BR112019006192B1

BR112019006192B1 - Inserto de perfuratriz para rocha e corpo de broca de perfuratriz para rocha

Info

Publication number: BR112019006192B1
Application number: BR112019006192-4A
Authority: BR
Inventors: Malin MÅRTENSSON; Ioannis ARVANITIDIS; Krystof TURBA
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2024-02-27
Also published as: WO2018060125A1; AU2021204488A1; AU2017333850B2; MX2019003578A; EP3808867A1; EP3519371A1; KR102457545B1; DK3519371T3; RU2746537C2; CA3036752A1; US20200030886A1; RU2019112668A; ES2958207T3; KR20190062446A; AU2021204488B2; JP7028866B2; ZA201901705B; JP2019536920A; RU2019112668A3; BR112019006192A2

Abstract

Uma inserção de perfuratriz para rocha feita de carboneto cementado que compreende constituintes duros de carboneto de tungstênio (WC) em uma fase aglutinante que compreende Co, em que o carboneto cementado compreende de 4 a 18 % em massa de Co e equilíbrio de WC e impurezas inevitáveis, caracterizada pelo dito carboneto cementado também compreender Cr em uma tal quantidade que a razão em massa de Cr/Co está na faixa de 0,04 a 0,19 e, a diferença entre a dureza a 0,3 mm de profundidade em qualquer ponto da superfície da inserção de perfuratriz para rocha e a dureza da massa da inserção de perfuratriz para rocha é pelo menos 40 HV3.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um inserto de perfuratriz para rocha que compreende um corpo feito de um WC-Co contendo cromo à base de carboneto cementado em que existe um gradiente de dureza significante entre a superfície e a massa do corpo de carboneto cementado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] A perfuração para rocha é uma área técnica em que os insertos que são usados para o propósito de perfuração na rocha são submetidos tanto para condições corrosivas severas quanto para impactos repetidos devido à natureza inerente da perfuração. As técnicas de perfuração diferentes resultarão em cargas de impacto diferentes nos insertos. Particularmente, as condições de impacto severas são encontradas em aplicações tais como as em que os insertos de perfuratriz são montados em um corpo da broca da perfuratriz para rocha de um dispositivo de martelo de superfície (TH), um dispositivo de perfuração de fundo de poço (DTH) ou um dispositivo de perfuração rotativo.

[0003] As condições às quais os insertos de perfuratriz são submetidos durante a perfuração para rocha também exigem que os insertos de perfuratriz tenham uma condutividade térmica predeterminada de modo a evitar que atinjam uma temperatura muito alta.

[0004] Tradicionalmente, os insertos de perfuratriz podem consistir em um corpo feito de carboneto cementado que compreende constituintes duros de carboneto de tungstênio (WC) em uma fase aglutinante que compreende cobalto (Co).

[0005] A presente invenção surge a partir das investigações dos efeitos de adições de cromo aos componentes adicionais que formam o carboneto cementado, antes da compactação e sinterização do compactado. Assim, o carboneto cementado do inserto de perfuratriz para rocha contém cromo em sua fase aglutinante.

O OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0006] É um objetivo da presente invenção apresentar um inserto de perfuratriz para rocha que é melhorado em comparação com os insertos da técnica anterior feito de WC-Co à base de carboneto cementado no sentido que têm uma melhor resistência à corrosão que reduz o desgaste em condições de perfuração úmida. Ainda assim, o carboneto cementado deve ter uma dureza e ductilidade aceitáveis para suportar a carga de impacto repetida que será submetida durante o uso. Em outras palavras, não deve ser muito frágil. Além disso, é um objetivo apresentar um inserto de perfuratriz para rocha tanto com um aumento de resistência ao desgaste quanto com um aumento de tenacidade ao impacto reduzindo os danos precoces e as falhas de carga de flexão.

DEFINIÇÕES

[0007] Pelo termo “massa” é aqui significado o carboneto cementado da parte mais interna (centro) do inserto de perfuratriz para rocha.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] O objetivo da invenção é obtido por meio de um inserto de perfuratriz para rocha feito de carboneto cementado que compreende constituintes duros de carboneto de tungstênio (WC) em uma fase aglutinante que compreende Co, em que o carboneto cementado compreende 4 a 18 % em massa de Co e equilíbrio de WC e impurezas inevitáveis, caracterizada pelo dito carboneto cementado também compreender Cr em uma tal quantidade que a razão em massa de Cr/Co é 0,04 a 0,19, e, a diferença entre a dureza a 0,3 mm de profundidade em qualquer ponto da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza mínima da massa do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 40 HV3.

[0009] O inserto de perfuratriz para rocha da presente invenção é produzido por meio de um processo em que um pó que compreende os elementos do carboneto cementado é moído e compactado em um compactador que é então sinterizado. Uma etapa de moagem para obter a dimensão precisa do inserto da perfuratriz é geralmente feita. Um inserto da perfuratriz da presente invenção geralmente tem uma parte de base cilíndrica e uma parte de superior arredondada que pode ser hemisférica, cônica ou assimétrica. Tipicamente, a superfície curva da parte de base cilíndrica é moída para obter o diâmetro preciso desejado, enquanto as superfícies da parte superior e da parte de base circular são mantidas em seu estado sinterizado. O inserto da perfuratriz é então submetido ao pós-tratamento que introduz altos níveis de tensões de compressão no inserto, tal como um processo de colisão oscilante de alta energia especial.

[0010] Os efeitos combinados de indução de tensão de compressão e endurecimento do aglutinante foram surpreendentemente descobertos sendo particularmente fortes para insertos contendo cromo tanto durante o tratamento de pré-aplicação no processo de colisão oscilante de alta energia como também durante a própria aplicação de perfuração. Assim, os insertos de perfuratriz com base em um carboneto cementado contendo cromo da presente invenção fornecerão um endurecimento de superfície mais forte durante a perfuração real do que insertos de perfuratriz de carboneto cementado que não contenham cromo.

[0011] O resultado é o desgaste reduzido e o aumento da resistência para rotação do inserto durante o seu uso. Também, a adição de Cr resulta em uma melhoria da resistência à corrosão da fase aglutinante de Co, que reduz o desgaste em condições de perfuração úmida.

[0012] Se a razão de Cr/razão de Co em massa for muito baixa, os efeitos positivos mencionados de Cr serão muito pequenos. Se, por outro lado, a razão de Cr/razão de Co em massa for muito alta, haverá uma formação de carbonetos de cromo em que o cobalto é dissolvido, pelo que a quantidade de fase aglutinante é significantemente reduzida e o carboneto cementado se torna muito frágil.

[0013] O tamanho do grão de WC é escolhido para se adequar as propriedades finais desejadas do carboneto cementado em termos de, por exemplo, condutividade térmica e não fragilidade do carboneto cementado. De acordo com uma modalidade o tamanho médio do grão de WC é superior a 1 μm, ou superior a 1,25 μm, ou superior a 1,5 μm, ou superior a 1,75 μm, ou superior a 2,0 μm. Se o tamanho do grão de WC for muito grande, o material se torna difícil de sinterizar. Portanto, é preferível que o tamanho médio do grão de WC seja inferior a 18 μm, ou inferior a 15 μm, ou inferior a 10 μm, ou inferior a 5 μm. O tamanho médio do grão de WC é determinado com o método como descrito na seção dos Exemplos aqui.

[0014] Em uma modalidade, o carboneto cementado compreende de 4,5 a 15 % em massa de Co, ou 5 a 12 % em massa de Co.

[0015] De acordo com uma modalidade preferida, a razão em massa de Cr/Co é 0,075 a 0,15.

[0016] De acordo com ainda uma modalidade preferida, a razão em massa de Cr/Co é 0,085 a 0,15.

[0017] De acordo com ainda uma outra modalidade preferida, a razão em massa de Cr/Co é 0,085 a 0,12.

[0018] Ainda que o Cr esteja em uma grande extensão presente na fase aglutinante como dissolvido em cobalto, alguma quantidade de carbonetos de cromo não dissolvidos, usualmente adicionados como Cr3C2 no processo de produção, podem permanecer no carboneto cementado. Até 3% em massa, de preferência até 2% em massa, com maior preferência até 1% em massa, carbonetos de cromo (como carbonetos adicionados, ou Cr3C2) podem ser permitidos no carboneto cementado. Isto significa que em uma modalidade o carboneto cementado contém até 3% em massa, de preferência até 2% em massa, com maior preferência até 1% em massa, carbonetos de cromo (como carbonetos adicionados, ou Cr3C2). Se presente, o tamanho médio do grão dos carbonetos de cromo (como carbonetos adicionados, ou Cr3C2) é de preferência abaixo de 1 μm.

[0019] Em uma modalidade, todos os carbonetos adicionados de cromo, ou Cr3C2, são dissolvidos em cobalto, e o carboneto cementado sinterizado é essencialmente isento de carbonetos de cromo não dissolvidos (como carbonetos adicionados, ou Cr3C2). De preferência, para evitar a presença de tais carbonetos de cromo, a razão de Cr/Co deve ser suficientemente baixa para garantir que o teor máximo de cromo não exceda o limite de solubilidade de cromo em cobalto a 1000°C.

[0020] De modo a evitar a geração de carboneto de cromo ou grafite na fase aglutinante, a quantidade de carbono adicionado deve estar em um nível suficientemente baixo.

[0021] De preferência, o carboneto cementado sinterizado é isento de qualquer grafite e é também isento de qualquer fase n.

[0022] De acordo com ainda uma outra modalidade, M7C3 está presente no carboneto cementado. Neste caso M é uma combinação de Cr, Co e W, isto é, (Cr,Co,W)7C3. A solubilidade de Co pode chegar a 38 % em do teor metálico no carboneto M7C3. O equilíbrio exato de Cr:Co:W é determinado pelo teor de carbono total do carboneto cementado. A razão de Cr/M7C3 (Cr como % em peso e M7C3 como % em volume) no carboneto cementado é adequadamente igual a ou acima de 0,05, ou igual a ou acima de 0,1, ou igual a ou acima de 0,2, ou igual a ou acima de 0,3, ou igual a ou acima de 0,4. A razão de Cr/M7C3 (Cr como % em peso e M7C3 como % em volume) no carboneto cementado é adequadamente igual a ou inferior a 0,5, ou igual a ou inferior a 0,4. O teor de M7C3 é definido como % em volume visto que é assim praticamente medido. Os efeitos negativos esperados em perfuração para rocha pela presença de M7C3 não podem supreendentemente ser observados. Tais efeitos negativos em perfuração para rocha teriam sido a fragilidade do carboneto cementado devido ao carboneto adicional e também tenacidade reduzida devido à redução de teor da fase aglutinante (Co) quando M7C3 é formado. Assim, a faixa aceitável para teor de carbono durante a produção de carboneto cementado pode ser mais ampla visto que M7C3 pode ser aceito. Esta é uma grande vantagem da produção.

[0023] Os insertos de perfuratriz são submetidos aos impactos intensos durante o uso e tradicionalmente um inserto de perfuratriz para rocha usado é considerado ser melhor (mais resistente) do que um novo, não usado uma vez que o endurecimento por deformação e o acúmulo de tensões de compressão ocorreram no lugar e perto da superfície de um inserto usado tendo sido ativo em perfuração para rocha. O risco de falha da broca de perfuração é portanto reduzido para um inserto usado quando em comparação com um novo. A presente invenção fornece um inserto de perfuratriz para rocha que já desde o início, como um novo inserto, apresenta uma grande diferença de dureza entre a superfície do inserto de perfuratriz para rocha e seu interior, e o inserto de perfuratriz para rocha tem uma dureza de superfície mais similar a um inserto usado. Portanto, um inserto de perfuratriz para rocha de acordo com a presente invenção apresenta um risco menor de dano precoce e falha.

[0024] Também, a grande diferença de dureza entre a superfície da inserto de perfuratriz para rocha e seu interior está presente sobre toda a superfície e portanto, também reduzirá o risco de outros tipos de falhas durante o manuseio.

[0025] Em uma modalidade, a diferença entre a dureza a 0,3 mm de profundidade em qualquer ponto da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza mínima da massa do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 50 HV3, ou pelo menos 60 HV3, ou pelo menos 70 HV3, ou pelo menos 80 HV3, ou pelo menos 90 HV3.

[0026] A razão para usar a valor de dureza de 0,3 mm abaixo da superfície é que com o método de indentação Vickers usado, como descrito no Exemplo 5, é difícil medir a dureza na própria superfície.

[0027] Em uma modalidade, a diferença entre a dureza a 0,3 mm de profundidade em qualquer ponto 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza a 1 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 20 HV3, ou pelo menos 25 HV3, ou pelo menos 30 HV3, ou pelo menos 35 HV3.

[0028] Em uma modalidade existe pelo menos uma parte do inserto de perfuratriz para rocha onde a diferença entre a dureza a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza da massa do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 90 HV3, ou pelo menos 100 HV3, ou pelo menos 120 HV3.

[0029] Em uma modalidade existe pelo menos uma parte do inserto de perfuratriz para rocha onde a diferença entre a dureza a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza a 1 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 30 HV3, ou pelo menos 35 HV3, ou pelo menos 40 HV3.

[0030] Em uma modalidade a diferença entre a dureza média a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza média a 1 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 30 HV3, ou pelo menos 35 HV3, ou pelo menos 40 HV3, ou pelo menos 45 HV3. A dureza média em uma certa profundidade é definida como a média de pelo menos 50 valores de dureza medidos a uma certa profundidade uniformemente distribuída em torno do inserto.

[0031] Em uma modalidade a diferença entre a dureza média a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza média na massa do inserto de perfuratriz para rocha é pelo menos 50 HV3, ou pelo menos 60 HV3, ou pelo menos 70 HV3, ou pelo menos 80 HV3. A dureza média a 0,3 mm de profundidade é definida como a média de pelo menos 50 valores de dureza medidos a uma certa profundidade uniformemente distribuída em torno do inserto.

[0032] O teor da fase aglutinante do carboneto cementado é substancialmente igual ao longo do inserto de perfuratriz para rocha, isto é, nenhum gradiente substancial de teor de Co está presente ao passar da superfície do inserto de perfuratriz para rocha para seu interior. Uma pequena diferença no teor de Co pode, entretanto, aparecer em uma zona mais alta entre a superfície e abaixo de uma profundidade de 0,2 mm.

[0033] O inserto de perfuratriz para rocha da presente invenção tem uma razão em massa de Cr/Co na massa dentro da faixa de 0,04 a 0,19.

[0034] O inserto de perfuratriz para rocha da presente invenção que foi submetido ao pós-tratamento que introduz altos níveis de tensões de compressão no inserto, tal como o processo de colisão oscilante de alta energia, exibe uma coercividade magnética (Hc) aumentada como em comparação com uma não tratada, e também um aumento de coercividade significantemente maior (ΔHc) do que quando tratamento vibracional convencional é aplicado. Por exemplo, Valores de ΔHc de > 5% e até > 6% podem ser alcançados por um carboneto cementado contendo 6% em peso de Co e 0,6% em peso de Cr e > 10% para um grau de carboneto cementado contendo 11 % em peso de Co e 1,1 % em peso de Cr (consultar, Exemplos 4 e 5). Para o carboneto cementado contendo Cr usado nos insertos de perfuração da invenção o aumento em ΔHc corresponde bem com o aumento em tenacidade ao impacto, como mostrado adicionalmente na Figura 16.

[0035] Em uma modalidade, a diferença ΔHc21 em % entre a coercividade magnética Hc2 do inserto de perfuratriz para rocha da invenção e a coercividade magnética Hc1 de uma parte interna tratada a calor do inserto de perfuratriz para rocha, isto é ((Hc2- Hc1)/Hc1)*100, dividido pelo teor de cobalto, isto é, ΔHc21/Co, é >0,6, ou ΔHc21/Co é >0,75, ou ΔHc21/Co é >0,9, com a coercividade Hc em kA/m, ΔHc21 em % e o teor de cobalto Co em % em peso.

[0036] A coercividade magnética Hc1 é determinada de acordo com o seguinte procedimento.

[0037] A zona de superfície mais externa de um inserto de perfuratriz para rocha é removida (a uma profundidade de cerca de 1 mm abaixo da superfície original), usando um método adequado tal como moagem centerless, enquanto mantém a forma original aproximada do inserto. O inserto com a zona de superfície removida é então recozido por cerca de 2 h a cerca de 1100 °C em uma atmosfera inerte. Após a etapa de recozimento, a coercividade magnética é medida novamente, assim obtendo um valor de Hc1 que pode ser observado como o valor de coercividade magnética reconstruída para o estado “sinterizado” do material.

[0038] O inserto de perfuratriz para rocha da invenção não deve ser propenso à falhas devido aos problemas relacionados à fragilidade. Portanto, o carboneto cementado do inserto de perfuratriz para rocha tem adequadamente uma dureza da massa de não mais do que 1700 HV3, ou não mais do que 1650 HV3, ou não mais do que 1600 HV3.

[0039] A dureza de um carboneto cementado depende do tamanho do grão de WC e do teor da fase aglutinante. O carboneto cementado do inserto de perfuratriz para rocha tem adequadamente uma dureza da massa de pelo menos 800 HV3, ou pelo menos 900 HV3, ou pelo menos 1000 HV3.

[0040] De acordo com uma modalidade, os insertos de perfuratriz de acordo com a invenção são montados em uma corpo da broca da perfuratriz para rocha de um dispositivo de martelo de superfície (TH) ou um dispositivo de perfuração de fundo de poço (DTH) ou um dispositivo de perfuração rotativo ou um dispositivo de disco de corte. O dispositivo de perfuração rotativo pode ser um dispositivo de corte rotativo à óleo ou gás. A invenção também refere- se a um dispositivo de perfuratriz para rocha, em particular um dispositivo de martelo de superfície, ou um dispositivo de perfuração de fundo de poço, ou um dispositivo de perfuração rotativo, ou um dispositivo de disco de corte assim como o uso de um inserto de perfuratriz para rocha de acordo com a invenção em um tal dispositivo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0041] Os Exemplos serão apresentados com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma representação esquemática da geometria de um inserto de perfuratriz para rocha usado em teste; A Figura 2 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha não tratado onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto mas nenhum cromo (Referência A); A Figura 3 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha com rotação vibracional onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto mas nenhum cromo (Referência A); A Figura 4 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto mas nenhum cromo (Referência A); A Figura 5 mostra um mapa de HV3 ampliado de uma parte de um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto mas nenhum cromo (Referência A); A Figura 6 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha não tratado onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto e de cromo (grau de Cr A); A Figura 7 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha com rotação vibracional onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto e 0,6 % em peso de cromo (grau de Cr A); A Figura 8 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto e 0,6 % em peso de cromo (grau de Cr A); A Figura 9 mostra um mapa de HV3 ampliado de uma parte de um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia onde o carboneto cementado contém 6 % em peso de cobalto e 0,6 % em peso de cromo (grau de Cr A); A Figura 10 mostra curvas de perfil de HV3 para insertos de perfuratriz tratados com colisão oscilante de alta energia de Referência A e grau de Cr A; A Figura 11 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha não tratado onde o carboneto cementado contém 11 % em peso de cobalto e 1,1 % em peso de cromo (grau de Cr C); A Figura 12 mostra um mapa de HV3 de um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia onde o carboneto cementado contém 11 % em peso de cobalto e 1,1 % em peso de cromo (grau de Cr C); A Figura 13 mostra um mapa de HV3 ampliado de uma parte de um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia onde o carboneto cementado contém 11 % em peso de cobalto e 1,1 % em peso de cromo (grau de Cr C); A Figura 14 mostra uma curva de perfil de HV3 para um inserto de perfuratriz para rocha tratado com colisão oscilante de alta energia de grau de Cr C; A Figura 15 mostra um desenho esquemático de uma configuração de teste de martelo de pêndulo (consultar, Exemplo 6); A Figura 16 mostra um diagrama onde a mudança da razão em coercividade magnética sobre o teor de cobalto é representada versus energia absorvida na fratura no teste de martelo de pêndulo.

EXEMPLOS Exemplo 1, referência, carboneto cementado sem Cr

[0042] Um material com 6,0 % em peso de Co e equilíbrio de WC foi feito de acordo com processos de carboneto cementado estabelecidos. Pós de WC, Co e W foram moídos em um moinho de bolas de 600 l junto com corpos de moagem de carboneto cementado durante um total de 13 horas. A moagem foi realizada em condições úmidas, usando 92% de etanol, com uma adição de 2% em peso de polietilenoglicol (PEG 8000) como aglutinante orgânico. Depois de moagem, a pasta fluida foi seca por pulverização em atmosfera de N2. Os corpos verdes foram produzidos por prensagem uniaxial e sinterizados usando-se Sinter-HIP em pressão de argônio de 55 bar a 1410°C por 1 hora.

[0043] Este material é denotado como Referência A.

[0044] Detalhes no material sinterizado são mostrados na Tabela 1.

Exemplo 2, carboneto cementado com Cr

[0045] Um material com 6,0% em peso de Co, 0,6% em peso de Cr e equilíbrio de WC foi feito de acordo com processos de carboneto cementado estabelecidos. Pós de 32,8 kg de WC, 2,2 kg de Co, 250 g de Cr3C2 e 719 g de W foram moídos em um moinho de bolas durante um total de 13,5 horas. O tamanho do grão do pó de WC medido como FSSS foi antes da moagem 6,40 μm. Durante a moagem, 55,8 g de C foram adicionados para atingir o teor de carbono desejado. A moagem foi realizada em condições úmidas, usando etanol, com uma adição de 2% em peso de polietilenoglicol (PEG 8000) como aglutinante orgânico (agente de prensagem) e 120 kg de WC-Co cylpebs em um moinho de 30 litros. Depois de moagem, a pasta fluida foi seca por pulverização em atmosfera de N2. Os corpos verdes foram produzidos por prensagem uniaxial e sinterizados usando-se Sinter-HIP em pressão a ar de 55 bar a 1410 °C por 1 hora.

[0046] Este material é denotado como grau de Cr A.

[0047] A composição depois de sinterização é dada na Tabela 1.

[0048] Usando SEM pelo detector de elétron retroespalhado, pequenas quantidades de precipitações de M7C3 nanométricas foram encontradas, tipicamente em pontos triplos entre limites de grão de WC e a fase aglutinante e em tamanhos de 100 a 700 nm.

Exemplo 3, carboneto cementado com Cr

[0049] Um material com 11,0 % em peso de Co, 1,1 % em peso de Cr e equilíbrio de WC foi feito de acordo com processos de carboneto cementado estabelecidos. Pós de 37,7 kg de WC, 3,15 kg de Co, 358 g de Cr3C2 e 863 g de W foram moídos em um moinho de bolas durante um total de 9 horas. O tamanho do grão de WC medido como FSSS foi antes da moagem 15,0 μm. Durante a moagem, 19,6 g de C foram adicionados para atingir o teor de carbono desejado. A moagem foi realizada em condições úmidas, usando etanol, com uma adição de 2 % em peso de polietilenoglicol (PEG 4000) como aglutinante orgânico e 120 kg de WC-Co cylpebs em um moinho de 30 litros. Depois de moagem, a pasta fluida foi seca por pulverização em atmosfera de N2. Os corpos verdes foram produzidos por prensagem uniaxial e sinterizados usando-se Sinter-HIP em pressão a ar de 55 bar a 1410 °C por 1 hora.

[0050] Este material é denotado como grau de Cr C.

[0051] Detalhes no material sinterizado são dados na Tabela 1. Tabela 1. Detalhes em materiais produzidos de acordo com os Exemplos 1 a 3. *Indentações Vickers usando carga de 3 kg **Tenacidade de fratura Palmqvist de acordo com ISO/DIS28079

Tamanhos do grão de WC de amostras sinterizadas dos Exemplos 1 a 3

[0052] O tamanho médio do grão de WC dos materiais sinterizados de Referência A, grau de Cr A, e grau de Cr C (Exemplos 1 a 3) foi determinado de micrografias SEM que mostram seções transversais representativas dos materiais. A etapa final da preparação da amostra foi realizada por polimento com pasta de diamante de 1 μm em um pano macio, seguido por corrosão com solução Murakami. As micrografias SEM foram obtidas usando o detector de elétron retroespalhado (BSE), a tensão de aceleração de 15 kV e uma distância de trabalho de 10 mm. As ampliações usadas foram 3000 x para os materiais de Referência A e grau de Cr A, e 2000 x para grau de Cr C.

[0053] O tamanho médio do grão de WC foi avaliado usando o método Jeffries descrito abaixo, de pelo menos duas diferentes micrografias para cada material. Um valor médio depois foi calculado a partir dos valores de tamanho médio do grão obtidos a partir de micrografias individuais (para cada material respectivamente). O procedimento para a avaliação do tamanho médio do grão usando um método Jeffries modificado foi o seguinte:

[0054] Um quadro retangular de tamanho adequado foi selecionado dentro da micrografia SEM de modo a conter um mínimo de 300 grãos de WC. Os grãos dentro do quadro e os intersectados pelo quadro são manualmente contados, e o tamanho médio do grão é obtido de equações (1 a 3): Onde: d = tamanho médio do grão de WC (mm) L1, L2 = comprimento de lados do quadro (mm) M = ampliação Lescala mm = comprimento medido de barra de escala em micrografia em mm Lescala micro = comprimento real de barra de escala em relação a ampliação (µm) n1 = número de grãos completamente dentro do quadro n2 = número de grãos intersectados por limite de quadro % em peso de Co = teor de cobalto conhecido em % em peso.

[0055] A Equação (2) é usada para estimar a fração de WC com base no teor de Co conhecido no material. A Equação (3) então produz o tamanho médio do grão de WC da razão entre a área de WC total no quadro para o número de grãos contidos nele. A Equação (3) também contém um fator de correção que compensa o fato de que em uma seção 2D aleatória, nem todos os grãos serão seccionados através de seu diâmetro máximo.

[0056] A Tabela 2 mostra os valores de tamanho médio do grão de WC obtidos para os materiais de acordo com os Exemplos 1 a 3 com o procedimento descrito acima. Tabela 2.

Exemplo 4, tratamentos de insertos de perfuração

[0057] Os insertos da broca de perfuração foram comprimidos e sinterizados de acordo com a descrição nos Exemplos 1 e 2 respectivamente. Os insertos tinham um tamanho de 10,0 mm em diâmetro externo (OD) e 16,6 mm em altura com um peso de aproximadamente 16,6 g cada e tendo uma cúpula esférica (“borda cortante”). Os insertos foram moídas na parte negativa mas deixando a cúpula e a parte inferior em uma condição sinterizada. O lote depois foi dividido e algumas dos insertos foram tratados usando uma rotação vibracional padrão (denotada como “VT” nas Figuras e Tabelas) para remover bordas afiadas criadas depois da moagem. O método de rotação vibracional também induz uma baixa quantidade de tensões de compressão na zona de superfície. Essa rotação vibracional foi realizada durante 1,5 ou 3 h em um moinho vibracional junto com um grande excesso (30 kg) de meio de rotação de metal duro de Sandvik grau 10HF com uma dureza de em torno de 1600 HV30 e 1 litro de água.

[0058] Algumas dos insertos foram tratados usando um método que pode ser melhor descrito como um método de colisão oscilante de alta energia, daqui em diante denominado como o método E. O equipamento usado é um agitador de tinta comercialmente disponível de marca Corob™ Simple Shake 90 com uma carga máxima de 40 kg e uma frequência de agitação máxima de 65 Hz. O método E é fundamentado em um movimento oscilante rápido de um recipiente fechado preenchido com insertos ou uma combinação de insertos e meio de rotação, em que o recipiente é repetidamente submetido ao picos de aceleração tipicamente até 8,8 g na frequência de agitação de 45 Hz, onde g = 9,81 m/s2. O movimento oscilante ocorre principalmente ao longo do eixo z, isto é, o eixo vertical, com uma amplitude de vários cm, e movimento simultâneo de menor intensidade ao longo do eixo y no plano horizontal. Os insertos são acionados por meio de impactos de movimento com as paredes do recipiente em movimento e impactos subsequentes com outros insertos e meio de rotação. A alta frequência da inversão do vetor de velocidade (isto é, mudanças abruptas frequentes na direção de movimento) resulta em um grande número de colisões do inserto de alta energia por unidade de tempo. Esta propriedade característica do método E torna possível obter o efeito desejado nos insertos tratados já depois de tempos de tratamento muito curtos.

[0059] O programa usado para os tratamentos do inserto de método E corresponderam a uma frequência de agitação de 45 Hz. 5 a 20 insertos de perfuratriz foram colocados em recipiente plástico termoestável e duro com tampas duplas e dimensões de 133 mm em altura e 122 mm em diâmetro, junto com 3,0 kg de meio (pelotas de metal duro com uma parte superior e inferior esférica e uma parte negativa no meio; altura total = 6,95 mm, a altura da parte negativa sendo 3,22 mm e o diâmetro da parte negativa = 6,67 mm, de Sandvik grau H10F e com um peso de cada pelota de cerca de 3 g) e 1 a 2 dl água fria para arrefecimento. A altura de preenchimento nos recipientes foi cerca de 1/3 e não deve exceder 1/2. Um a quatro recipientes foram fixados automaticamente e a agitação depois foi iniciada. A frequência usada foi 45 Hz e os tempos de agitação foram 9, 17, 29 e 60 min, respectivamente. Para evitar que os recipientes de excessivo aquecimento e derretimento, o arrefecimento dos recipientes teve que ser realizado durante os tratamentos com tempos de agitação mais longos (29 e 60 min).

Medições de coercividade magnética (Hc) (em Ref. A e grau de Cr A)

[0060] O efeito depois do tratamento de impacto pode ser caracterizado usando métodos diferentes. O primeiro método aplicado é a medição não destrutiva de mudança (aumento) em coercividade magnética (Hc) antes e depois do tratamento de impacto usando o equipamento comercial disponível Foerster Koerzimat CS 1.096 seguindo DIN IEC 50 - 221 (kA/m).

[0061] Uma parte dos insertos foi submetida à rotação vibracional (VT) por 1,5 h antes do tratamento E de acordo com descrições anteriores e alguns foram tratados diretamente com E após a etapa de moagem de OD. Tanto os insertos de referências (Referência A) quanto os insertos de Cr (grau de Cr A) foram VT e tratados com E exatamente da mesma maneira. As configurações e os parâmetros usados nas medições de coercividade são dados na Tabela 3. Os resultados das medições de coercividade magnética (Hc) estão incluídos nas Tabelas 4 e 5. Tabela 3. Parâmetros e configurações usados nas medições de coercividade (Hc) Tabela 4. Referência A Tabela 5. Grau de Cr A

[0062] Nas Tabelas 4 e 5: ΔHc em porcentagem é calculado como: ΔHc= ((Média de Hc (Tratada)-Média de Hc (OD- moído))/Média de Hc (OD-moído))*100.

[0063] Para processos de rotação padrão o aumento em Hc para um grau de Co de 6 % é tipicamente entre 0,5 a 1,5 % em ΔHc e mesmo com tempo de processo ainda mais prolongado nenhum aumento adicional pode ser obtido como observado na Tabela 3 e 4, onde o aumento de Hc é o mesmo depois de 1,5 h como depois de 3 h de rotação vibracional. Para obter tensões induzidas ainda mais altas, mais energia é necessária e os processos de rotação de alta energia dão um aumento de Hc de cerca de 4 % mas para aumentar ainda mais a energia sem danificar os insertos é difícil; entretanto, com os valores de ΔHc do método E de >5 % e até > 6 % foram alcançados por um grau de Co de 6 % sem danificar os insertos e com tempos de processo relativamente curtos.

Medições de dureza (em Ref. A e grau de Cr A)

[0064] Alternativamente, o endurecimento induzido pelo tratamento da superfície de alta energia pode ser caracterizado por meio do qual realiza o mapeamento de dureza Vickers. Os insertos são seccionados ao longo do eixo longitudinal e polidos usando procedimentos padrão. As indentações Vickers na carga de 3 kg são então sistematicamente distribuídas sobre a seção polida. Para uma descrição mais detalhada do método aplicado, consultar abaixo.

[0065] As medições de dureza foram realizadas usando um testador de dureza programável, KB30S por KB Prüftechnik GmbH calibrado contra blocos de teste de HV3 concedidos por Euro Products Calibration Laboratory, Reino Unido. A dureza é medida de acordo com ISO EN6507. HV3 significa carga de 3 kg, HV5 significa de 5 kg carga, etc.

[0066] As medições de HV3 foram feitas da seguinte maneira: • Varrer a borda da amostra. • Programar o testador de dureza para fazer indentações em distâncias definidas até a borda. • Programar as distâncias entre as indentações a 0,3 mm ou mais. • Indentação com carga de 3 kg em todas as coordenadas programadas. • Computador move o estágio para cada coordenada com indentação e executa luz de ajuste automático, foco automático e então mede automaticamente o tamanho de cada indentação. • Usuário inspeciona todas as fotos das indentações para foco e outros assuntos que perturbam o resultado.

[0067] A distância real pode ser encontrada nas figuras medindo-se a distância entre os símbolos “◊” que marcam a localização real da indentação de HV3 na Figura e então correlacionando com a escala mm dada no eixo X e Y.

[0068] As Figuras 2 a 9 mostram mapas de dureza (mapas de HV3) dos resultados das indentações feitas para a Referência A e o grau de Cr A.

[0069] As Tabelas 6 a 7 mostram os dez valores de dureza mínimos medidos e os dez valores de dureza máximos medidos de cerca de 390 valores de dureza medidos em cada amostra examinada. Algumas amostras foram medidas com cerca de 600 indentações.

[0070] Isso mostra que existem algumas zonas de superfície muito duras presentes. Tabela 6 1 Medido na massa (4,8 mm abaixo da superfície) 2 Medido a 0,3 mm abaixo da superfície Tabela 7 1 Medido na massa (4,8 mm abaixo da superfície) 2 Medido a 0,3 mm abaixo da superfície

[0071] A dureza média por contorno para a Referência A e grau de Cr A depois de tratamento com o método E por 29 minutos também foi calculada e então representada como uma função da profundidade abaixo da localização de cada contorno, consultar a Tabela 8 e a Figura 10. Tabela 8. A dureza média por contorno (todos os valores de HV em uma dada distância abaixo da superfície).

[0072] É observado que o método de colisão oscilante de alta energia usado aqui exige tempos muito curtos de < 10 min até 60 min para criar altas tensões de compressão e endurecimento do aglutinante na zona de superfície. Um tal tratamento aumenta significantemente a resistência para falha anterior devido às altas forças de impacto mas visto que está localizado e homogeneamente distribuído sobre a superfície também evitará outros tipos de falhas durante o manuseio. O método também fornece um aumento significante da dureza (HV3) sobre toda a superfície e alguns mm para dentro do inserto em comparação com a dureza da massa (=dureza sinterizada inicial) e o aumento na resistência à dureza e falha nos impactos são maiores para o grau de Cr do que para o grau de WC-Co de referência padrão.

[0073] Também é observado que o aumento da dureza da zona de superfície já é significante depois de 17 min tratamento mas o aumento no endurecimento de superfície para um grau contendo Cr é significantemente maior ao continuar o tratamento ainda mais.

Exemplo 5, tratamentos de insertos de perfuração (grau de Cr C)

[0074] Os insertos da broca de perfuração foram comprimidos e sinterizados de acordo com a descrição no Exemplo 3. Os insertos tinham um tamanho de 10,0 mm em diâmetro externo (OD) e 16,6 mm em altura com um peso de aproximadamente 16,6 g cada e tendo uma cúpula esférica (“borda cortante”). Os insertos foram moídos na parte negativa mas deixando a cúpula (borda cortante) e a parte inferior em uma condição sinterizada. O lote depois foi dividido e alguns dos insertos foram tratados usando uma rotação vibracional padrão (denotada como “VT” nas Figuras e nas Tabelas) para remover as bordas afiadas criadas depois da moagem. O método de rotação vibracional também induz uma baixa quantidade de tensões de compressão na zona de superfície. Esta rotação vibracional foi realizada durante 1,5 ou 3 h em um moinho vibracional junto com um grande excesso (30 kg) de meio de rotação de metal duro de Sandvik grau 10HF com uma dureza em torno de 1600 HV30 e 1 litro de água.

[0075] Para o grau de Cr C, a coercividade magnética (Hc) foi medida em 25 insertos então 20 daqueles foram submetidos ao método de tratamento E de acordo com a descrição no Exemplo 5. O tempo de tratamento E foi 29 min.

Resultado de Hc para grau de Cr C

[0076] A coercividade magnética foi medida em cada inserto e a Média de Hc foi calculada assim como o aumento de Hc em % versus os insertos não tratados. Os resultados são mostrados na Tabela 9. Tabela 9. Grau de Cr C

[0077] Os resultados mostram que para o grau de Cr C (11 % em peso de Co e 1,1 % em peso de Cr) o aumento em coercividade magnética (Hc) é muito alto em torno de 11 % já depois de 29 min de tratamento E.

Medições de dureza em grau de Cr C

[0078] A dureza também foi medida tanto em uma amostra não tratada quanto tratada de grau de Cr C por meio da qual realiza as Indentações Vickers como descrito no Exemplo 4.

[0079] Além de medição de Hc, o mapeamento de dureza foi realizado em um inserto seccionada após 29 minutos de tratamento E, usando o mesmo procedimento como descrito no Exemplo 4. Os mapas de dureza obtidos são mostrados na Figura 11 a 13. As Figuras mostram um aumento na dureza de superfície por HV3 de 70 como em comparação com a dureza da massa. Os resultados estão de acordo com o aumento medido particularmente alto em Hc.

[0080] A Tabela 10 mostra os dez valores de dureza mínimos medidos e os dez valores de dureza máximos medidos de cerca de 390 valores de dureza medidos em cada amostra examinada. Isso mostra que existem algumas zonas de superfície muito duras presentes. Tabela 10. Grau de Cr C, 1 Medido na massa (4,8 mm abaixo da superfície) 2 Medido 0,3 mm abaixo da superfície

[0081] A Tabela 11 mostra a dureza média calculada na massa, 4,8 mm abaixo da superfície) e a 0,3 mm abaixo da superfície, respectivamente.

[0082] A Tabela 11. O grau de Cr C, a dureza média por contorno (todos os valores de HV em uma dada distância abaixo da superfície)

[0083] A dureza média por contorno depois foi representada como uma função da profundidade em que cada contorno foi localizado, consultar a Figura 14.

Exemplo 6, tenacidade ao impacto de material com 6 % em peso de cobalto, Referência A e grau de Cr A

[0084] A tenacidade ao impacto de Referência A e grau de Cr A em um estado sinterizado, após a rotação vibracional, e após o tratamento E foi testada usando um teste de impacto de martelo de pêndulo. Um desenho esquemático da configuração de teste de martelo de pêndulo é mostrado na Figura 15. O procedimento de teste usado é como a seguir:

[0085] Um inserto de mineração com uma ponta em formato de cúpula de 5,0 mm de raio e um diâmetro de 10,0 mm é firmemente montado em um fixador (UM) com apenas a seção de cúpula saliente. No pêndulo (B) uma superfície do contador dura é montada, descrita na Figura 15 como uma área cinza clara na cabeça do martelo do pêndulo. A superfície do contador usada foi uma placa SNGN polida (h = 5,00 mm, l = 19,40 mm, w = 19,40 mm) de um grau de metal duro granulado fino duro tendo uma dureza Vickers (HV30) de aproximadamente 1900.

[0086] Quando o pêndulo é liberado, a superfície do contador atinge a ponta da amostra. Se a amostra falhar, a energia de impacto absorvida pela amostra AE (em Joules) é, para um determinado ângulo do pêndulo inicial, calculada usando a Equação 5. AE= (mtot x g x L x (1-cos (α)) (5)

[0087] Onde m é a massa total do martelo de pêndulo de 4,22 kg, g é a constante gravitacional de 9,81 m/s2, L é o comprimento de martelo de pêndulo de 0,231 m e α é o ângulo em radianos.

[0088] Para determinar a energia necessária para fraturar a amostra, ela é primeiramente impactada pelo pêndulo liberado de um ângulo baixo adequado. O ângulo é então aumentado passo a passo com uma etapa de 5 graus até que a amostra falhe. A amostra é impactada uma vez em cada nível de energia de impacto (ângulo). Uma rachadura visível ou fragmentação é considerada como falha de amostra. O primeiro teste a partir do nível de energia de baixo impacto não é contado como válido na avaliação. Nos testes a seguir, usados na avaliação, o ângulo é reduzido em 5 graus a partir do ângulo em que a falha foi observada pela primeira vez, e subsequentemente aumentada novamente com uma etapa de 3 graus mais fino até que a falha seja atingida novamente. O resultado de destino é tal que cada inserto falha no segundo ângulo (impacto), no entanto, alguns dos insertos falharam apenas no terceiro impacto. Estes também foram contados como resultados válidos. Insertos que falharam no primeiro impacto não foram incluídos na avaliação. Nestes testes, a superfície do contador foi trocada a cada 5 a 10 impactos. Os resultados obtidos para a Referência A e grau de Cr A como uma função de tratamentos de superfície diferentes são apresentados nas Tabelas 12 e 13. Tabela 12. Referência A Tabela 13. Grau de Cr A

[0089] Nas Tabelas 12 e 13: ΔAE em porcentagem é calculado como: ΔAE= ((Média de AE (Tratada)-Média de AE (OD- moído))/Média de AE (OD-moído))*100) onde AE é a energia absorvida na fratura.

[0090] Apesar de o grau de Cr A contidos precipitações de M7C3 na microestrutura, a tenacidade ao impacto estava na mesma faixa como o grau de WC-Co padrão (referência grau A). A resposta da rotação vibracional e do tratamento E em relação ao aumento em energia absorvida na fratura é mostrada na Tabela 13. O tratamento E forneceu uma melhoria significante em comparação aos insertos sinterizados e OD-moído assim como em comparação com os insertos de rotação vibracional padrão. A resposta para o tratamento E pareceu ter atingido um máximo para o Grau de WC-Co (Ref A) depois de 60 min enquanto o AE ainda estava aumentando para o grau de Cr A, que depois de 60 min tratamento E mostrou um aumento em AE de 363 % em comparação com um aumento de AE de 339 % para Ref A.

Exemplo 7, tenacidade de materiais com 11 % em peso de cobalto - grau de Cr B e Referência B

[0091] A tenacidade de materiais de grau de Cr B e Referência B, ambos contendo 11 % em peso de cobalto, foi caracterizado usando o teste de compressão de inserto, que é uma alternativa para o teste de martelo de pêndulo usado no Exemplo 6.

[0092] Os materiais foram produzidos como a seguir:

[0093] O material denotado como grau de Cr B, contendo 11,0 % em peso de Co, 1,1 % em peso de Cr e equilíbrio de WC, foi produzido de acordo com processos de carboneto cementado estabelecidos. Pós de 37,9 kg de WC, 5,0 kg de Co, 0,56 kg de Cr3C2 e 663 g de W foram moídos em um moinho de bolas durante um total de 13,25 horas. O tamanho do grão do pó de WC medido como FSSS antes da moagem foi 17 μm. Durante a moagem, 15,4 g C foram adicionados para atingir o teor de carbono desejado. A moagem foi realizada em condições úmidas, usando etanol, com uma adição de 2 % em peso de polietilenoglicol (PEG 8000) como aglutinante orgânico (agente de prensagem), e 120 kg de meio de moagem de WC-Co cylpebs em um moinho de 30 litros. Depois de moagem, a pasta fluida foi seca por pulverização em atmosfera de N2. Os corpos verdes foram produzidos por prensagem uniaxial e sinterizados usando-se Sinter-HIP em pressão a ar de 55 bar a 1410 °C por 1 hora.

[0094] O material de referência isento de cromo denotado como Referência B, contendo 11,0 % em peso de Co e equilíbrio de WC, foi produzido de acordo com processos de carboneto cementado estabelecidos. Pós de WC, Co e W foram moídos em um moinho de bolas de 600 l junto com corpos de moagem de carboneto cementado durante um total de 11 horas. O tamanho do grão de WC antes da moagem medido como FSSS foi 11 μm. A moagem foi realizada em condições úmidas, usando 92 % de etanol, com uma adição de 2 % em peso de polietilenoglicol (PEG 8000) como aglutinante orgânico. Depois de moagem, a pasta fluida foi seca por pulverização em atmosfera de N2. Os corpos verdes foram produzidos por prensagem uniaxial e sinterizados usando-se Sinter-HIP em 55 bar de pressão de argônio a 1410 °C por 1 hora.

[0095] As propriedades dos dois materiais são resumidos na Tabela 14 abaixo. O tamanho médio do grão de WC foi avaliado usando o método Jeffries modificado descrito em detalhe no Exemplo 3, com ampliações de 1000 x e 2000 x para o grau de Cr B e Referência B, respectivamente. Tabela 14. Propriedades selecionadas de materiais de Referência B e grau de Cr B. * Dureza Vickers com carga de 3 kg

[0096] Os insertos da broca de perfuração com um diâmetro externo nominal de 10 mm e uma seção superior hemisférica foram comprimidos e sinterizados de Referência B e grau de Cr B como descrito acima. Para cada um dos dois materiais, uma parte dos insertos do mesmo lote foi testada na condição sinterizada, enquanto outra parte dos insertos foi testada após 5 minutos de tratamento usando o método E descrito no Exemplo 4. O procedimento de tratamento E e parâmetros operacionais foram idênticos aos descritos no Exemplo 4, como foi a geometria dos insertos, com a exceção da ausência da etapa de moagem de OD, e o tempo de tratamento 5 minutos mais curtos.

[0097] O método de teste de compressão por inserto (IC) envolve a compressão de um inserto de broca de perfuração entre duas superfícies do contador duras planas paralelas, em uma taxa de deslocamento constante, até a falha do inserto. Uma instalação de teste com base no padrão ISO 4506:2017 (E) “Hardmetals - Teste de Compressão” foi usado, com bigornas de carboneto cementado de dureza que excedem 2000 HV, enquanto o próprio método de teste foi adaptado para o teste de tenacidade dos insertos de perfuratriz. A instalação foi montada um quadro de teste Instron 5989. O eixo de carregamento foi idêntico com o eixo de simetria rotacional dos insertos. As superfícies do contador da instalação cumpriram o grau de paralelismo exigido na norma ISO 4506: 2017 (E), isto é, um desvio máximo de 0,5 μm/mm. Isto é de grande importância para o alinhamento de teste e repetibilidade dos resultados. Os insertos testados foram carregados a uma taxa constante de deslocamento de cruzeta igual a 0,6 mm/min até a falha, enquanto registrava a curva carga-deslocamento. A complacência do dispositivo de teste e instalação de teste foi subtraída a partir da curva de carga-deslocamento medida antes de avaliação de teste. 3 insertos foram testados por material e tratamento. As superfícies do contador foram inspecionadas quanto a danos antes de cada teste. A falha do inserto foi definida para ter lugar quando a carga medida de repente caiu por pelo menos 1000 N. A inspeção subsequente de insertos testados confirmou que isso em todos os casos coincidiu com a ocorrência de uma fissura macroscopicamente visível.

[0098] A tenacidade do material foi caracterizada por meio da energia de deformação absorvida total até a fratura, denotada como AEIC. AEIC foi calculado para cada teste como a área total sob a curva de carga-deslocamento medida até a fratura. A Tabela 15 mostra os valores médios de AE IC obtidos para os materiais de Referência B e grau de Cr B no estado sinterizado e depois de 5 minutos de tratamento E, respectivamente. ΔAEIC, o aumento percentual médio em energia absorvida seguindo o tratamento, é também incluído na Tabela. O aumento foi calculado a partir da média dos valores de energia absorvida como: ΔAE IC = ((AE IC tratado - AE IC sinterizado )/AE IC sinterizado)* 100 Tabela 15. Energia absorvida no teste de compressão de inserto.

[0099] Pode ser visto a partir dos resultados do teste que mesmo o curto tempo de tratamento do método E de 5 minutos resultou num aumento dramático da energia absorvida. O efeito do tratamento foi claramente mais pronunciado para o Cromo contendo grau de Cr B, com ΔAEIC de 520 % como em comparação com 410 % obtidos com a Referência B isenta de Cromo, apesar de teor de cobalto igual dos dois materiais.

Exemplo 8, teste de desgaste por abrasão

[0100] Os insertos de broca de perfuratriz para rocha (010 mm OD, frente esférica) de acordo com os Exemplos 1, 2 e 3 foram testados em um teste de desgaste por abrasão, em que as pontas de amostra são colocadas contra uma superfície do contador de log de granito rotativo em uma operação de torneamento. Os parâmetros de teste usados foram como a seguir: 200 N carga aplicados a cada inserto, log de granito rpm = 230, circunferência de log variando de 44 a 45 cm, e uma taxa de alimentação horizontal de 0,339 mm/rev. A distância de deslizamento em cada teste foi constante a 150 m e a amostra foi esfriada por um fluxo contínuo de água. Cada amostra foi cuidadosamente pesada antes e depois do teste. A perda de massa de uma a duas amostras por material foi avaliada depois de 150 m de distância de deslizamento. A perda de volume de amostra para cada um dos materiais testados e tratamentos de superfície diferentes, calculados à partir da perda de massa medida e densidade da amostra, é apresentada na Tabela 16.

[0101] O resultado do teste de desgaste por abrasão claramente mostra significantemente o aumento da resistência ao desgaste para o material de acordo com a invenção grau de Cr A, como em comparação com o material de referência da Referência A, apesar do fato de que Referência A ter uma maior dureza da massa, assim como um menor tamanho do grão de WC sinterizado. Melhoria adicional na resistência ao desgaste foi observada para os insertos que foram submetidos ao tratamento de superfície do método E durante 29 min. Tabela 16. Resultado como desgaste da amostra medido no teste de desgaste por abrasão.

Exemplo 9, resultado de um teste de aplicação de martelo de superfície subterrâneo úmido

[0102] Ref. de insertos A e CrA com um diâmetro de 11 e 13 mm e com geometrias de cúpula esférica foram fabricados de acordo com a descrição nos Exemplos 1 e 2. O diâmetro exterior de todos os insertos foi moído e depois cada lote foi dividido em duas partes. Metade dos insertos foram tratados com pós-energia baixa (LE) de acordo com procedimentos padrão para atingir um aumento de Hc de cerca de 1 % e a outra metade dos insertos foi tratada com alta energia (HE) para alcançar um aumento de 3 a 4 %. O tratamento HE é um tratamento mais severo do que rotação vibracional mas não tão severo quanto o método E usado em alguns exemplos anteriores. A limitação neste exemplo foi a frequência de impacto máxima e a faixa de energia possível no equipamento de rotação centrífuga comercial "ERBA Turbo 120" usado. O tratamento HE utilizado neste exemplo é assim diferente do método E descrito no Exemplo 4 mas é um método alternativo de tratamento de alta energia. Os tratamentos LE e HE foram realizados exatamente da mesma maneira para Ref. A e CrA. O tratamento com LE foi realizado por rotação centrífuga a 160 RPM por 30 minutos em uma máquina de 120 litros tendo um disco de rotação de 650 mm de diâmetro junto com 150 kg de meio de rotação e água como meio de resfriamento. O tratamento HE foi realizado por rotação centrífuga a 240 RPM por 80 minutos, mais 10 minutos de espera durante a subida a 190 e 220 rpm, respectivamente, em uma máquina de 120 litros com um disco de rotação de 650 mm de diâmetro junto com 150 kg de material água como meio refrigerante. Os meios de rotação em LE e HE consistem em corpos de carboneto cementado de Sandvik grau H10F com uma forma próxima a esferas esféricas de 7 mm de diâmetro.

[0103] A coercividade, Hc, foi medida em 8 a 10 insertos aleatórios anteriores e depois dos pós tratamentos e os valores médios foram calculados. Estes valores médios para 13 mm de insertos que foram usados nas posições periféricas (calibre) das brocas são encontradas na Tabela 17.

[0104] Um inserto de cada variante foi seccionado transversalmente, polido e mapeado com HV3 como descrito no Exemplo 4 e os resultados são mostrados na Tabela 18. Tabela 17. Tabela 18. Dureza média por contorno (todos os valores de HV em uma dada distância abaixo da superfície)

[0105] Os insertos feitos com os diferentes graus e tratamentos de carboneto cementado e tratamentos foram montados em brocas de perfuração de 76 mm. 5 brocas foram produzidas e testadas em uma mina subterrânea no centro da Suécia em uma aplicação de martelo de superfície. As condições das rochas foram em sua maioria classificadas como muito duras e muito abrasivas. Antes de iniciar a perfuração, o diâmetro máximo de cada broca foi cuidadosamente medido e observado e o diâmetro inicial das brocas foi em torno de 78 mm. A perfuração foi iniciada e cada broca foi usada até os insertos ficarem muito cegos e a taxa de penetração diminuir. O diâmetro máximo da broca depois foi medido, observado e depois de que os insertos nas brocas foram novamente retificadas/afiadas, o diâmetro máximo foi medido novamente e a perfuração continuou até que a taxa de penetração fosse reduzida. O mesmo procedimento foi repetido até o diâmetro máximo da broca ser igual a ou abaixo de 72 mm. Os resultados deste teste foram avaliados como perfuradores/variante totais, desgaste médio da perfuração, número de brocas com inserto rotação(insertos de rotação) e número de brocas desgastadas ou retiradas devido à falhas do inserto como mostrado na Tabela 19. Tabela 19. Resultado do teste de campo 1 Diâmetro da broca <72 mm 2 Falha do inserto

[0106] Os resultados mostram claramente que o CrA + HE, mesmo com um tratamento HE relativamente suave, tem a melhor resistência ao desgaste, maior vida útil e que não foram observadas falhas prematuras devido a fraturas no inserto. Combinando um grau contendo Cr com um tratamento HE, o potencial total do material pode ser utilizado e o tratamento HE também aumenta ainda mais a resistência ao desgaste. Exemplo 10, resultados de um teste de aplicação de martelo superfície de mineração de superfície seca Com diâmetros de 12 e 13 mm e com geometrias esféricas em forma de cúpula foram fabricados de acordo com a descrição do Exemplo 1 e 2. Cada lote foi dividido em duas partes e metade dos insertos foi tratada com baixa energia (LE) de acordo com os procedimentos padrão para alcançar um aumento de Hc de cerca de 1%, enquanto a outra metade dos insertos foi tratada com alta energia pós (HE) para alcançar um aumento de Hc de 3-4%. O tratamento HE é um tratamento mais severo do que a rotação vibracional mas não tão severo quanto o método E usado em alguns exemplos anteriores. A limitação neste exemplo foi a frequência de impacto máxima e a faixa de energia possível no equipamento de rotação centrífuga comercial "ERBA Turbo 120" usado. O tratamento HE utilizado neste exemplo é assim diferente do método E descrito no Exemplo 4, mas é um método alternativo de tratamento de alta energia. Os tratamentos LE e HE foram realizados exatamente da mesma maneira para Ref. A e CrA. O tratamento com LE foi realizado por rotação centrífuga a 160 RPM por 30 minutos em uma máquina de 120 litros tendo um disco de rotação de 650 mm de diâmetro junto com 150 kg de meio de rotação e água como meio de resfriamento. O tratamento HE foi realizado por rotação centrífuga a 260 RPM durante 80 minutos numa máquina de 120 litros tendo um disco de rotação de 650 mm de diâmetro em conjunto com 150 kg de meio de rotação e água como meio de arrefecimento. Os meios de rotação em LE e HE consistem em corpos de carboneto cementado de Sandvik grau H10F com uma forma próxima a esferas esféricas de 7 mm de diâmetro. O processo HE incluiu também uma etapa de subida de 2 minutos a 160 rpm, 5 minutos a 190 rpm, 10 minutos a 210 rpm e 10 minutos a 240 rpm para obter um processo de rotação estável antes de atingir a rpm máxima.

[0107] A coercividade, Hc, foi medida em 8 a 10 insertos aleatórios anteriores e depois dos pós tratamentos e os valores médios foram calculados. Estes valores médios para insertos de 13 mm que foram usados nas posições periféricas (calibre) das brocas de 89 mm são encontradas na Tabela 20.

[0108] Um inserto de cada variante foi seccionado transversalmente, polido e mapeado com HV3 como descrito no Exemplo 4 e os resultados são mostrados na Tabela 21. Tabela 20. Devido a pequenas diferenças entre os fornos de sinterização e os lotes de sinterização, o Hc de CrA foi menor do que no Exemplo 2 e no Exemplo 9, mas isso está dentro da variação normal de um grau. Tabela 21. Dureza média por contorno (todos valores de HV em uma dada distância abaixo da superfície)

[0109] Os insertos feitos com os diferentes graus e tratamentos de carboneto cementado foram montados em brocas de perfuração. 5 brocas/variantes foram produzidas e testadas em uma mina de superfície no norte da Suécia em uma aplicação de martelo superfície. As condições das rochas foram principalmente classificadas como abrasivas duras e médias. Antes de iniciar a perfuração, o diâmetro máximo de cada broca foi cuidadosamente medido (~92 mm) e observado. A perfuração foi iniciada e cada broca foi usada até os insertos ficarem muito cegos e a taxa de penetração diminuir. O diâmetro máximo da broca depois foi medido e depois disso os insertos foram então retificados, o diâmetro máximo foi medido novamente e o mesmo procedimento foi repetido até que o diâmetro da broca fosse igual ou abaixo de 85 mm. Os resultados do teste, apresentados na Tabela 22, foram avaliados como total metros de perfuração, desgaste médio de perfuração, número de brocas com falha de inserto(s) e total número de brocas executados até o fim da vida útil (gasto até o diâmetro mínimo ou devido à falhas do inserto). Tabela 22. Resultado de teste de campo 1 Diâmetro da broca < 85 mm 2 Falha do inserto

[0110] Neste teste, o benefício de combinar graus contendo Cr com um tratamento HE é claramente mostrado, uma vez que o número de falhas de broca devido às fraturas do inserto para CrA+LE é de dois em cinco, enquanto para CrA + HE o número de falhas de fratura do inserto relacionadas é zero. As falhas prematuras do inserto, quando não estão a utilizar o pós-tratamento de alta energia, reduzem a possibilidade de beneficiar plenamente do aumento da resistência ao desgaste do material CrA.

Claims

1. Inserto de perfuratriz para rocha feita de carboneto cementado que compreende constituintes duros de carboneto de tungstênio (WC) em uma fase aglutinante que compreende Co, em que o carboneto cementado compreende de 4 a 18 % em massa de Co, e equilíbrio de WC e impurezas, em que o dito carboneto cementado também compreende Cr em uma tal quantidade que a razão em massa de Cr/Co na massa é de 0,04 a 0,19, em que não há gradiente de conteúdo de Co quando se vai da superfície do inserto de perfuratriz de rocha para seu interior, caracterizado pelo fato de que a diferença entre a dureza em qualquer ponto da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza da massa é pelo menos 40 HV3 e em que o carboneto cementado sinterizado está isento de impurezas de carboneto de cromo.

2. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre a dureza em qualquer ponto da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza da massa é de pelo menos 60 HV3.

3. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a diferença entre a dureza a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza a 0,1 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha é de pelo menos 20 HV3.

4. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a diferença entre a dureza média a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza média a 1 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha é de pelo menos 30 HV3.

5. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a diferença entre a dureza média a 0,3 mm abaixo da superfície do inserto de perfuratriz para rocha e a dureza média na massa do inserto de perfuratriz para rocha é de pelo menos 50 HV3.

6. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o valor médio do o valor médio do tamanho do grão de WC do carboneto cementado é superior a 1 μm mas inferior a 18 μm.

7. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o valor médio do o valor médio do tamanho do grão de WC do carboneto cementado é superior a 1,5 μm mas inferior a 10 μm

8. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o carboneto cementado compreende de 5 a 12 % em massa de Co.

9. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a razão em massa de Cr/Co no carboneto cementado é de 0,075 a 0,15.

10. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a razão em massa de Cr/Co no carboneto cementado é de 0,085 a 0,12.

11. Inserto de perfuratriz para rocha, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o dito carboneto cementado tem uma dureza menor ou igual do que 1700 HV3 em que a dureza é medida de acordo com a norma ISO En6507.