¿Qué es el metal duro y para qué sirve?

¿Qué es la metal durootro nombre para el metal duro es carburo de cemento. Como importante material de ingeniería, el metal duro se ha utilizado ampliamente en el procesamiento mecánico, la minería, la industria aeroespacial y otros campos debido a su excelente dureza, resistencia al desgaste y estabilidad a altas temperaturas. En este artículo se analizan en detalle la composición, el proceso de preparación, la microestructura, las propiedades mecánicas y la aplicación del metal duro, con el fin de proporcionar una referencia a los investigadores y técnicos de ingeniería en campos relacionados.

1.Introducción El metal duro es un material compuesto hecho de carburos metálicos refractarios (tales como carburo de tungsteno WC, carburo de titanio TiC, etc.) y metales de enlace (como cobalto Co, níquel Ni, etc.) mediante pulvimetalurgia. Desde su aparición en la década de 1920, el metal duro se ha convertido rápidamente en un foco de investigación en el campo de la ciencia y la ingeniería de materiales debido a sus excelentes propiedades mecánicas y a sus amplias perspectivas de aplicación.

2. Composición y clasificación del metal duro 

2.1 Composición El metal duro se compone principalmente de dos partes: Fase dura: normalmente carburos metálicos refractarios como carburo wolframio (WC), carburo de titanio (TiC), carburo de tántalo (TaC), etc. Estos carburos poseen una dureza y una resistencia al desgaste extremadamente elevadas y constituyen la principal fase portante del Hardmetal. Fase aglutinante: suelen ser metales como el cobalto (Co) y el níquel (Ni). La función de la fase aglutinante es unir las partículas de la fase dura y proporcionar cierta tenacidad y resistencia al impacto.

2.2 Clasificación Según la diferencia entre la fase dura y la fase aglutinante, el Hardmetal puede dividirse en las siguientes categorías: Metal duro WC-Co: Este es el tipo más común de Hardmetal, ampliamente utilizado en herramientas de corte, moldes y piezas resistentes al desgaste. WC-TiC-Co Hardmetal: Mediante la adición de TiC, el rendimiento a alta temperatura y la resistencia a la oxidación de la aleación se mejoran, lo que es adecuado para el corte de alta velocidad. Metal duro TiC-Ni-Mo: Con TiC como fase dura y Ni-Mo como fase aglutinante, tiene una gran dureza y resistencia al desgaste y es adecuado para el mecanizado de alta precisión.

3. Proceso de preparación de Hardmetal 

3.1 Preparación del polvo La preparación del Hardmetal requiere en primer lugar la obtención de polvos de fase dura y fase aglutinante de gran pureza. Entre los métodos habituales se incluyen: Método de carbonización: haciendo reaccionar polvo metálico con polvo de carbono a alta temperatura para generar carburo. Método de reducción: mediante la reducción de óxidos metálicos para obtener polvo metálico.

3.2 Mezcla y moldeo Se mezclan los polvos de la fase dura y de la fase aglutinante en una determinada proporción y se distribuyen uniformemente mediante procesos como el molido de bolas. El polvo mezclado se prensa y moldea para formar una pieza en bruto con la forma deseada.

3.3 Sinterización La pieza en bruto formada se sinteriza a alta temperatura para fundir la fase aglutinante y humedecer las partículas de fase dura para formar una estructura de aleación densa. El proceso de sinterización tiene una influencia decisiva en el rendimiento final del Hardmetal.

4. Microestructura del metal duro 

4.1 Distribución de la fase dura y la fase aglutinante La microestructura del Hardmetal se compone principalmente de partículas de fase dura y matriz de fase aglutinante. El tamaño, la forma y la distribución de las partículas de fase dura tienen una influencia importante en el rendimiento de la aleación. Las partículas finas de fase dura pueden mejorar la dureza y la resistencia al desgaste de la aleación, mientras que la distribución uniforme contribuye a mejorar la tenacidad de la aleación.

4.2 Límites de grano y límites de fase Los límites de grano y los límites de fase en el metal duro son factores importantes que afectan a sus propiedades mecánicas. La resistencia del límite de grano y el estado de unión del límite de fase determinan directamente la resistencia a la fractura y al desgaste de la aleación.

5.Propiedades mecánicas del metal duro 

5.1 Dureza La dureza del metal duro depende principalmente del tipo y contenido de la fase dura. La dureza del WC-Co Hardmetal suele situarse entre HRA 88-94, muy superior a la del acero ordinario.

5.2 Resistencia al desgaste La resistencia al desgaste del Hardmetal es una de sus propiedades más importantes. Debido a la elevada dureza de la fase dura y a la buena tenacidad de la fase de aglomerante, Hardmetal presenta una excelente resistencia al desgaste en condiciones de corte a alta velocidad y carga pesada. 5.3 Resistencia a la flexión La resistencia a la flexión del Hardmetal depende principalmente del contenido de la fase aglomerante y del tamaño de las partículas de la fase dura. Un contenido adecuado de fase aglomerante puede mejorar la resistencia a la flexión de la aleación, pero un contenido demasiado alto de fase aglomerante reducirá la dureza de la aleación.

5.4 Rendimiento a altas temperaturas El metal duro puede seguir manteniendo una gran dureza y resistencia a altas temperaturas, lo que hace que se utilice ampliamente en el corte a alta temperatura y el procesamiento en caliente.

6.Aplicación del metal duro 

6.1 Herramientas de corte El metal duro se utiliza ampliamente en herramientas de corte tales como herramientas de torneadofresas, y brocas de carburo. Por ejemplo, las barras Hardmetal se utilizan para procesar fresas y brocas. Su gran dureza y resistencia al desgaste hacen que rindan bien en condiciones de corte a alta velocidad y con cargas pesadas.

6.2 Herramientas mineras El metal duro se utiliza para fabricar herramientas mineras como brocas y picos. Su gran resistencia al desgaste y a los impactos hace que funcione bien en entornos mineros difíciles.

6.3 Matrices Hardmetal se utiliza para fabricar matrices de estampación en frío, matrices de trefilado de alambre y otras matrices. Su gran dureza y resistencia al desgaste hacen que tenga una larga vida útil en condiciones de alta presión y gran desgaste.

6.4 Aeroespacial El metal duro se utiliza para fabricar componentes de alta temperatura y piezas resistentes al desgaste en el ámbito aeroespacial. Su excelente comportamiento a altas temperaturas y su resistencia al desgaste hacen que funcione bien en entornos extremos.

7.Tendencias de investigación y desarrollo del metal duro 

7.1 Nano Hardmetal Con el desarrollo de la nanotecnologíaEl nano metal duro se ha convertido en un punto caliente de la investigación. El nano metal duro tiene mayor dureza y tenacidad, y se espera que se utilice en el mecanizado de ultraprecisión y la micro-nano fabricación.

7.2 Tecnología de revestimiento Mediante el depósito de revestimientos resistentes al desgaste (como TiN, TiAlN, etc.) en la superficie del metal duro, se puede mejorar aún más su resistencia al desgaste y su vida útil. La tecnología de revestimiento se ha convertido en una importante línea de investigación del metal duro.

7.3 Nueva fase aglutinante El estudio de nuevas fases aglutinantes (como aleaciones a base de Fe, Ni) para mejorar la tenacidad y el rendimiento a alta temperatura del Hardmetal es una dirección importante para el desarrollo futuro.

8. Conclusión Como importante material de ingeniería, el Hardmetal ocupa un lugar destacado en el campo de la ciencia y la ingeniería de materiales debido a sus excelentes propiedades mecánicas y a sus amplias perspectivas de aplicación. Con el progreso de la investigación en nanotecnología, tecnología de recubrimiento y nuevas fases aglutinantes, el rendimiento del Hardmetal mejorará aún más y su campo de aplicación seguirá ampliándose.