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BR9814439B1 - cermet e mÉtodo para a fabricar um cermet. - Google Patents

cermet e mÉtodo para a fabricar um cermet. Download PDF

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BR9814439B1
BR9814439B1 BRPI9814439-1A BR9814439A BR9814439B1 BR 9814439 B1 BR9814439 B1 BR 9814439B1 BR 9814439 A BR9814439 A BR 9814439A BR 9814439 B1 BR9814439 B1 BR 9814439B1
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cermet
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iron
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Hans-Wilm Heinrich
Manfred Wolf
Dieter Schmidt
Uwe Schleinkofer
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Description

"CERMET E MÉTODO PARA A FABRICAR UM CERMET".
Antecedentes
Cermets (materiais cerâmico metálicos) são materiaiscompósitos compreendidos de um componente duro, que podemou não estar interconectados tridimensionalmente, e umligante que une junto ou liga o componente duro. Umexemplo de um cermet tradicional é um cermet de carbetode tungstênio (cermet WC), também conhecido como carbetode tungstênio cementado com cobalto e WC-Co. Aqui, ocomponente duro é WC enquanto o ligante é cobalto(Ligante de Co) como, por exemplo, uma liga de cobalto-tungstênio-carbono. Este ligante de Co é cerca de 98porcento em peso (% em peso) cobalto.
Cobalto é o principal ligante para cermets. Por exemplo,cerca de 15 porcento do mercado de cobalto primário anualdo mundo é usado na fabricação de materiais durosincluindo cermets WC. Cerca de 2 6 porcento do mercado decobalto primário anual do mundo é usado na fabricação desuperligas desenvolvidas para motores avançados deturbinas de avião — um fator contribuindo para cobaltoser designado um material estratégico. Até cerca de 45porcento da produção primária de cobalto do mundo estálocalizada em regiões politicamente instáveis. Estesfatores não só contribuem para o alto custo do cobaltomas também explicam flutuações de custo erráticas docobalto. Portanto, seria desejável reduzir a quantidadede cobalto usado como ligante em cermets.
Prakash e outros tentaram alcançar este objetivo no seutrabalho relacionado a cermets WC por substituir umligante de ferro-cobalto-níquel (ligante Fe-Co-Ni) ricoem ferro pelo ligante de Co. (veja, p. e., L. J. Prakash,Doctoral Thesis, Kernforschungszentrum Karlsruhe,Germany, Institute Fuer Material — undFestkoeperforschung, 1980 and L. J. Prakash e outros,"The Influence of the Binder Composition On TheProperties of WC-Fe/Co/Ni Cemented Carbides" (Ainfluência da composição do ligante nas propriedades decarbetos cementados WC-Fe/Co/Ni" Mod. Dev. Powder Metal(1981), 14, 255-268). De acordo com Prakash e outros,cermets WC tendo um ligante de Fe-Co-Ni rico em ferroforam fortalecidos por estabilizar uma estrutura cúbicade corpo centrado (bcc) no ligante de Fe-Co-Ni. Estaestrutura bcc foi conseguida por uma transformaçãomartensítica. Embora Prakash e outros tenham se focado emligas de ligante martensítico rico em ferro, eles estãodivulgando somente um ligante de Co-Ni-Fe consistindo de50% em peso de cobalto, 25% em peso de níquel, e 25% empeso de ferro.
Guilemany e outros estudaram as propriedades mecânicas decermets WC tendo um ligante de Co e cermets WC deresistência à corrosão reforçada tendo um ligante de Cosubstituído com níquel-ferro rico em níquel a teores deligante altos produzidos por sinterização seguida deHIPagem (veja p. e., Guilemany e outros, "Mechanical-Property Relationships of Co/Wc and Co-Ni-Fe/WC HardMetal Alloys" (Relacionamentos das propriedades mecânicasde ligas metálicas duras de Ni-Fe/WC e Co/Wc), Int. J. ofRefractory & Hard Materials (1993-1994) 12, 199-206).
Metalurgicamente, cobalto é interessante uma vez que eleé alotrópico — isto é, em temperaturas maiores que cercade 417°C, os átomos de cobalto puro estão dispostos emuma estrutura cúbica de face centrada (cfc) e emtemperaturas menores que cerca de 417°C, os átomos decobalto puro estão dispostos em uma estrutura hexagonalcompacta (hcp). Portanto, a cerca de 417°C, cobalto puroexibe uma transformação alotrópica, isto é, a estruturacfc muda para a estrutura hcp (transformação cfc hcp)
Liga de cobalto pode temporariamente suprimir atransformação cfc hcp estabilizando a estrutura cfc.Por exemplo, é sabido que ligando Co com tungstênio ecarbono para formar uma liga Co-W-C (ligante de Co)temporariamente estabiliza a estrutura cfc. (Veja p. e.,W. Dawihl e outros, Kobalt 22 (1964) 16). É bem sabidoentretanto, que submeter uma liga Co-W-C (ligante de Co)a tensão e/ou deformação induz a transformação cfchcp. (Veja p. e., U. Schleinkofer e outros, MaterialsScience and Engineering A194 (1995) 1 e Materials Scienceand Engineering A194 (1996) 103) . Em cermets WC tendo um ligante de Co a tensão e/ou deformação desenvolvidadurante o resfriamento dos cermets em seguida àdensificação (p. e., sinterização a vácuo, sinterizaçãopor pressão, prensagem isostática a quente, ... etc.)pode induzir a transformação cfc hcp. Também, é bemconhecido que carregamento cíclico, tal como carregamentocíclico que pode propagar crescimento de trincasubcrítica, de cermets WC tendo um ligante de Co induz atransformação cfc hcp. Os depositantes determinaramque em cermets a presença da estrutura hcp no ligante pode ser detrimental uma vez que isto pode resultar nafragilização do ligante. Portanto, seria desejávelencontrar um ligante que não somente proveja economia decusto e previsibilidade de custo mas também não exibamecanismos de fragilização tais como transformações locais cfc hcp.
Pelas razões anteriores, existe uma necessidade de umcermet tendo um ligante com plasticidade mais altacomparado ao ligante de Co que pode ser fabricado deforma barata.
Sumário
Os depositantes determinaram que a presença da estruturahcp no ligante de um cermet pode ser detrimental. Aestrutura hcp resulta na fragilização do ligante. Osdepositantes identificaram uma solução para o problemaque inclui usar um ligante tendo plasticidade mais alta.A presente invenção é direcionada a um cermet tendo umligante, preferivelmente um ligante tendo uma estruturacfc, com plasticidade melhorada (o ligante plásticopossui encruamento reduzido) que seja estável mesmo sobaltas condições de tensões e/ou solicitações. 0 cermet dapresente invenção também satisfaz a necessidade de umcermet de baixo custo tendo previsibilidade de customelhorada. O cermet compreende um componente duro e umligante com plasticidade melhorada que melhora aresistência à trinca do cermet. Embora em relação a umcermet comparável tendo um ligante de Co, o cermet tendoo ligante plástico pode ter uma dureza menor, a durezaglobal do cermet inventivo pode ser ajustada por variar adistribuição de tamanho de grão do componente duro e/ouquantidade do componente duro sem sacrificar resistênciae/ou tenacidade. Preferivelmente, a quantidade decomponente duro é aumentada para aumentar a dureza docermet sem sacrificar resistência e/ou tenacidade docermet. Uma vantagem do cermet da presente invençãoinclui resistência à trinca e confiabilidade melhoradas,que podem ser atribuídas à plasticidade do ligante, emrelação a um cermet comparável tendo um ligante de Co.
Uma outra vantagem do cermet da presente invenção incluiresistência à corrosão e/ou resistência â oxidaçãomelhoradas em relação a um cermet comparável tendo umligante de Co.
O cermet da presente invenção compreende pelo menos umcomponente duro e um ligante de cobalto-níquel- ferro(ligante de Co-Ni-Fe). O ligante de Co-Ni-Fe compreendede 40% em peso a 90% em peso de cobalto, o remanescentedo citado ligante consistindo de níquel e ferro e,opcionalmente, impurezas incidentais, com níquelcompreendendo pelo menos 4% em peso mas não mais que 3 6%em peso do citado ligante e ferro compreendendo pelomenos 4% em peso mas não mais que 3 6% em peso do citadoligante, com o citado ligante tendo uma razão de Ni:Fe decerca de 1,5:1 a 1:1,5; com um cermet, entretanto, sendoexceto o ligante de Co-Ni-Fe consistindo de 50% em pesode cobalto, 25% em peso de níquel, e 25% em peso deferro. Preferivelmente, o ligante de Co-Ni-Fe compreendeuma estrutura cristalina cúbica de face centrada (cfc) enão experimenta transformação de fase induzida por tensãoou deformação quando submetido a deformação plástica.Preferivelmente, o citado ligante de Co-Ni-Fesubstancialmente é austenítico. Esse cermet, tendo umligante de Co-Ni-Fe, pode ser produzido em um custo menore menos flutuante que um cermet tendo um ligante de Co.Vantagens de cermets tendo um ligante de Co-Ni-Fe incluemresistência à trinca e confiabilidade melhoradas, eresistência à corrosão e resistência à oxidaçãomelhoradas, ambas em relação aos cermets comparáveistendo um ligante de Co.
O ligante plástico da presente invenção é o único em quemesmo quando submetido à deformação plástica, o ligantemantém sua estrutura cristalina cfc e evitatransformações induzidas por tensão e/ou deformação. Osdepositantes mediram a resistência e o desempenho quantoà fadiga em cermets tendo ligantes de Co-Ni-Fe até tantoquanto cerca de 2400 megapascal (MPa) quanto aresistência à flexão e até tanto quanto cerca de 1550 MPaquanto a fadiga cíclica (200.000 ciclos em flexão atemperatura cerca da ambiente). Os depositantes acreditamque nenhuma transformação de fase induzida por tensãoe/ou deformação ocorra no ligante de Co-Ni-Fe até aquelesníveis de tensão e/ou deformação que levam a desempenhosuperior.
Desenhos
Estas e outras características, aspectos, e vantagens dapresente invenção tornar-se-ão melhor compreendidas comreferência à descrição seguinte, reivindicações anexas, edesenhos anexos onde:
A fig. 1 mostra uma fotomicrografia ótica damicroestrutura de um cermet WC da técnica anterior tendoum ligante de Co produzido por sinterização a vácuo acerca de 1550°C;
A fig. Ia mostra uma imagem em branco e preto da fig. 1do tipo usado para a análise de fração de área damicroestrutura de um cermet WC da técnica anterior tendoum ligante de Co produzido por sinterização a vácuo acerca de 1550°C;
A fig. 2 mostra (para comparação com a fig. 1) umafotomicrografia ótica da microestrutura de um cermet WCtendo um ligante de Co-Ni-Fe da presente invençãoimagem em branco e preto da fig. 2 do tipo usado paraanálise de fração de área da microestrutura do cermet WCtendo um ligante de Co-Ni-Fe da presente invençãoproduzido por sinterização a vácuo a cerca de 1550°C;A fig. 3 mostra uma imagem de dispersão posterior deelétrons (IDPE) da microestrutura de um cermet WC tendoum ligante de Co-Ni-Fe da presente invenção produzido porsinterização a vácuo a cerca de 1535°C;
A fig. 4 mostra um mapa de distribuição elementar deespectroscopia dispersiva de energia (EDS) de tungstênio (W) correspondente à microestrutura do cermet WC da fig.3;
A fig. 5 mostra um mapa de distribuição elementar EDSpara carbono (C) correspondente à microestrutura docermet WC da fig. 3;
A fig. 6 mostra um mapa de distribuição elementar EDSpara oxigênio (0) correspondente à microestrutura docermet WC da fig. 3;
A fig. 7 mostra um mapa de distribuição elementar EDSpara cobalto (Co) correspondente à microestrutura do cermet WC da fig. 3;
A fig. 8 mostra um mapa de distribuição elementar EDSpara níquel (Ni) correspondente à microestrutura docermet WC da fig. 3;
A fig. 9 mostra um mapa de distribuição elementar EDS para ferro (Fe) correspondente à microestrutura do cermetWC da fig. 3;
A fig. 10 mostra um mapa de distribuição elementar EDSpara titânio (Ti) correspondente à microestrutura docermet WC da fig. 3;
A fig. 11 mostra uma fotomicrografia de microscópioeletrônico de transmissão (MET) de uma poça de ligante emum cermet WC da técnica anterior tendo um ligante de Coproduzido por sinterização a vácuo a cerca de 15350Cilustrando a alta concentração de falhas de empilhamentonestas cermets WC da técnica anterior;
A fig. 12 mostra uma f otomicrograf ia MET de uma outrapoça de ligante em um cermet WC da técnica anterior tendoum ligante de Co produzido por sinterização a vácuo acerca de 1535 °C ilustrando que a alta concentração defalhas de empilhamento está presente através de todasestas cermets WC da técnica anterior;
A fig. 13 mostra uma f otomicrograf ia MET de uma poça deligante em um cermet da presente invenção compreendendoum cermet WC tendo um ligante de Co-Ni-Fe produzido porsinterização a vácuo a cerca de 15350C ilustrando aausência de falhas de empilhamento;
As figs. 14, 14a, e 14b mostram uma f otomicrograf ia METcomparativa, os resultados de difração de áreaselecionada (DAS) usando MET ao longo do eixo geométricoda zona [031], e os resultados de DAS usando MET ao longodo eixo geométrico da zona [101] de uma poça de liganteem um cermet WC tendo um ligante de Co-Ni-Fe da presenteinvenção produzido por sinterização a vácuo a cerca de 35 ° C;
As figs. 15 e 15a mostram uma fotomicrografia MET de umapoça de ligante em um cermet WC da técnica anterior tendoum ligante de Co produzido por sinterização a vácuo acerca de 15350C ilustrando o mecanismo de trincamentocausado por altas concentrações de falha de empilhamento;
As figs. 16 e 16a mostram para comparação umaf otomicrograf ia MET de uma poça de ligante em um cermetWC tendo um ligante de Co-Ni-Fe da presente invençãoproduzida por sinterização a vácuo a cerca de 15350Cilustrando a presença de deformação plástica e uma altadensidade de discordâncias não restritas nestas cermet WCmelhor que o mecanismo de trincamento causado por falhasde empilhamento nas cermets WC da técnica anterior;
A fig. 17 mostra plotagens de distribuições de Weibulldas resistências à ruptura transversal (RRT) para umcermet WC da técnica anterior tendo um ligante de Co(representado por círculos abertos "O" e a linha - - - -) um cermet WC comparativo tendo um ligante de Co-Ni-Feda presente invenção (representado por pontos "·" e alinha ----), ambos produzidos por sinterização avácuo a cerca de 1535°C;
A fig. 18 mostra plotagens de distribuições de Weibull daRRT para um cermet WC da técnica anterior tendo umligante de Co (representado por círculos abertos "O" e alinha - - - - ) um cermet WC comparativo tendo um ligantede Co-Ni-Fe da presente invenção (representado por pontos"·" e a linha - - - - ), ambos produzidos porsinterização a vácuo a cerca de 1550°C;
A fig. 19 mostra plotagens de distribuições de Weibull daRRT para um cermet WC da técnica anterior tendo umligante de Co (representado por círculos abertos "0" e alinha - - - - ) e um cermet WC comparativo tendo umligante de Co-Ni-Fe da presente invenção (representadopor pontos "·" e a linha ----), ambos produzidos porsinterização por pressão a cerca de 1550°C;
A fig. 20 mostra amplitude de tensão (amax) — dados dedesempenho de fadiga à flexão como uma função de ciclospara até falhar à temperatura cerca da ambiente ao ar —para um cermet WC da técnica anterior tendo um ligante deCo (representado por círculos abertos "O" e a linha - - -- ) e um cermet WC comparativo de ligante de Co-Ni-Fe dapresente invenção (representado por pontos "·" e a linha----), ambos produzidos por sinterização a vácuo acerca de 1550°C;
A fig. 21 mostra dados de desempenho de fadiga à flexão —amplitude de tensão (amax) como uma função de ciclos atéa falha testados a cerca de 700 0C ao ar — para um cermetWC da técnica anterior tendo um ligante de Co(representado por círculos abertos "O" e a linha - - - -) e um cermet WC comparativo tendo um ligante de Co-Ni-Feda presente invenção compreendendo (representado porpontos "·" e a linha ----), ambos produzidos porsinterização a vácuo a cerca de 1550°C; e
A fig. 22 mostra dados de desempenho quanto a fadiga portração-compressão de baixo ciclo — amplitude de tensão(amax) como uma função de ciclos até a falha testados atemperatura cerca da ambiente ao ar — para um cermet WCda técnica anterior tendo um ligante de Co (representadopor círculos abertos "0" e a linha - - - - ) e um cermetWC comparativo tendo um ligante de Co-Ni-Fe da presenteinvenção (representado por pontos "·" e a linha - - - - ) , ambos produzidos por sinterização a vácuo a cerca de1550 0C.
Descrição
0 cermet da presente invenção, tendo um ligante complasticidade melhorada (um ligante plástico exibe encruamento reduzido) , compreende pelo menos umcomponente duro e um ligante que, quando combinado com opelo menos um componente duro, possui propriedadesmelhoradas incluindo, por exemplo, resistência melhoradaa crescimento de trinca subcrítica sob fadiga cíclica, resistência melhorada, e, opcionalmente, resistência àoxidação melhorada e/ou resistência à corrosão melhorada.Opcionalmente, o cermet da presente invenção pode exibirresistência à corrosão e/ou resistência à oxidação em umambiente (p. e., um sólido, um líquido, um gás, ou qualquer combinação dos precedentes) devido a quer (1)inércia química do cermet, (2) formação de uma barreiraprotetora no cermet a partir das interações do ambiente edo cermet, ou (3) ambas.
Uma composição mais preferida do ligante de Co-Ni-Fe compreende uma razão de NirFe de cerca de 1:1. Umacomposição ainda mais preferida do ligante de Co-Ni-Fecompreende uma razão de cobalto:níquel:ferro de cerca de1,8:1:1.
Será apreciado por aqueles experientes na técnica que um ligante de Co-Ni-Fe pode, opcionalmente, compreenderimpurezas incidentais emanando de materiais iniciais, póde processos metalúrgicos, de moagem e/ou sinterizaçãobem como influências ambientais.
Será apreciado por aqueles experientes na técnica que oteor de ligante dos cermets da presente invenção édependente de fatores tais como a composição e/ougeometria do componente duro, o uso do cermet, e acomposição do ligante. Por exemplo, quando o cermetinventivo compreende um cermet WC tendo um ligante de Co-Ni-Fe, o teor de ligante pode compreender cerca de 0,2%em peso a 35% em peso (preferivelmente 3% em peso a 30%em peso), e, quando o cermet inventivo compreende umcermet TiCN tendo um ligante de Co-Ni-Fe, o teor deligante pode compreender cerca de 0,3% em peso a 25% empeso (preferivelmente 3% em peso a 20% em peso). Como umexemplo adicional, quando um cermet WC inventivo tendo umligante Co-Ni-Fe é usado como uma ferramenta de marteletepara mineração e construção, o teor de ligante podecompreender cerca de 5% em peso a 27% em peso(preferivelmente cerca de 5% em peso a 19% em peso) ; equando um cermet WC inventivo tendo um ligante de Co-Ni-2 0 Fe é usado como uma ferramenta rotativa para mineração econstrução, o teor de ligante pode compreender cerca de5% em peso a 19% em peso (preferivelmente cerca de 5% empeso a 15% em peso) ; e quando um cermet WC inventivotendo um ligante de Co-Ni-Fe é usado como um punção decabeça de parafuso, o teor de ligante pode compreendercerca de 8% em peso a 30% em peso (preferivelmente cercade 10% em peso a 25% em peso) ; e quando um cermetinventivo tendo ligante de Co-Ni-Fe é usado como umaferramenta de corte para usinagem formadora de cavaco demateriais de peça de trabalho, o teor de ligante podecompreender cerca de 2% em peso a 19% em peso(preferivelmente cerca de 5% em peso a 14% em peso); equando um cermet inventivo tendo um ligante de Co-Ni-Fe éusado como uma ferramenta rotativa alongada paramateriais de usinagem, o teor de ligante pode compreendercerca de 0,2% em peso a 19% em peso (preferivelmentecerca de 5% em peso a 16% em peso).Um componente duro pode compreender pelo menos um deboretos, carbetos, nitretos, carbonitretos, óxidos,silicetos, suas misturas, suas soluções sólidas oucombinações dos precedentes. O metal de pelo menos um doselementos boretos, carbetos, nitretos, óxidos ousilicetos pode incluir um ou mais metais dos gruposInternational Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)2, 3, (incluindo lantanídios, actinídios), 4, 5, 6, 7, 8,9, 10, 11, 12, 13, e 14. Pref erivelmente, o componenteduro pode compreender carbetos, nitretos, carbonitretos,suas misturas, suas soluções sólidas, ou quaisquercombinações dos precedentes. O metal dos carbetos,nitretos, e carbonitretos pode compreender um ou maismetais dos grupos IUPAC 3, incluindo lantanídios eactinídios, 4, 5, e 6; e mais preferivelmente, um ou maisde titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo,cromo, molibdênio, e tungstênio.
Neste contexto, os cermets inventivos podem serreferenciados pela composição constituindo a maioria docomponente duro. Por exemplo, se a maioria do componenteduro compreende um carbeto, o cermet pode ser designadoum cermet de carbeto. Se a maioria do componente durocompreende carbeto de tungstênio (WC) , o cermet pode serdesignado um cermet de carbeto de tungstênio ou cermetWC. De uma maneira similar, os cermets podem serchamados, por exemplo, cermets de boreto, cermets denitreto, cermets de oxido, cermets de siliceto, cermetsde carbonitreto, cermets de oxinitreto. Por exemplo, se amaioria dos componentes duros compreende carbonitreto detitânio (TiCN), o cermet pode ser designado um cermet decarbonitreto de titânio ou cermet TiCN. Esta nomenclaturanão deve ser limitada pelos exemplos acima e pelocontrário forma uma base que traz uma compreensão comumàqueles experientes na técnica.
Dimensionalmente, o tamanho de grão do componente duro docermet tendo um ligante de alta plasticidade pode variarem tamanho de submicron a cerca de 100 micrômetros (μm)ou maior. Submicrometro inclui materiais nanoestruturadostendo aspectos estruturais variando de cerca de 1nanômetro a cerca de 100 nanômetros (0,1 μm) ou mais.Será apreciado por aqueles experientes na técnica que otamanho de grão do componente duro dos cermets dapresente invenção é dependente de fatores tais como acomposição e/ou geometria do componente duro, o uso docermet, e a composição do ligante. Por exemplo, osdepositantes acreditam que quando o cermet inventivo compreende um cermet WC tendo um ligante de Co-Ni-Fe, otamanho de grão do componente duro pode compreender cercade 0,1 μM a cerca de 40 μm, e quando o cermet inventivocompreende um cermet TiCN tendo um ligante de Co-Ni-Fe, otamanho de grão do componente duro pode compreender cercade 0,5 μπι a cerca de β μm. Como um exemplo adicional, osdepositantes acreditam que quando um cermet WC inventivotendo ligante de Co-Ni-Fe é usado como uma ferramenta demartelete ou uma ferramenta giratória para mineração econstrução, o tamanho de grão do componente duro podecompreender cerca de 1 μm a cerca de 3 0 μm(preferivelmente cerca de 1 μιη a cerca de 2 5 μm) ; equando um cermet WC inventivo tendo um ligante de Co-Ni-Fe é usado como um punção de cabeça de parafuso, otamanho de grão do componente duro pode compreender cercade 1 μM a cerca de 25 μm (preferivelmente cerca de 1 μm acerca de 15 μm) ; e quando um cermet inventivo tendo umligante de Co-Ni-Fe é usado como uma ferramenta de cortepara usinagem formadora de cavaco de materiais de peça detrabalho, o tamanho de grão do componente duro podecompreender cerca de 0,1 μm a 40 μπι (pref erivelmentecerca de 0,5 μιm a 10 μm) ; e quando um cermet inventivotendo um ligante de Co-Ni-Fe é usado como uma ferramentagiratória alongada para usinar materiais, o tamanho degrão do componente duro pode compreender cerca de 0,1 μma 12 μm (preferivelmente cerca de 8 μτη e menores) .
Os depositantes contemplam que cada incremento entre ospontos extremos das faixas descritas aqui, por exemplo, oteor de ligante, composição de ligante, razão de Ni:Fe,tamanho de grão de componente duro, teor de componenteduro, ..., etc. está abrangido aqui como se ele estivesseespecificamente registrado. Por exemplo, uma faixa de teor de ligante de cerca de 0,2% em peso a 35% em pesoabrange incrementos de cerca de 1% em peso deste modoespecificamente incluindo cerca de 0,2% em peso, 1% empeso, 2% em peso, 3% em peso, . . . , 33% em peso, 34% empeso e 35% em peso de ligante. Enquanto, por exemplo, para uma composição de ligante o teor de cobalto variarde cerca de 40% em peso a 90% em peso abrange incrementosde cerca de 1% em peso deste modo especificamenteincluindo 40% em peso, 41% em peso, 42% em peso, ..., 88%em peso, 89% em peso, e 90% em peso enquanto o teor de níquel e ferro variar de cerca de 4% em peso a 36% empeso cada um abrange incrementos de cerca de 1% em pesodeste modo especificamente incluindo 4% em peso, 5% empeso, 6% em peso, ..., 34% em peso, 35% em peso, e 36% empeso. Adicionalmente por exemplo, uma faixa de razão de NirFe de cerca de 1,5:1 a 1:1,5 abrange incrementos decerca de 0,1 deste modo especificamente incluindo 1,5:1,1,4:1, ..., 1:1, ..., 1:1,4, e 1:1,5). Além do mais, porexemplo, uma faixa de tamanho de grão de componente durode cerca de 0,1 μιη a cerca de 4 0 μιτι abrange incrementosde cerca de 1 μπι deste modo especificamente incluindocerca de 1 μτη, 2 μτη, 3 μιτι, . . . , 3 8 μτη, 3 9 μτη, e 4 0 μτη.Um cermet da presente invenção pode ser usado quer com ousem um revestimento dependendo do uso dos cermets. Se ocermet deve ser usado com um revestimento, então o cermet é revestido com um revestimento que exiba propriedadesadequadas tais como, por exemplo, lubricidade,resistência a desgaste, aderência satisfatória ao cermet,inércia química com materiais de peça de trabalho emtemperaturas de uso, e um coeficiente de expansão térmica que seja compatível com aquele do cermet (isto é,propriedades termo-físicas compatíveis). O revestimentopode ser aplicado via técnicas DQV e/ou DPV.Exemplos do material de revestimento, que podecompreender uma ou mais camadas de um ou mais componentesdiferentes, pode ser selecionado a partir do seguinte,que não é pretendido a ter tudo incluído: alumina,zircônia, oxinitreto de alumínio, oxinitreto de silício,SiAlON, os boretos dos elementos para os grupos IUPAC 4,5, E 6, os carbonitretos dos elementos dos grupos IUPAC4, 5, e 6, incluindo carbonitreto de titânio, os nitretosdos elementos dos grupos IUPAC 4, 5, e 6 incluindonitreto de titânio, os carbetos dos elementos dos gruposIUPAC 4, 5, e 6 incluindo carbeto de titânio, nitreto deboro cúbico, nitreto de silício, nitreto de carbono,nitreto de alumínio, diamante, carbono similar adiamante, e nitreto de titânio alumínio.
Os cermets da presente invenção podem ser produzidos apartir de uma mistura de pós compreendendo um componenteduro em pó e um ligante em pó que podem ser consolidadospor qualquer meio conformador incluindo, por exemplo,prensagem, por exemplo, uniaxial, biaxial, triaxial,hidrostática, ou com bolsa úmida (p. e., prensagemisostática) quer à temperatura ambiente ou a temperaturaelevada (p. e., prensagem a quente, prensagemisostática), vazamento; moldagem por injeção; extrusão;fundição em fita; fundição em pasta; fundição dedeslizamento; ou qualquer combinação dos precedentes.
Alguns destes métodos estão discutidos nas patentes U. S.nos 4,491,559; 4,249,955; 3,888,662; e 3,850,368, amatéria objeto das quais é incorporada aqui porreferência em sua totalidade no presente pedido depatente.
Em qualquer caso, quer uma mistura de pós seja ou nãoconsolidada, sua geometria sólida pode incluir qualqueruma concebível por uma pessoa experiente na técnica. Paraconseguir uma forma ou combinações de formas, uma misturade pós pode ser formada antes de, durante, e/ou apósdensificação. Técnicas de conformação antes dadensificação podem incluir qualquer um dos meiosmencionados acima bem como usinagem crua ou conformaçãoplástica do corpo não curado ou suas combinações.Técnicas de conformação após densificação podem incluirquaisquer operações de usinagem tais como esmerilhamento,usinagem por descarga de elétrons, afiação por escovas,corte, ... etc .
Um corpo não curado, compreendendo uma mistura de pós,pode então ser densif içado por qualquer meio que sejacompatível com produzir um cermet da presente invenção.Um meio preferido compreende sinterização de faselíquida. Tal meio inclui sinterização a vácuo,sinterização por pressão (também conhecida como HIP-sinter), prensagem isostática a quente (SinterizaçãoHIP) , etc. Estes meios são executados em uma temperaturae/ou pressão suficientes para produzir um artigosubstancialmente teoricamente denso tendo mínimaporosidade. Por exemplo, para cermet WC tendo um ligantede Co-Ni-Fe, tais temperaturas podem incluir temperaturasvariando de cerca de 1300°C a cerca de 1760°C epreferivelmente, de cerca de 1400°C a cerca de 1600°C.Pressões de densificação podem variar de cerca de zero(0) kPa a cerca de 206 MPa. Para cermet de carbeto,sinterização por pressão (também conhecida como HIPsinter) pode ser executada de cerca de 1,7 MPa a cerca de13,8 MPa a temperaturas de cerca de 1370° a cerca de1600°C, enquanto sinterização HIP pode ser executada acerca de 68 MPa a cerca de 206 MPa em temperaturas decerca de 1310°C a cerca de 1760°C.
Densificação pode ser feita na ausência de uma atmosfera,isto é, vácuo; ou em uma atmosfera inerte, p. e., um oumais gases do grupo IUPAC 18; em atmosferas decementação; em atmosferas nitrogenosas, p. e.,nitrogênio, gás formador (96% de nitrogênio, 4% dehidrogênio), amônia, etc.; ou em uma mistura gasosaredutora, p. e., H2/H20, C0/C02, C0/H2/H20, etc.; ouqualquer combinação das precedentes.
A presente invenção é ilustrada pelo seguinte. É providapara demonstrar e esclarecer vários aspectos da presenteinvenção: entretanto, o seguinte não deve serinterpretado como limitando o escopo da invençãoreivindicada.
A Tabela 1 resume o teor de ligante nominal em % em peso,razão Co: Ni: Fe, tipo de cermet, % em peso do Iocomponente duro, tamanho (μπι) do Io componente duro, % empeso do 2o componente duro, tamanho (μπι) do 2o componenteduro, % em peso do 3o componente duro, tamanho (μπι ) do 3o componente duro; método de moagem (onde WBM = moagemúmida por esfera e AT = moída por atrito) , tempo demoagem (h), e método de densificação (Dnsfctn*) (onde VS= sinterizado a vácuo, HIP = prensado isostaticamente aquente, e PS = sinterizado por pressão [também conhecidocomo HIP-sinter] ) , temperatura (T) , e tempo (h) para umnúmero de cermets WC e cermets TiCN dentro do escopo dapresente invenção. Estes materiais foram produzidosusando tecnologia de metalurgia de pó como descrito em,por exemplo, "World Directory and Handbook of HARDMETALS AND HARD MATERIALS" (Diretório e Manual mundial de metaisduros e materiais duros) Sexta edição, por Kenneth J. A.Brookes, International Carbide DATA (1996) ; "PRINCIPLESOF TUNGSTEN CARBIDE ENGINEERING" (Princípios deengenharia de carbeto de tungstênio) Segunda edição, por George Schneider, Society of Carbide and Tool Engineers(1989); "Cermet-Handbook" (Manual de cermet), Hertel AG,Werkzeuge + Hartstoffe, Fuerth, Bavaria, Germany (1993);e "CEMENTED CARBIDES" (Carbetos cementados), por P.Schwarzkopf & R. Kieffer, The Macmillan Company (1960) — a matéria objeto dos quais é incorporada aqui porreferência em sua totalidade no presente pedido depatente.
Tabela 1: Exemplos de Cermets WC e Cermets TiCN<table>table see original document page 18</column></row><table>
Tabela 1: Exemplos de Cermets WC e Cermets TiCN(continuação)
<table>table see original document page 18</column></row><table><table>table see original document page 19</column></row><table>
Estes cermets foram produzidos usando ingredientescomercialmente disponíveis (como descritos em, porexemplo, "World Directory and Hanbook of HARDMETALS ANDHARD MATERIALS" Sexta edição). Por exemplo, o material 8,um cermet WC da Tabela 1, foi produzido a partir de umabatelada de cerca de 10 kg de pós iniciais quecompreendeu cerca de 89,9% em peso de WC (-80+400 mesh[tamanho de partícula entre cerca de 3 8 μιτι e 18 0 μιη]carbeto de tungstênio macrocristalino de Kennametal Inc. Fallon, Nevada [> este também foi o WC inicial para osMateriais 5 e 8-12 na Tabela 1]), cerca de 4,5% em pesode pó de cobalto extra fino comercialmente disponível,cerca de 2,5% em peso de pó de níquel comercialmentedisponível (Grau INCO 255, INCO International, Canada),2,5% em peso de pó de ferro comercialmente disponível(Carbonyl Iron Powder CN, BASF Corporation, Mount Olive,New Jersey) , e cerca de 0,6% em peso de pó de metal detungstênio (tamanho de partícula de cerca de 1 μτηKennametal Inc. Fallon, Nevada). Esta batelada, à qualforam adicionados cerca de 2,1% em peso de cera deparafina e cerca de 0,3% em peso de tensoativo, foicombinada com cerca de 4,5 litros de nafta (destilados depetróleo "LAC0LENE", Ashland Chemical Co., Columbus, 0H)para moagem úmida de esferas por cerca de 16 horas. A mistura moída foi secada em um secador de lâmina sigma,moída a seco usando um Fritzmill, e pelotizada paraproduzir um pó para prensagem tendo uma densidade Scottde cerca de 2 5 χ 106 kg/m3. 0 pó para prensagem exibiuboas características de escoamento durante a formação emcorpos não curados de placa quadrada (baseados eminsertos estilo SNG433) por prensagem.
Os corpos não curados foram colocados em um forno desinterização a vácuo em equipamento de aparelhagem deforno dedicado para densificação. 0 forno e seus conteúdos, em uma atmosfera de hidrogênio esvaziada paracerca de 0,9 kilopascal (kPa) [7 torr] , foram aquecidosde cerca da temperatura ambiente a cerca de 180°C emcerca de 9/12 de uma hora sob vácuo e mantidos por cercade 3/12 de uma hora; aquecidos a cerca de 370°C em cercade 9/12 de uma hora e mantidos por cerca de 4/12 de umahora; aquecidos a cerca de 430°C em cerca de 5/12 de umahora e mantidos por cerca de 4/12 de uma hora; aquecidosa cerca de 540° em cerca de 5/12 de uma hora e mantidospor cerca de 2/12 de uma hora; aquecidos a cerca de 590°Cem cerca de 4/12 de uma hora; então, com o gás hidrogêniodesligado, aquecidos a cerca de 1.120°C em cerca de 16/12de uma hora e mantidos por cerca de 4/12 de uma hora sobvácuo variando de cerca de 15 micrômetros a cerca de 23micrômetros; aquecidos a cerca de 1370°C por cerca de4/12 de uma hora enquanto argônio foi introduzido a cercade 1.995 kPa (15 torr) ; aquecidos a cerca de 1550°C emcerca de 19/12 de uma hora enquanto argônio foi mantidoem cerca de 1.995 kPa (15 torr) e mantido por cerca de9/12 de uma hora; e então a energia para o forno foidesligada e o forno e seus conteúdos foram deixados aesfriar para cerca da temperatura ambiente. Qualquerpessoa experiente na técnica compreende, o Material 8 daTabela 1 foi produzido por técnicas desconhecidas. A esterespeito, a habilidade para usar técnicas conhecidas, eem particular sinterização a vácuo, é uma vantagem dapresente invenção e é contrária aos ensinamentos datécnica.
De uma maneira similar ao Material 8, os Materiais 1-7 e9-12 da Tabela 1 foram conformados, consolidados, edensifiçados usando técnicas substancialmente padrões. Adensificação dos Materiais 1-4, 6, 7, 11, e 12 foi feitausando sinterização por pressão (também conhecida comoHIP-sinter) com a pressão da atmosfera no forno desinterização sendo elevada para cerca de 4 MPa pelosúltimos cerca de 10 minutos na temperatura mostrada naTabela 1. Em adição, materiais comparativos da técnicaanterior, tendo somente ligantes de Co, foram produzidospara os Materiais 2, 4-6, e 9-12 enquanto materiaiscomparativos da técnica anterior tendo um ligante de Co-Ni (Co:Ni = 2:1) foi produzido para o Material 7.Os resultados das propriedades mecânicas, físicas emicroestruturais para os Materiais 1-8 da Tabela 1 com osmateriais comparativos da técnica anterior estãoresumidos na Tabela 2. Em particular, a Tabela 2 resume adensidade (g/cm3 ), a saturação magnética (0,1 μΤm3/}kg),a força coercitiva (Oe, medida substancialmente de acordocom a Norma Internacional ISO 3326: Determinação da(magnetização) coercitividade de metais duros, a matériaobjeto da qual é incorporada aqui por referência em suatotalidade no presente pedido de patente), a dureza(Hv3 0, medida substancialmente de acordo com a NormaInternacional ISO 3878: Teste de dureza Vickers parametais duros, a matéria objeto da qual é incorporada aquipor referência em sua totalidade no presente pedido depatente), a resistência à ruptura transversal (MPa,medida substancialmente de acordo com a NormaInternacional ISO 3327/Tipo B: Determinação daresistência à ruptura transversal de metais duros, amatéria objeto da qual é incorporada aqui por referênciaem sua totalidade no presente pedido de patente), e aporosidade (medida substancialmente de acordo com a NormaInternacional ISO 4505: Determinação metalográfica daporosidade e carbono não combinado para metais duros, amatéria objeto da qual é incorporada aqui por referênciaem sua totalidade no presente pedido de patente).
Tabela 2: Propriedades mecânicas, físicas emicroestruturais para Materiais 1-8 da Tabela 1 comMateriais comparativos da técnica anterior
<table>table see original document page 21</column></row><table><table>table see original document page 22</column></row><table>
Uma caracterização em profundidade dos Materiais 9-12 emateriais comparativos da técnica anterior foi executadae está resumida nas Tabelas 3, 4, 5, e 6. Os dadosincluem densidade (g/cm3) , saturação magnética (Tm3/kg),força coerciva (Hc, oersteds), dureza Vickers (HV30),dureza Rockwell (HRA), tenacidade de fratura (KIc,megapascal raiz quadrada de metro [MPam1/2] , determinadossubstancialmente de acordo com a ASTM designação C1161-90Método de teste padrão para resistência à flexão decerâmicas avançadas à temperatura ambiente, AmericanSociety for Testing and Materials, Philadelphia, PA, amatéria objeto da qual é incorporada aqui por referênciaem sua totalidade no presente pedido de patente), a razãode ligante (% em peso de Co:% em peso de Ni:% em peso deFe determinada a partir dos resultados de análisequímica) , teor de ligante (% em peso do cermet) ,resistência â ruptura transversal (RRT, megapascal (MPa),determinada substancialmente de acordo com o métododescrito por Schleinkofer e outros em Materials Scienceand Engineering, A194 (1995) , 1-8 para a Tabela 4 e pelaISO 3327 para as Tabelas 3, 5, e 6, a matéria objeto dasquais são incorporada aqui por referência em suatotalidade no presente pedido de patente), condutividadetérmica (th. cond., calorias/centímetro-segundo-grau-centígrado (cal/(cm.s.°C) , determinada substancialmentepor usar uma técnica de laser pulsado), dureza Vickers aquente a 20°C, 200°C, 400°C, 600°C, e 800°C (HV100/10,determinada por entalhar amostras de cermet em umatemperatura usando uma carga de cerca de 100 gramas porcerca de 10 segundos) , e a análise química do ligante (%em peso, determinada usando fluorescência-x [somente Co,Ni, e Fe estão no ligante; Ta, Ti, Nb, e Cr são assumidosa serem carbetos e portanto parte dos componentes duros;o remanescente para 100% em peso sendo WC ou TiCN comodado na Tabela 1 para o respectivo material-#, maisimpurezas incidentais, se alguma.]).<table>table see original document page 24</column></row><table><table>table see original document page 25</column></row><table><table>table see original document page 26</column></row><table><table>table see original document page 27</column></row><table>Resumidamente, os dados demonstram que cermets WC, tendoum ligante de Co-Ni-Fe, têm propriedades que são pelomenos comparáveis a e geralmente melhoradas em relaçãoàquelas de cermets WC comparativos tendo um ligante deCo. Para melhor quantificar os cermets WC inventivostendo uma caracterização microestrutural adicional deligante de Co-Ni-Fe, incluindo microscópio ótico,microscópio de transmissão de elétrons, e microscópio devarredura de elétrons, foi executada. A fig. 1 é uma fotomicrografia ótica da microestrutura de um cermet WCda técnica anterior tendo um componente duro de carbetode tungstênio 4 e um ligante de Co 2 produzido porsinterização a vácuo a cerca de 1550°C (Material 10 datécnica anterior) . A fig. 2 é uma fotomicrografica ótica da microestrutura de um cermet WC tendo um componenteduro de carbeto de tungstênio 4 e um ligante de Co-Ni-Fe6 também produzido por sinterização a vácuo a cerca de1550°C (Material 10). As microestruturas parecemsubstancialmente as mesmas. 0 porcentual em volume doligante (determinado substancialmente por medir oporcentual de área de preto) no Material 10 da técnicaanterior e material 10 mediu cerca de 12,8 e 11,9 a cercade 1875 X (6,4 μπι) , ilustrado nas figs. Ia e 2arespectivamente. Valores adicionais mediram cerca de 13,4e 14,0 a cerca de 1200 X (10 μιτι) respectivamente. Oporcentual de área do ligante para o Material 9 da ;técnica anterior e Material 9 mediram cerca de 15,3 e15,1 a cerca de 1200 X (10 μιη) respectivamente. 0 jporcentual de área do ligante no Material 11 da técnicaanterior e Material 11 mediram 14,6, 15,1 a cerca de 1200X (10 μπ\) respectivamente. Estes dados confirmam que umcermet WC tendo ligante de Co-Ni-Fe tem substancialmentea mesma distribuição, em uma base porcentual de volume, jde componente duro e ligante como um cermet WC da técnica janterior tendo um ligante de Co quando ambos foram jproduzidos a partir de bateladas de pós formuladas emsubstancialmente as mesmas bases porcentuais em peso decomponente duro e ligante.
As figs. 3 a 10 correlacionam a distribuição de elementos(determinados em um microscópio de varredura de elétronspor espectroscopia dispersiva de energia usando ummicroscópio de varredura de elétrons JSM-6400 (Modelo n°ISM65-3, JEOL LTD, Tokio, Japão) equipado com um sistemade pistola catódica de elétrons LaB6 e um sistema deraios-x dispersivo de energia com um detetor de silício-lítio (Oxford Instruments Inc., Anaytical SystemDivision, Microanalysis Group, Bucks, Inglaterra) em umaamostra do Material 9 para seus aspectosmicroestruturais. A fig. 3 é uma imagem por dispersãoposterior de elétrons (IDPE) da microestrutura doMaterial 9 compreendendo um ligante 6 de Co-Ni-Fe,componente duro 4 WC, e um componente duro 10 de carbetode titânio. As figs. 4 a 10 são os mapas de distribuiçãode elementos para tungstênio (W) , carbono (C) , oxigênio(O) , cobalto (Co), níquel (Ni), ferro (Fe) , e titânio(Ti), respectivamente, correspondendo à microestrutura dafig. 3. A coincidência de Co, Ni, e Fe demonstra suapresença como o ligante. A falta de coincidência de Co,Ni, e Fe com W demonstra que o ligante de Co-Ni-Fecementa o carbeto de tungstênio. A área na fig. 10mostrando uma concentração de Ti em combinação com amesma área na IDPE da fig. 3 sugere a presença de umcarbeto contendo titânio.
Estudos de microscopia eletrônica de transmissão (MET) doMaterial 11 da técnica anterior de Material 11 foramconduzidos. Amostras de ambos materiais foram preparadassubstancialmente de acordo com o método descrito em"Fatigue of Hard Metals and Cermets under CyclicallyVarying Stress" (Fadiga de metais duros e cermets sobtensões variando ciclicamente) submetido por UweSchleinkofer como uma Tese de Doutoramento à TechnicalFaculty of the University of Erlangen-Nuernberg, Alemanha(1995) a matéria objeto da qual é incorporada aqui porreferência em sua totalidade no presente pedido depatente. Os estudos foram executados usando ummicroscópio de varredura por transmissão de elétrons(MVTE) Phillips Electronics EM400T equipado com umsistema de raios-x de energia dispersiva com um detetorde silício-lítio (Oxford Instruments Inc., AnalyticalSystem Division, Microanalysis Group, Bucks, Inglaterra).A fig. 11 mostra uma imagem MET do ligante 2 de Co doMaterial 11 da técnica anterior. Falhas de empilhamentoplanar 12 são vistas através de todo o ligante 2 de Co com regiões de altas concentrações de falhas deempilhamento 14. Cada falha de empilhamento representauma camada fina de ligante de Co transformado cfc hcp.Estas regiões de alta concentração de falhas deempilhamento representam significativamente ligante de Co transformado cfc hcp. Uma explicação para as falhas deempilhamento planar é que o ligante de Co tem uma baixaenergia de falha de empilhamento. Consequentemente aimposição de uma tensão e/ou deformação induz atransformação de uma estrutura de outro modo cfc para uma estrutura hcp, endurecendo o ligante de Co. A fig. 12mostra uma imagem MET de uma outra área do ligante 2 deCo próxima a um componente duro de carbeto de tungstênio4 do Material 11 da técnica anterior. Como com a fig. 11,falhas de empilhamento planar 12 são vistas através de todo o ligante de Co 2 com regiões de alta concentraçãode falhas de empilhamento 14.
Em contraste, a fig. 13 mostra uma imagem MET do ligantede Co-Ni-Fe 2 do Material 11. Além disso um componenteduro de carbeto de tungstênio 4, fig. 13 mostradiscordâncias 16. Ao contrário do Material 11 da técnicaanterior, os depositantes acreditam que o ligante de Co-Ni-Fe do Material 11 tem uma energia de falha deempilhamento que suprime a formação de falhas deempilhamento planar. Adicionalmente, os depositantesacreditam que a energia de falha de empilhamento é de umnível que permite movimento de discordâncias irrestritas.As figs. 14, 14a, e 14b mostram uma fotomicrografia METcomparativa, os resultados de difração de áreaselecionada (DAS) ao longo do eixo geométrico da zona[031], e os resultados de DAS ao longo do eixo geométricoda zona [101] para o ligante de Co-Ni-Fe do Material 11.
Os resultados DAS das figs. 14a e 14b são característicosde uma estrutura cfc e da ausência da estrutura hcp.Consequentemente, a imposição de uma tensão e/oudeformação no ligante de Co-Ni-Fe gerou defeitos nãoplanares tais como o discordâncias 16. Tal comportamentoindica que existe uma maior deformação plástica noligante de Co-Ni-Fe que no ligante de Co. Asconseqüências da deformação plástica limitada no ligantede Co estão dramaticamente mostradas nas figs. 15 e 15a.Estas imagens MET mostram uma trinca 22 que se formou noligante de Co 4, a orientação da trinca 20 e 10', e suacoincidência com a orientação de falha de empilhamento 18e 18'. Em contraste, os benefícios da plasticidade doligante de Co-Ni-Fe estão mostrados nas figs. 16 e 16a.Estas imagens MET mostram uma única discordância 38,marcas de deslize de discordância 26 na superfície deseção fina MET, e a alta densidade de discordânciasirrestritas, não planares, que é característica de altadeformação plástica 24 do ligante de Co-Ni-Fe 6.As resistências à ruptura transversal (RRT) medidas parao Material 9 da técnica anterior e Material 9 foramanalisadas usando estatísticas de Weibull. A fig. 17apresenta a plotagem de distribuição de Weibull da RRTpara o Material 9 da técnica anterior tendo um ligante deCo (representado por círculos abertos "O") e Material 9(representado por pontos "."). 0 Material 9 da técnicaanterior tem um módulo de Weibull de cerca de 2 0,4 e umaRRT média (resistência à flexão) de cerca de 1949 MPa,ambas as quais foram determinadas a partir da equação deajuste linear pelos mínimos quadrados ln(ln(l/(l -F))) =20,422 . ln(o/MPa) - 154,7 (representada na figura pelalinha ----). Nesta equação F= (i — 0,5)/Ni, onde i éo número da amostra e Ni é o número total de amostrastestadas e σ é a medição da resistência à flexão domaterial. O Material 9 tem um módulo Weibull de cerca de- 27,9 e uma RRT média (resistência à flexão) de cerca de- 2050 MPa, ambas as quais foram determinadas a partir daequação de ajuste linear dos mínimos quadrados ln(ln(l/(l- F))) = 27,915 · In(σ/MPa) - 212,87 (representada nafigura pela linha ----).
As RRT medidas para o Material 10 da técnica anterior eMaterial 10 foram analisadas usando estatísticas deWeibull. A fig. 18 representa a plotagem da distribuiçãode Weibull da RRT do Material 10 da técnica anteriortendo um ligante de Co (representado por círculos abertos"0") e Material 10 (representado por pontos "·"). OMaterial 10 da técnica anterior tem um módulo Weibull decerca de 32,4 e uma RRT média (resistência â flexão) decerca de 1942 MPa, ambas as quais foram determinadas apartir da equação de ajuste linear pelos mínimosquadrados In(ln(1/(1 - F))) = 32,4189 · In(σ/MPa) -245,46 (representada na figura pela linha ----). 0Material 10 tem um módulo Weibull de cerca de 9,9 e umaRRT média (resistência à flexão) de cerca de 2089 MPa,ambas as quais foram determinadas a partir da equação deajuste linear pelos mínimos quadrados ln(ln(l/(l — F))) =9,9775 · In(σ/MPa) — 75,509 (representada na figura pelalinha ----).
As RRT medidas para o Material 12 da técnica anterior eMaterial 12 foram analisadas usando estatísticas deWeibull. A fig. 19 apresenta a plotagem de distribuiçãode Weibull das resistências à ruptura transversal (RRT)para o Material 12 da técnica anterior tendo um ligantede Co (representado por círculos abertos "O") e Material12 (representado por pontos "·") . O Material 12 datécnica anterior tem um módulo Weibull de cerca de 35,1 euma resistência à ruptura transversal (resistência àflexão) de cerca de 2085 MPa, ambas as quais foramdeterminadas a partir da equação de ajuste linear pelosmínimos quadrados In(ln(1/(1 -F))) = 35,094 · In(σ/MPa)— 268,2 (representada na figura pela linha ----). OMaterial 12 tem um módulo Weibull de cerca de 17,2 e umaresistência à ruptura transversal (resistência à flexão)de cerca de 2110 MPa, ambas as quais foram determinadas apartir da equação de ajuste linear pelos mínimosquadrados ln(ln(l/(l -F))) = 17,202 * ln(a/MPa) - 131,67(representada na figura pela linha ----).Os desempenhos quanto a fadiga do Material 10 da técnicaanterior e do Material 10 foram avaliados à temperaturacerca de ambiente, a cerca de 700°C ao ar (ambasdeterminadas substancialmente de acordo com o métododescrito em U. Schleinkofer, H. F. Sockel, P. Schlund, K.Górting, W. Heinrich, Mat. Sei. Eng. A194 (1995) 1; U.Schleikofer, Doctorate Thesis, University of Erlangen- Nürnberg, Erlangen, 1995; U. Schleinkofer, H. G. Sockel,K. Gort ing, W. Heinrich, Mat. Sei. Eng. A209 (1996) 313;e U. Schleinkofer, H. G. Sockel, K. Gõrting, W. Heinrich,Int. J. of Refratory Metals & Hard Materials (Jornalinternacional de metais refratários e materiais duros) 15(1997) 103 a matéria objeto dos quais é incorporada aquipor referência em sua totalidade no presente pedido depatente), e em cerca de 7000C em uma atmosfera de argônio(determinada substancialmente de acordo com B. Roebuck,M. G. Gee, Mat. Sei. Eng. A209 (1996) 358 a matériaobjeto da qual é incorporada aqui por referência em suatotalidade no presente pedido de patente) e é mostradonas figs. 20, 21, e 22, respectivamente. Em particular, afig. 20 mostra a amplitude de tensão (omax) como umafunção de ciclos até a falha à temperatura ambiente ao arpara o Material 10 da técnica anterior (representado porcírculos abertos "0") e Material 10 (representado porpontos "·"). A fig. 21 mostra a amplitude de tensão(amax) como uma função de ciclos até a falha testado a700 °C ao ar para comparação do Material 10 da técnicaanterior (representado por "0") e Material 10(representado por pontos "·") . A fig. 22 mostra dados dedesempenho quanto a fadiga de ciclo baixo (amplitude detensão (omax) como uma função de ciclos até a falhatestados) a 7000C em uma atmosfera de argônio para oMaterial 10 da técnica anterior (representado porcírculos abertos "O") e Material 10 (representado porpontos "."). Em todos três testes, o Material 10 tevepelo menos uma vida de fadiga tão longa quanto o Material10 da técnica anterior e geralmente uma vida melhorada.Como é visto na fig. 20, o Material 10 possui uma vida defadiga superior. Em particular, três testes foraminterrompidos (designados "·->" na fig. 20) no definidotempo de vida infinita definido como 200.000 ciclos.
Adicionalmente, a fig. 22 claramente demonstra que oMaterial 10 tem uma vida de fadiga superior para o mesmonível de tensão a temperaturas elevadas.
As patentes e outros documentos aqui identificados sãoaqui neste incorporados por referência em sua totalidadeno presente pedido de patente.
Outras configurações da invenção serão aparentes àquelesexperientes na técnica a partir de uma consideração daespecificação ou prática da invenção divulgada aqui. Porexemplo, os cermets da presente invenção podem ser usadospara manipulação ou remoção de materiais incluindo, porexemplo, aplicações de mineração, construção, agrícola, ede remoção metálica. Alguns exemplos de aplicaçõesagrícolas incluem capas de sementes, insertos paraferramentas agrícolas, lâminas de discos, cortadores ouaparadores de troncos, ferramentas ranhuradoras, eferramentas de trabalho com a terra. Alguns exemplos deaplicações de mineração e construção incluem ferramentasde corte ou escavação, brocas para terra, brocas paraminério ou rocha, lâminas de equipamentos de construção,cortadores rolantes, ferramentas de corte para terra,máquinas de trituração, e ferramentas de escavação.Alguns exemplos de aplicações de remoção de materiaisincluem brocas, fresas de topo, alargadores, ferramentasformadoras de rosca, insertos para corte ou usinagem demateriais, insertos para corte ou usinagem de materiaisincorporando aspectos de controle de cavaco, e insertospara corte e usinagem de materiais compreendendorevestimento aplicado por qualquer de deposição de vaporquímico (DQV), deposição de vapor por pressão (DPV),revestimento por conversão, etc. Um exemplo específico douso dos cermets da presente invenção inclui o uso doMaterial 3 da Tabela 1 como um punção de cabeça deparafuso. Cermets usados como punções de cabeça deparafuso devem possuir alta resistência a impacto. 0Material 3, um cermet WC compreendendo cerca de 22% empeso de ligante de Co-Ni-Fe foi testado contra o Material4 da técnica anterior, um cermet WC compreendendo cercade 27% em peso de ligante de Co. Punções de cabeça deparafuso produzidos do Material 3 consistentementesuperaram punções de cabeça de parafuso produzidos deMaterial 4 da técnica anterior — produzindo 60.000-90.000parafusos versus 30.000-50.000 parafusos. Adicionalmente,foi notado que o Material 3 foi mais prontamente usinado(p. e., formador de cavaco) que o Material 4 da técnicaanterior.
É pretendido que a especificação e exemplos sejamconsiderados como ilustrativos somente, com o verdadeiroescopo e espírito da invenção sendo indicado pelasreivindicações seguintes.

Claims (20)

1. Cermet, caracterizado pelo fato de compreender:pelo menos um componente duro e um ligante de Co-Ni-Fecompreendendo 40% em peso a 90% em peso de cobalto, o remanescente do citado ligante consistindo de níquel eferro e impurezas incidentais, com um teor de níquel depelo menos 4% em peso mas não mais que 36% em peso docitado ligante e um teor de ferro de pelo menos 4% empeso mas não mais que 36% em peso do citado ligante, com o citado ligante tendo uma razão de Ni:Fe de 1,5:1 a-1:1,5; sendo que o citado componente duro compreende pelomenos um de carbetos, nitretos, carbonitretos, suasmisturas, e suas soluções sólidas; e sendo que o ligantede Co-Ni-Fe tem uma estrutura cúbica de face centrada (cfc) e não experimenta transformações de fase induzidaspor tensão ou deformação; com a ressalva de que o cermetnão compreenda um ligante de Co-Ni-Fe consistindo de 50%em peso de cobalto, 25% em peso de níquel, e 25% em pesode ferro.
2. Cermet, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o citado ligante de Co-Ni-Fesubstancialmente ser austenítico.
3. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 ou 2, caracterizado pelo fato de o citado ligante ter uma razão de Ni:Fe de 1:1.
4. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 3, caracterizado pelo fato de o citado ligante teruma razão de cobalto:níquel:ferro de 1,8:1:1.
5. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações -1 a 4, caracterizado pelo fato de o citado ligantecompreender de 0,2 a 3 5% em peso do cermet.
6. Cermet, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de o citado ligante compreender de 3 a 30% empeso do cermet.
7. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 6, caracterizado pelo fato de o citado componenteduro compreender pelo menos um carbeto de um doselementos titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio,tântalo, cromo, molibdênio, e tungstênio.
8. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 7, caracterizado pelo fato de o citado componenteduro compreender pelo menos um carbonitreto de um doselementos titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio,tântalo, cromo, molibdênio, e tungstênio.
9. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 8, caracterizado pelo fato de pelo menos um doscitados carbetos ser carbeto de tungstênio (WC).
10. Cermet, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de, adicionalmente, compreenderpelo menos um carbeto de um dos elementos titânio,zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo, cromo, emolibdênio.
11. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-9 ou 10, caracterizado pelo fato de, adicionalmente,compreender pelo menos um carbonitreto de um doselementos titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio,tântalo, cromo, molibdênio, e tungstênio.
12. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 8, caracterizado pelo fato de pelo menos um doscitados carbonitretos ser carbonitreto de titânio (TiCN).
13. Cermet, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de, adicionalmente, compreenderpelo menos um carbeto de um dos elementos titânio,zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo, cromo,molibdênio, e tungstênio.
14. Cermet, de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 ou 13, caracterizado pelo fato de, adicionalmente,compreender pelo menos um carbonitreto de um doselementos zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo,cromo, molibdênio, e tungstênio.
15. Método para fabricar um cermet, conforme definido emqualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizadopelo fato de compreender as etapas de:prover pelo menos um componente duro, compreendendo pelomenos um de carbetos, nitretos, carbonitretos, suasmisturas, e suas soluções sólidas;combinar um ligante com o componente duro para formar umamistura de pós, o citado ligante compreendendo 40% empeso a 90% em peso de cobalto, o remanescente do citadoligante consistindo de níquel e ferro e impurezasincidentais, com um teor de níquel de pelo menos 4% empeso mas não mais que 36% em peso do citado ligante e umteor de ferro de pelo menos 4% em peso mas não mais que 36% em peso do citado ligante, com o citado ligante tendouma razão de Ni: Fe de 1,5:1 a 1:1,5; com a exclusãoentretanto, de uma composição de ligante consistindo de 50% em peso de cobalto, 25% em peso de níquel, e 25% empeso de ferro; edensificar a mistura de pós para produzir o cermet.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de a densificação compreender umprocesso de sinterização a vácuo ou sinterização porpressão.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de o citado ligantecompreender uma mistura de cobalto, níquel e ferro.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de o citado ligantecompreender uma liga de cobalto, níquel e ferro.
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado pelo fato de o citado componenteduro compreender pelo menos um carbeto de um doselementos titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio,tântalo, cromo, molibdênio e tungstênio.
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de o citado componenteduro compreender pelo menos um carbonitreto de um doselementos titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio,tântalo, cromo, molibdênio e tungstênio.
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