Tesis doctoral de David Coureaux Mustelier
Los carburos cementados son materiales compuestos constituidos por carburos inmersos en una fase metálica que actúa como ligante. La combinación más efectiva es la correspondiente a carburos de wolframio (wc) y una solución sólida de base cobalto (co), referida comúnmente en la práctica industrial como ¿metal duro¿. Este tipo de aleaciones representa la base de este estudio. La microestructura bifásica del metal duro dota a estos materiales de unas propiedades excepcionales. En consecuencia, los carburos cementados se han posicionado como opciones idóneas al momento de seleccionar materiales para aplicaciones tribomecánicas. Sin embargo, la implementación de estos materiales se ve limitada en algunas aplicaciones por la rotura prematura de componentes y herramientas, requiriendo entonces que propiedades como tenacidad de fractura, resistencia a fatiga y tolerancia al daño inducido en servicio jueguen un papel más relevante (en comparación a la dureza y la resistencia al desgaste) para poder alcanzar una mejora significativa en el rendimiento de estas piezas. Esto es especialmente cierto en el caso de calidades submicrométricas, ultrafinas y nanométricas, ya que ellas exhiben niveles de dureza superiores a expensas de valores de tenacidad de fractura inferiores. La presente tesis doctoral se centra en el estudio de parámetros de diseño relevantes para aplicaciones limitadas por la rotura prematura: resistencia a la fractura, sensibilidad a la fatiga y tolerancia al daño inducido bajo solicitaciones de contacto. La investigación se lleva a cabo sobre ocho aleaciones de carburos cementados wc-co, correspondiendo la mayoría de ellas a calidades ultafinas y nanométricas. El estudio de la fractura del metal duro se realiza siguiendo enfoques basados en conceptos de tolerancia al daño y de probabilidad de fallo (fiabilidad). Así, se encuentra que el comportamiento a fractura de estos materiales se puede racionalizar satisfactoriamente en el marco de la mecánica de la fractura elástica lineal, bajo la consideración de la tenacidad de fractura como el parámetro intrínseco del material que rige las condiciones de fallo. Asimismo, una mayor tenacidad implica menor dispersión en los valores de resistencia a rotura; y por tanto, mayor fiabilidad. La investigación sobre fatiga del metal duro se lleva a cabo en probetas lisas y entalladas, buscando documentar la resistencia a fatiga del material así como la sensibilidad a la presencia de concentradores de tensiones bajo cargas cíclicas. Se concluye que el límite y la susceptibilidad a fatiga de los carburos cementados son fuertemente dependientes de la microestructura, según la ductilidad efectiva de la fase ligante. Sin embargo, mayores niveles de tenacidad resultan en una menor severidad de los concentradores de tensiones bajo solicitaciones cíclicas, lo cual resulta en un efecto complejo de la microestructura sobre la resistencia a fatiga de componentes entallados. Finalmente, el estudio de la tolerancia al daño inducido bajo condiciones de servicio se aborda implementando la técnica de indentación esférica (contacto hertziano). Se observa que la microestructura ejerce una influencia relevante en la respuesta mecánica bajo solicitaciones de contacto. Ello se refleja en una transición en el modo de daño, de frágil (fisuras anillo) a dúctil (deformación cuasi-plástica), al aumentar la tenacidad de fractura. Ambos mecanismos de daño afectan la integridad mecánica del material. En el caso de las calidades frágiles se obtiene una caída abrupta de la resistencia a rotura (residual) asociada a las fisuras inducidas, mientras que para los materiales más tenaces se observa una degradación menos brusca y gradual gobernada por el microdaño asociado a la deformación cuasi-plástica. En este contexto, se concluye que a medida que se incrementa la tenacidad de fractura de los carburos cementados también aumenta la tolerancia al daño inducido bajo solicitaciones de contacto, tanto monotónicas como cí
Datos académicos de la tesis doctoral «Comportamiento mecánico de carburos cementados wc-co: influencia de la microestructura en la resistencia a la fractura, la sensibilidad a la fatiga y la tolerancia al daño inducido bajo solicitaciones de contacto.«
- Título de la tesis: Comportamiento mecánico de carburos cementados wc-co: influencia de la microestructura en la resistencia a la fractura, la sensibilidad a la fatiga y la tolerancia al daño inducido bajo solicitaciones de contacto.
- Autor: David Coureaux Mustelier
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 05/10/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Luis Llanes Pitarch
- Tribunal
- Presidente del tribunal: marcos Juan Anglada gomila
- daniel Casellas padro (vocal)
- vicente Amigó borrás (vocal)
- yadir Torres hernandez (vocal)