Avaliação da tenacidade à fratura através do ensaio de indentação em pastilhas de metal duro

Abstract

O teste de indentação Vickers tem sido muito utilizado para avaliação da dureza superficial em diferentes tipos de materiais. Devido à sua versatilidade, esta metodologia também é utilizada para avaliar diferentes propriedades mecânicas, como o módulo de Young (E) e a tenacidade à fratura (K IC), principalmente em materiais sinterizados como, por exemplo, o carboneto de tungstênio com cobalto (WC-Co). Este material é usado na fabricação de ferramentas de corte, uma vez que possui altas dureza e resistência à compressão, porém baixa tenacidade à fratura, diminuindo sua vida útil quando submetido a severas condições de desgastes. Entretanto, devido a essas características mecânicas peculiares, o WC-Co apresenta análise difícil através dos ensaios convencionais, principalmente para avaliação da tenacidade à fratura. Por isso, o objetivo do presente trabalho foi avaliar experimentalmente a dureza e a tenacidade à fratura de duas pastilhas comerciais de carboneto de tungstênio contendo cobalto a partir do ensaio Vickers. Um procedimento simples e barato de preparação da amostra consistiu de um polimento seletivo foi utilizado com o intuito de se evitar tensões residuais superficiais. Em seguida, avaliou-se a distribuição dos carbonetos de tungstênio na matriz de cobalto através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados desta análise mostraram uniformidade na dispersão do carboneto de tungstênio na matriz de cobalto, indicando que o processo de preparação da amostra não acarretou grandes tensões residuais superficiais. Determinaram-se os valores de dureza e de tenacidade à fratura das pastilhas estudadas e estes resultados se mostraram de acordo com os dados encontrados na literatura.The Vickers indentation testing is commonly used for hardness surface measurement for different types of materials. This testing method is quite versatile and it is used to evaluate different mechanical properties, such as Young modulus (E) and fracture toughness (KIC), particularly in sintered materials like the tungsten carbide with cobalt (WC-Co). This material is used in the manufacturing of cutting tools, once it has very high surface hardness and also compression strength, although low fracture toughness values, which decreases its service life when submitted to high wear conditions. However, due to those peculiar mechanical properties, the WC-Co presents difficult analysis through conventional testing techniques, mainly considering fracture toughness evaluation. For that reason, the aim of this work was to evaluate experimentally the hardness and fracture toughness in two commercial tools, made of tungsten carbide with cobalt, through Vickers indentation testing. A simple and low cost procedure of sample preparation was used, consisted of a selective polishing, in order to avoid superficial residual stresses. In sequence, the scanning electron microscope (SEM) was used to evaluate the distribution of tungsten carbide in the cobalt matrix. The results of this analysis have shown uniformity in the tungsten carbide dispersion in the cobalt matrix, indicating that the sample preparation process did not create great values of superficial residual stresses. The experimental hardness and fracture toughness values were obtained, which have agreed with the ones found in the literature.