Propiedades mecánicas de cermets basados en diboruro de titanio
Mechanical properties of titanium diboride based cermets

J. M. Sánchez, I. Azcona, F. Castro
2000 Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio  
INTRODUCCIÓN El refuerzo mediante el uso de matrices metálicas ha sido una idea comúnmente utilizada no sólo para aumentar la tenacidad del diboruro de titanio (TiB 2 ) sino también su sinterabilidad (1-5). Metales como el hierro, el cobalto o el níquel fueron los primeros utilizados para la sinterización en fase líquida del TiB 2 . Sin embargo, estos metales de transición reaccionan con el diboruro de titanio para formar boruros metálicos del tipo MB, M 2 B y M 23 B 6 (con M = Fe, Ni, Co, Ti),
more » ... = Fe, Ni, Co, Ti), que son incluso más frágiles que el propio TiB 2 (5). Trabajos recientes (6-9) han demostrado que ciertas aleaciones de hierro y níquel con adiciones controladas de titanio y aluminio pueden usarse como ligantes para el TiB 2 , ya que inhiben la formación de estos boruros secundarios. La composición química de estas aleaciones, estables en fase líquida con el diboruro de titanio, han sido determinadas mediante cálculos termodinámicos (9). Siguiendo esta ruta se han producido diversos cermets basados en TiB 2 con fases ligantes metálicas e intermetálicas. El objetivo de este trabajo es presentar las propiedades mecánicas más significativas de estos nuevos cermets: dureza, resistencia a la flexión, módulo de elasticidad y, especialmente, tenacidad además de discutir los mecanismos de refuerzo observados para las diversas fases intergranulares. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Materiales De acuerdo con los resultados obtenidos en anteriores trabajos (9,10), se han seleccionado tres aleaciones metálicas para estudiar su efecto sobre las propiedades mecánicas de los cermets basados en TiB 2 (Tabla I). Los contenidos de fase ligante seleccionados para dichos cermets oscilan entre 8% y 30% en volumen. Las propiedades mecánicas de los cermets basados en diboruro de titanio (TiB 2 ) dependen críticamente de la composición de la fase ligante. Se ha comprobado que tanto la tenacidad como la dureza aumentan significativamente si se evita la formación de boruros secundarios durante la sinterización en fase líquida. Las observaciones fractográficas realizadas en cermets basados en TiB 2 sin boruros secundarios confirman el comportamiento plástico de la fase ligante durante la fractura. La ruta pulvimetalúrgica aplicada a estos materiales permite la modificación intencionada de la estructura de la fase ligante desde ferrita a austenita mediante adiciones de aluminio a las mezclas de polvos. Los valores de tenacidad más elevados se han obtenido para los cermets con matriz austenítica. El análisis mediante difracción de rayos X de la superficie de fractura de estos materiales confirma que la fase ligante experimenta transformación martensítica durante la fractura, mecanismo de aumento de tenacidad ya observado en otros sistemas. Esta nueva familia de materiales duros presenta una excelente combinación de dureza y tenacidad, comparable a la obtenida con grados comerciales de carburos cementados (WC-Co). Palabras clave: Diboruro de titanio, cermets, dureza, tenacidad, transformación martensítica. Mechanical properties of titanium diboride based cermets Mechanical properties of titanium diboride (TiB 2 ) cermets critically depend on the composition of the binder phase. Both, fracture toughness and hardness, are substantially increased by avoiding the formation of extremely brittle secondary borides formed during sintering by chemical reactions between TiB 2 and the metallic additives. Fractographic observations of TiB 2 cermets without secondary borides show the presence of ductile ligaments of the binder phase bridging the advancing crack tip. The powder metallurgy processing route applied to these materials allows modification of the binder phase structure from the ferritic iron-aluminium phase to Fe-Ni-Al austenite by changing the aluminium content of the powder mixtures. The highest toughness values have been obtained for the TiB 2 cermets with an austenitic binder phase. X-ray diffraction analyses of the fracture surfaces of such samples show that the binder phase is metastable exhibiting stress induced martensitic transformation during fracture. This new family of materials presents an outstanding combination of hardness and toughness, comparable to those obtained with commercial grades of tungsten carbide (WC) hardmetals.
doi:10.3989/cyv.2000.v39.i3.835 fatcat:hyz76663h5ejzpjrvhmwqcvz3e