Damage tolerance of cemented carbides under service-like conditions
- Autores: José María Tarragó Cifre
- Directores de la Tesis: Luis Llanes Pitarch (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Marc Joan Anglada Gomila (presid.), Antonio Manuel Mateo García (secret.), Daniele Mari (voc.), Susanne Norgren (voc.), Antonio Rinaldi (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Por un lado, la industria del metal duro está sumergida en una búsqueda constante de materiales de altas prestaciones a un coste reducido. Por el otro lado, las materias primas tienen precios altos y volátiles, que comprometen la estabilidad del mercado. En esta coyuntura, los productores y los usuarios finales están muy interesados, tanto en aumentar el rendimiento, incrementar la vida útil y mejorar la fiabilidad de estos productos, como en su sustitución por materiales alternativos y considerados menos críticos. En este contexto, el desgaste y la ruptura prematura son los dos principales mecanismos que limitan la vida útil de las aplicaciones de metal duro. En la gran mayoría de los casos las rupturas prematuras derivan de la combinación de altas tensiones, tanto monótonas como cíclicas, con el daño inducido durante la vida en servicio, como la corrosión, y el choque térmico. Por lo tanto, con el fin de aumentar fiabilidad en estas aplicaciones, es necesario entender los mecanismos de daño y fallo en estos materiales. Así, el propósito de esta tesis es mejorar el rendimiento y aumentar la fiabilidad de los carburos cementados a partir del desarrollo de materiales con una mayor tolerancia al daño y una menor sensibilidad a fatiga, a través de un óptimo diseño microestructural. La presente investigación se compone de tres partes que abarcan diferentes aspectos relacionados con el desempeño de los metales duros en condiciones de servicio. Las dos primeras secciones están dedicadas a realizar un estudio general sobre la influencia de la microestructura en el comportamiento a fractura y fatiga del metal duro. El objetivo de la tercera sección es evaluar los efectos microestructurales en la tolerancia al daño de los carburos cementados, ya sea inducido por corrosión o por choque térmico.
El principal mecanismo de tenacidad en los carburos cementados reside en el estiramiento plástico de ligamentos metálicos de puenteo que se forman detrás de la punta de la grieta, llamada la zona de multiligamentos. El desarrollo del mecanismo de puenteo implica un incremento de la resistencia a fractura a medida que aumenta la longitud de la grieta. Este mecanismo es conocido como curva-R y su eficacia está íntimamente relacionada con las características microestructurales del material. Así, la primera parte de esta tesis doctoral está dedicada a llevar a cabo una investigación detallada de los mecanismos de fractura en los carburos cementados, y a proponer una relación que permita captar los efectos microestructurales en las características de curva-R de estos materiales.
Por otro lado, la segunda parte de la tesis está dedicada a estudiar la influencia de la microestructura, incluyendo tanto el tamaño de grano de la fase carburo como el contenido de la fase ligante y su naturaleza química, en la sensibilidad a fatiga de los carburos cementados. Así, se ha prestado una atención particular en estudiar el comportamiento a fatiga de los carburos cementados con base níquel y en su comparación con los de base cobalto. Por otro lado, también se ha estudiado la influencia del tamaño de grano en la deflexión de grieta como un mecanismo adicional de aumento de tenacidad, inmune a las solicitaciones cíclicas.
Por último, la tercera sección de esta tesis consiste en un estudio sistemático de la influencia de la microestructura de los carburos cementados en su tolerancia al daño, inducido tanto por corrosión como por choque térmico, con el fin de establecer las directrices para un diseño microestructural óptimo. De este modo, la integridad estructural de carburos cementados se evalúa sobre la base de su resistencia residual a flexión después de la inducción de daño.
