

The fracture and fatigue behavior of two microstructurally different hardmetals (WC-Co cemented carbides) is investigated. Mechanical characterization includes flexural strength and fracture toughness as well as fatigue limit and fatigue crack growth (FCG) behavior under monotonic and cyclic loads respectively. Considering that fatigue lifetime of cemented carbides is given by subcritical crack growth of preexisting defects, a linear elastic fracture mechanics approach is attempted to assess fatigue life - FCG relationships for these materials. It concentrates on addressing the fatigue limit - FCG threshold correlation under infinite fatigue life conditions. Thus, the fatigue limit associated with natural flaws is estimated from FCG threshold experimentally determined for large cracks under the assumptions that (1) similitude on the FCG behavior of small and large cracks applies for cemented carbides, and (2) critical flaws are the same, in terms of nature, geometry and size, under monotonic and cyclic loading. The reliability of this fatigue mechanics approach is sustained through the satisfactory agreement observed between estimated and experimentally determined values for the fatigue limit under the different load ratios investigated.