Caracterização Mecânica e Tribológica de Compósitos de WC-Co e WC-AISI 304

Abstract

No âmbito deste trabalho foi realizada a caraterização mecânica e tribológica de compósitos de WC-Co e de WC-AISI 304.Numa primeira fase foram determinadas para os compósitos em estudo as propriedades mecânicas dureza, através do teste de dureza de Vickers com a carga HV30, e tenacidade à fratura através do teste de Palmqvist.Numa segunda fase, com o intuito de caracterizar o comportamento tribológico dos compósitos, foram efetuados ensaios de deslizamento unidirecional não lubrificado com recurso a um tribómetro pino e disco. Os compósitos de WC-Co e de WC-AISI 304 conjugados com dois contra corpos distintos, um de 100Cr6 e outro de Al2O3, formam os quatros sistemas tribológicos estudados. Tanto a carga aplicada como a velocidade de deslizamento foram mantidas constantes entre ensaios com o objetivo de minimizar o número de variáveis e a centrar o estudo nos materiais. A partir dos dados fornecidos pelo tribómetro e posterior tratamento foi possível caracterizar o atrito em forma de curva de atrito e coeficiente de atrito médio. Técnicas de perfilometria e de microscopia ótica permitiram a determinação dos volumes de desgaste do disco e do contra corpo, respetivamente, e a partir destes volumes aferir os correspondentes coeficientes de desgaste.Com base nos resultados obtidos verifica-se que os sistemas que fazem uso do compósito de WC-Co evidenciam menores coeficientes de desgaste comparativamente aos que fazem uso de WC-AISI 304. Verificou-se também que o coeficiente de atrito médio, assim como o coeficiente de desgaste, variam consoante o par tribológico utilizado. Observou-se que o volume de desgaste segue uma tendência de proporcionalidade direta em função da severidade. Adicionalmente foram estabelecidas correlações entre propriedades tribológicas e propriedades mecânicas.

In the scope of this work, a mechanical and tribological characterization of WC-Co and WC-AISI 304 composites was performed.First, the mechanical properties of the composites were determined, hardness through the Vickers indentation test with HV30 load, and fracture toughness through Palmqvist test.Second, in order to characterize the composites tribological behavior, unidirectional non-lubricated sliding tests were performed using a pin on disc tribometer. The WC-Co and WC-AISI 304 composites combined with two different counter-bodies, one of 100Cr6 and another of Al2O3, form the four tribological systems studied. The applied load and the sliding speed were kept constant between tests in order to minimize the number of variables and to focus the study on the materials. From the data provided by the tribometer and subsequent treatment it was possible to characterize the friction in the form of a friction curve and mean friction coefficient. Profilometry and optical microscopy techniques allowed the determination of the wear volumes of the disc and the counter-body, respectively, and from these volumes the corresponding wear coefficients were determined.Based on the results obtained, the systems that make use of the WC-Co composite show lower wear coefficients compared to those that make use of WC-AISI 304. It was also found that the mean coefficient of friction, as well as the coefficient of wear, vary according to the tribological pair used. It was observed that the wear volume follows a trend of direct proportionality to the severity. Additionally, correlations were established between tribological and mechanical properties.