MX2012009049A - Materiales de metal duro. - Google Patents

Abstract

Se dan a conocer un material de metal duro y un método de fabricación de un componente del material de metal duro. El material de metal duro comprende el 5-50% en volumen de partículas de un material refractario dispersadas en un metal huésped. El método comprende formar una suspensión del 5-50% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en un metal huésped líquido en una atmósfera inerte y verter la suspensión en un molde y formar una pieza colada del componente.

Description

MATERIALES DE METAL DURO Campo de la Invención La presente invención se refiere en términos generales a materiales de metal duro que comprenden partículas de material refractario, tal como se describe en el presente documento, dispersadas en un metal huésped o aleación de metal .

El Diccionario de Ingeniería de Materiales ASM ("ASM Materials Engineering Dictionary") define el término "metal duro" como un término colectivo para un material sinterizado con alta dureza, solidez y resistencia al desgaste.

La presente invención también proporciona componentes fabricados a partir de los materiales de metal duro. La presente invención se refiere particularmente, aunque de ningún modo exclusivamente, a componentes grandes que pesan más de 100 kg y normalmente más de 1 tonelada.

La presente invención también proporciona un método de fabricación de los componentes a partir de los materiales de metal duro.

En términos más particulares, aunque de ningún modo términos exclusivos, la presente invención se refiere a materiales de metal duro que son útiles para aplicaciones que requieren resistencia al desgaste.

Antecedentes de la Invención Se sabe usar la pulvimetalurgia para fabricar Ref.: 233868 componentes pequeños a partir de materiales de metal duro que comprenden partículas refractarias dispersadas en un metal huésped (término que se entiende en el presente documento que incluye una aleación de metal) .

Los procesos de pulvimetalurgia implican sinterizar mecánicamente polvos refractarios mezclados a temperaturas elevadas bajo presión, habitualmente en una atmósfera inerte.

"Sinterizar" comprende unir materiales en polvo, habitualmente bajo presión, mediante reacciones en estado sólido a temperaturas inferiores a la requerida para la formación de una fase líquida. Durante un proceso de sinterización, a temperaturas por debajo del punto de fusión de los aglutinantes metálicos, los polvos de la fase de aglutinante metálico y las partículas refractarias se sueldan entre sí mediante presión y calor. La sinterización se usa tradicionalmente para fabricar componentes cerámicos y también ha encontrado usos en campos tales como pulvimetalurgia para la fabricación de productos que contienen materiales con un punto de fusión muy alto.

La pulvimetalurgia es un procedimiento útil para fabricar componentes relativamente pequeños, de forma sencilla, resistentes al desgaste tales como brocas de carburo de tungsteno. Sin embargo, la pulvimetalurgia no es un procedimiento práctico para fabricar componentes más grandes, de forma compleja, de metal duro, resistentes al desgaste tales como propulsores de bombas y piezas de desgaste de trituradoras que pesan más de 100 kg y normalmente más de 1 tonelada a partir de materiales de metal duro. Esto es un problema, particularmente en aplicaciones en minería e industrias de procesamiento de minerales en las que se requieren a menudo componentes grandes con alta resistencia al desgaste.

Se sabe usar aleaciones de metales resistentes al desgaste, tales como hierros colados blancos con alto contenido en cromo, en la fabricación de componentes usados en aplicaciones en minería e industrias de procesamiento de minerales, tales como aplicaciones que implican transportar materiales sólidos. Por ejemplo, se forman aleaciones de superficie endurecida en 'las bandejas de camiones basculantes que transportan el mineral extraído desde el sitio de la mina hasta una planta de procesamiento de minerales . En otro ejemplo, se usan piezas coladas de aleaciones resistentes al desgaste para formar bombas para transportar suspensiones de partículas de mineral suspendidas en agua a través de fases de procesamiento en circuitos de flotación en una planta de procesamiento de minerales.

Los requisitos de tenacidad a la fractura y resistencia a la corrosión para la aleación resistente al desgaste en cada uno de los ejemplos anteriores son diferentes y, por ' consiguiente, las composiciones de la aleación resistente al desgaste son diferentes. El factor común entre ambas es, sin embargo, la necesidad de proporcionar resistencia al desgaste además de otras propiedades .

En términos generales, puede lograrse una resistencia al desgaste superior a través del control de la composición de la aleación, aunque hay una compensación frente a otras propiedades .

Para cualquier circunstancia dada en la que la resistencia al desgaste sea una propiedad importante, es deseable proporcionar materiales con propiedades deseables y resistencia al desgaste mejorada comprometiendo menos el equilibrio de estas propiedades.

Cabe señalar que la descripción incluye referencias a porcentaje en peso (% en peso) y porcentaje en volumen (% en volumen) . En el contexto de las referencias a NbC en la descripción, en la que NbC tiene una densidad similar a un metal huésped, estos términos son intercambiables.

Sumario de la Invención El solicitante ha encontrado en el transcurso de una extensa investigación y trabajo de desarrollo que un metal huésped líquido, que contiene una dispersión, normalmente una dispersión del 5-50% en volumen de partículas finas de un material refractario que es insoluble en el metal huésped, y que se describe en el presente documento como una suspensión de metal líquido, tiene una fluidez muy buena durante el vertido en una fundición y la suspensión fluye fácilmente llenando moldes de arena para producir piezas coladas firmes del material de metal duro.

El término "insoluble" se entiende en el presente documento que significa que para todos los propósitos y fines el material refractario no es soluble en el metal huésped. Puede haber una solubilidad limitada. Sin embargo, las partículas refractarias son esencialmente distintas del metal huésped porque hay un reparto insignificante de los metales de transición en las partículas de material refractario con respecto al metal huésped.

El solicitante ha encontrado también que el mezclado y lá dispersión de las partículas refractarias insolubles en el metal huésped pueden llevarse a cabo de un modo eficaz en el estado líquido en una atmósfera inerte, tal como en un horno al vacío, para minimizar la oxidación de los elementos reactivos en las partículas de material refractario.

La presente invención es una desviación de la práctica de fundición convencional conocida por el solicitante que implica la fusión completa de todas las adiciones de aleación contenidas en una pieza colada para formar un líquido de una única fase para garantizar una fluidez máxima durante el vertido en un molde.

El solicitante ha encontrado también que la fluidez de las suspensiones de metal líquido, cuando se cuelan dentro de determinados parámetros de producción según la presente invención, es suficiente para producir una familia de piezas coladas de material de metal duro firmes que oscilan entre carcasas pequeñas y grandes con resistencia al desgaste, tenacidad a la fractura y resistencia a la corrosión específicas que se adecúan a un amplio intervalo de condiciones de funcionamiento en servicio.

Los parámetros de producción pueden comprender uno cualquiera o más del tamaño de partícula, reactividad, expansión o contracción térmica, densidad y solubilidad del material refractario, tal como se trata adicionalmente a continuación.

En términos amplios, la presente invención proporciona un material de metal duro que comprende el 5-50% en volumen de partículas de un material refractario dispersadas en un metal huésped.

En el contexto de la presente invención, el término "material de metal duro" se entiende que comprende partículas de carburos y/o nitruros y/o boruros de alto punto de fusión de uno cualquiera o más de uno de los nueve metales de transición titanio, zirconio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno y tungsteno dispersadas en un metal huésped tenaz, que actúa como fase aglutinante. Normalmente, el metal huésped es una aleación de metal ferroso. Cada una de estas partículas es una partícula de un material refractario y s'e denomina en el presente documento "material refractario" .

Las partículas del material refractario pueden ser carburos y/o boruros y/o nitruros de un metal de transición, tales como NbC. Las partículas del material refractario pueden ser carburos y/o boruros y/o nitruros de más de un metal de transición en el que las partículas son una mezcla química (en contraposición a una mezcla física) de los carburos y/o boruros y/o nitruros de los metales de transición. En otras palabras, en el caso de carburos, las partículas del material refractario pueden ser del tipo descrito como (M!,M2)C, donde "M" es un metal de transición.

Un ejemplo que se trata adicionalmente en el presente documento es (Nb,Ti)C.

El material de metal duro puede comprender el 5-40% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

El material de metal duro puede comprender más del 10% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

El material de metal duro puede comprender más del 15% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

El material de metal duro puede comprender menos del 30% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

El material de metal duro puede comprender menos del 25% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

El metal huésped puede ser una aleación ferrosa (tal como un acero o un hierro colado) , un acero inoxidable, un acero austenítico al manganeso tal como un acero Hadfield o una superaleación a base de hierro o a base de níquel o a base de cobalto.

La presente invención también proporciona un método de formación de un material de metal duro que comprende: (a) formar una suspensión de un material de metal duro que comprende el 5-50% en volumen de partículas de un material refractario dispersadas en un metal huésped líquido, por ejemplo en una atmósfera inerte, y (b) dejar que la suspensión solidifique para formar un material de metal duro sólido.

La presente invención también proporciona un método de fabricación de un componente de un material de metal duro que comprende : (a) formar una suspensión de un material de metal duro que comprende el 5-50% en volumen partículas de un material refractario dispersadas, en un metal huésped líquido en una atmósfera inerte, y (b) verter la suspensión en un molde y formar una pieza colada del componente en una atmósfera inerte.

El método puede comprender formar la suspensión y después de eso formar la pieza colada del componente en una cámara en condiciones al vacío que eliminan el aire de la cámara y suministrar un gas inerte, tal como argón, a la cámara. A modo de ejemplo, el método puede llevarse a cabo en un horno de fusión al vacío.

El método puede comprender seleccionar los parámetros de producción para formar la suspensión en la etapa (a) que tiene una fluidez requerida para el procesamiento en la etapa (b) . En cualquier situación dada, un experto podrá determinar la fluidez requerida para la etapa de procesamiento (b) teniendo en cuenta consideraciones de la práctica de fundición convencional tales como el tamaño y la forma del componente que va a formarse y la dispersión requerida (uniforme o segregada) para proporcionar la microestructura requerida para el componente .

Los parámetros de producción pueden comprender uno cualquiera o más del tamaño de partícula, reactividad, densidad y solubilidad de los materiales refractarios, tal como se trata adicionalmente a continuación.

Tamaño de partícula del material refractario El material refractario puede tener un tamaño de partícula fino. Puede requerirse un tamaño de partícula del material refractario fino para garantizar una dispersión homogénea en el metal huésped. Los puntos de fusión de la mayoría de los materiales refractarios de metales de transición superan los 1800°C y los materiales refractarios son generalmente insolubles en metales líquidos huésped. El solicitante ha encontrado que polvos refractarios con tamaños de partícula inferiores a 500 micrómetros, normalmente inferiores a 150 micrómetros de diámetro proporcionan características de flujo óptimas en suspensiones de metal líquido y producen una dispersión uniforme deseable de los materiales particulados refractarios en las microestructuras de las piezas coladas de metal duro.

El material refractario puede tener menos de 400 micrómetros de tamaño de partícula.

El material refractario puede tener menos de 200 micrómetros de tamaño de partícula.

El material refractario puede tener menos de 150 micrómetros de tamaño de partícula.

El material refractario puede añadirse al metal líquido huésped tal como sigue. (a) Como un polvo fino con una distribución de tamaño de partícula seleccionada. Por ejemplo, un 15% en peso de partículas de un material refractario en forma de carburo de niobio (NbC) (menos de 50 micrómetros de diámetro) añadidas a un metal huésped líquido en forma de un metal huésped de hierro colado blanco con alto contenido en cromo. NbC presenta una dureza Vickers de 24 GPa, un punto de fusión de 3600°C y una solubilidad muy baja en el metal líquido huésped a una temperatura de colada de aproximadamente 1500 °C. La suspensión de metal líquido comprende una suspensión de partículas de NbC insolubles (menos de 50 micrómetros de diámetro) en el metal líquido huésped. Al solidificarse, la microestructura presenta una dispersión del 15% en volumen de partículas de NbC finas (menos de 50 micrómetros de diámetro) en una matriz de hierro colado blanco con alto contenido en cromo que contiene una cantidad insignificante (inferior al 0,3% en peso) de niobio en disolución en la matriz. (b) Los metales de transición mencionados anteriormente o ferroaleaciones de los mismos metales de transición pueden añadirse a una amplia variedad de metales huésped que contienen todas las combinaciones y permutaciones de los elementos carbono, boro y nitrógeno.

Por ejemplo, tal como se describe en más detalle a continuación, el solicitante ha encontrado que Fe-Nb se disuelve fácilmente en el metal líquido huésped a 1500 °C e inmediatamente el niobio se combina con el carbono en el metal líquido huésped para formar carburos de niobio in situ con tamaños de partícula inferiores a 50 micrómetros de diámetro.

Materiales refractarios reactivos La mayoría de los materiales refractarios de metales de transición descritos anteriormente se clasifican como "elementos reactivos", es decir, los elementos metálicos individuales y/o sus formas de compuestos de carburo, nitruro o boruro reaccionan fácilmente con aire a temperaturas de colada del metal de aproximadamente 1500 °C para formar óxidos de metales indeseables y/o cantidades copiosas de gases tales como C02, lo que puede dar como resultado una porosidad grave en las piezas coladas. Los problemas de oxidación y porosidad en piezas coladas de metal duro, producidas mediante una suspensión de metal líquido, y asociados con reacciones químicas de los materiales refractarios reactivos en aire a temperaturas elevadas se superan fundiendo y .vertiendo la suspensión de metal líquido en una atmósfera inerte.

Selección de partículas de material refractario que tienen expansión o contracción térmica inferior que el metal huésped Se ha notificado de manera diversa una mala unión entre partículas refractarias y el metal huésped en materiales de metal duro en la bibliografía. El solicitante no . ha encontrado pruebas de una mala unión entre las partículas refractarias y una amplia variedad de los metales huésped evaluados por el solicitante. Sin querer restringirse a la teoría mediante el siguiente comentario, la excelente unión observada la atribuye el solicitante en gran parte al uso de una atmósfera inerte durante la colada de los materiales de metal duro y a que la contracción térmica de las partículas refractarias de metales de transición es mucho menor., de manera normal aproximadamente un 50% inferior, que la contracción térmica de los metales huésped durante el enfriamiento del sólido hasta temperatura ambiente, lo que genera fuerzas compresivas sobre las partículas de material refractario que sujetan firmemente las partículas en los metales huésped al solidificarse. Se encontró que todas las. partículas refractarias en las piezas coladas de material de metal . duro producidas por el solicitante en una atmósfera inerte estaban bajo una carga compresiva que garantizaba un contacto íntimo y una buena unión con los metales huésped.

Densidad de materiales refractarios La densidad del material refractario de las partículas, en comparación con la densidad del metal huésped en el estado líquido, es un parámetro que debe considerarse durante el método de la presente invención para controlar la dispersión de partículas refractarias en el metal huésped caliente. En algunas situaciones, puede ser importante evitar la segregación de partículas de material refractario en el metal huésped líquido. En otras situaciones, la segregación puede ser deseable. Por ejemplo, la densidad nominal de un metal líquido ferroso a 1400 °C es de 6.9 gramos/cc. Cuando se añaden partículas de carburo de tungsteno, con una densidad de 15.7 gramos/cc, a un metal ferroso huésped, las partículas de WC se hundirán en el fondo del molde antes de la solidificación del metal huésped.. Cuando se añaden partículas de carburo de titanio, con una densidad de 4.8 gramos/cc, al mismo metal ferroso huésped, las partículas de TiC flotarán en la parte superior de la cuchara o molde. El carburo de niobio, con una densidad de 7.7 gramos/cc a 1400 °C, está bastante próximo a la densidad del metal líquido huésped a 6.9 gramos/cc y es menos propenso a la segregación en el metal huésped líquido que Tic o WC. Sin embargo, el solicitante ha observado que se segregarán partículas de NbC al fondo de piezas coladas de hierro blanco de sección grande durante el procedimiento de la presente invención cuando los tiempos de solidificación son del orden de 30 minutos o más. Tal como se describe en más detalle a continuación, el carburo de niobio y carburo de titanio tienen estructuras cristalinas similares y son isomorfos . La selección de la razón de Nb/Ti requerida en un compuesto químico (Nb,Ti)C produce un material refractario con cualquier densidad requerida en el intervalo de 4.8 - 7.7 gramos/cc a la temperatura de colada. La coincidencia de la densidad de las partículas refractarias sólidas y el metal huésped líquido a la temperatura de colada elimina la segregación de los materiales particulados en la masa fundida durante el procedimiento de la presente invención.

Solubilidad de materiales refractarios La adición de partículas de material refractario que son para todos los propósitos y fines insolubles, es decir, que tienen una solubilidad sólida mínima en el metal líquido huésped, para producir una pieza colada según el método de la presente invención, produce un material de metal duro que presenta propiedades físicas y químicas que son muy similares al metal huésped con resistencia al desgaste sustancialmente mejorada debido a la presencia de una dispersión controlada de un % en volumen alto de partículas de material refractario en la microestructura .

Por ejemplo, la solubilidad de un material refractario en forma de (Nb,Ti)C en metales huésped líquidos en forma de (a) acero Hadfield líquido y (b) acero inoxidable 316 líquido y (c) hierro colado blanco con alto contenido en cromo líquido a temperaturas elevadas es insignificante (<0,3% en peso) . La adición de un 15% en peso de (Nb,Ti)C con las densidades requeridas a estas tres aleaciones de metal, seguido por un procedimiento de tratamiento térmico convencional para cada metal huésped produce microestructuras que consisten en una dispersión uniforme del 15% en volumen de carburos de niobio-titanio primarios en' los metales huésped que están . sustancialmente libres de niobio y titanio, es decir, hay un reparto insignificante de los metales de transición en las partículas ¦ de la suspensión de material refractario con respecto al metal huésped líquido.

En consecuencia, hay una influencia insignificante de los materiales refractarios de las partículas sobre la química y la respuesta al tratamiento térmico del metal huésped .

Los tres materiales de metal duro producidos mediante el método de la presente invención presentan las propiedades físicas y químicas conocidas de (a) acero Hadfield, (b) acero inoxidable 316 y (c) hierro colado blanco con alto contenido en cromo respectivamente con una resistencia al desgaste aumentada debido a la presencia de una dispersión del 15% en volumen de carburos de niobio-titanio primarios en las microestructuras .

Además de lo anterior, en particular el solicitante ha encontrado que dotar a un material de metal duro de una microestructura que incluye partículas de carburo de niobio y/o partículas de una mezcla química (en contraposición a física) de carburo de niobio y carburo de titanio dispersadas en una matriz de un metal huésped mejora considerablemente la resistencia al desgaste del material de metal duro sin afectar perjudicialmente a la contribución que otros elementos de aleación tienen sobre otras propiedades del material de metal duro.

Además, en particular el solicitante ha encontrado que es posible ajustar la densidad de partículas de una me2cla química de carburo de niobio y carburo de titanio en un grado suficiente en relación con la densidad de un metal huésped, que forma una matriz del material de metal duro, para hacer posible controlar selectivamente la dispersión de las partículas en la matriz desde una dispersión uniforme hasta una dispersión no uniforme de las partículas. Esta oportunidad para el control de la densidad es un hallazgo importante en relación a piezas coladas del material de metal duro. En particular, en virtud de este hallazgo, ahora es posible producir piezas coladas del material de metal duro con segregación controlada de las partículas en partes de las piezas coladas. Esto es importante para algunas aplicaciones 'de uso final para piezas coladas, tal como cuando es deseable tener una concentración de partículas con alta resistencia al desgaste casi en la superficie de una pieza colada de un material de metal duro. Igualmente, en otras aplicaciones de uso final para piezas coladas, es deseable tener una dispersión uniforme de las partículas en la matriz de la pieza colada.

Además, el solicitante ha encontrado que la formación de un material de metal duro y piezas coladas del material para que incluyan partículas de carburo de niobio y/o partículas de una mezcla química de carburo de niobio y carburo de titanio en un intervalo del 10 al 25% en peso, o incluso hasta el 33% en peso o superior, dispersadas en un metal huésped, que forma una matriz del material de metal duro, no tiene un impacto negativo significativo sobre la resistencia a la corrosión y tenacidad del material ferroso en el metal huésped. Por tanto, la presente invención hace posible lograr una alta resistencia al desgaste de un material de metal duro sin la pérdida de otras propiedades deseables del material.

Por consiguiente, se proporciona un método de formación de un material de metal duro resistente al desgaste, comprendiendo el método añadir (a) niobio o (b) niobio y titanio a una masa fundida que contiene un metal huésped en una forma que produce partículas de carburo de niobio y/o partículas de una mezcla química de carburo de niobio y carburo de titanio en un intervalo del 10 al 40% en peso del peso total del material de metal duro, y dejar que la masa fundida solidifique para formar el material de metal duro sólido.

Los términos "una mezcla química de carburo de niobio y carburo de titanio" y "carburos de niobio/titanio" se entiende a continuación en el presente documento que son sinónimos. Además, el término "mezcla química" se entiende en este contexto que significa que los carburos de niobio y los carburos de titanio no están presentes como partículas separadas en la mezcla sino que están presentes como partículas de carburos de niobio/titanio.

Los carburos de niobio y carburos de titanio tienen cada uno una dureza Vickers (HV, por sus siglas en inglés) de aproximadamente 2500, que está aproximadamente 1000 HV por encima de la dureza de carburos de cromo. Por consiguiente, materiales de metal duro que tienen una microestructura que contiene del 10 al 40% en peso de partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio tienen excelentes propiedades de resistencia al desgaste. Sin embargo, un aspecto significativo del trabajo del solicitante ha reconocido que los carburos de niobio y carburos de titanio y carburos de niobio/titanio son sustancialmente inertes químicamente con respecto a otros constituyentes en el material de metal duro de modo que esos constituyentes dotan al material de metal duro de las propiedades para las que se seleccionaron. Por ejemplo, el cromo añadido a aleaciones de hierro colado produce todavía carburos de cromo y proporciona resistencia a la corrosión.

La masa fundida puede estar en forma de un baño de fusión de la soldadura en un procedimiento de endurecimiento de superficie. En estas circunstancias, el niobio y/o el titanio pueden añadirse al baño de fusión de la soldadura en una aleación de alambre con el fin de dosificar la adición de niobio y/o titanio.

La masa fundida puede estar en forma de una masa fundida para formar una pieza colada.

El niobio y el titanio pueden añadirse a la masa fundida en cualquier forma adecuada, teniendo en cuenta el requisito de formación de partículas de carburos de niobio y/o carburos de niobio/titanio en el material de metal duro sólido.

Por ejemplo, el método puede comprender añadir el niobio a la masa fundida en forma de ferro-niobio, por ejemplo partículas de ferro-niobio. En esta situación, el ferro-niobio se disuelve en la masa fundida y el niobio libre resultante y el carbono en la masa fundida forman carburos de niobio en la masa fundida.

El método también puede comprender añadir el niobio a la masa fundida como niobio elemental.

El método también puede comprender añadir el niobio y el titanio a la masa fundida como ferro-niobio-titanio .

El método también puede comprender añadir el niobio a la masa fundida en forma de partículas de carburo de niobio . El método también puede comprender añadir el niobio y el titanio a la masa fundida en forma de partículas de carburos de niobio/titanio . En ambos casos, la aleación de metal solidificada puede estar formada por una suspensión de partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio suspendidas en la masa fundida. Se espera que si la fracción en peso de estos carburos en la suspensión de la masa fundida es demasiado alta, las propiedades de flujo de la suspensión pueden verse afectadas de manera adversa con el resultado de que pueden producirse piezas coladas defectuosas de la masa fundida. No obstante, la colada de una suspensión contrasta con el procedimiento de funcionamiento convencional en fundiciones que implica colar masas fundidas líquidas transparentes (de una única fase) , es decir, en el que la masa fundida está por encima de la temperatura líquida del constituyente de punto de fusión más alto de la masa fundida .

Las partículas de carburos de niobio/titanio pueden ser cualquier mezcla química adecuada de una fórmula general (NbXíTiy)C. A modo de ejemplo, los carburos de niobio/titanio pueden ser (Nb0,5, Ti0,5) C o (Nb0,25, i0;75) C o (Nb0, 7s, ??0,25) C .

El niobio y/o el titanio pueden añadirse a la masa fundida para producir partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio en un intervalo del 12% en peso al 33% en peso de carburos de niobio y carburos de niobio/titanio del peso total del material de metal duro solidificado.

El niobio y/o el titanio pueden añadirse a la masa fundida para producir partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio en un intervalo del 12% en peso al 25% en peso de carburos de niobio y carburos de niobio/titanio del peso total del material de metal duro solidificado .

La cantidad de partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio en la microestructura del material de metal duro solidificado puede depender del sistema.

El solicitante se interesa particularmente por materiales de metal duro sólidos que incluyen metales huésped ¦en forma de aleaciones ferrosas, tales como aleaciones ferrosas descritas como hierros colados blancos con alto contenido en cromo, aceros inoxidables y aceros austeñíticos al manganeso (tales como aceros Hadfield) . Para las aleaciones ferrosas, la cantidad de partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio en la microestructura final puede estar en un intervalo del 10 al 33% en peso o en un intervalo del 12 al 25% en peso del peso total del material de metal duro solidificado.

El tamaño de partícula de carburo de niobio y/o carburo de niobio/titanio puede estar en un intervalo de 1 a 150 µp? de diámetro .

El método puede comprender agitar la masa fundida con un gas inerte o inducción magnética o cualquier otro medio adecuado con el fin de dispersar partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio en la masa fundida.

El método puede comprender añadir partículas de carburo de niobio y/o partículas de carburos de niobio/titanio a la masa fundida en condiciones inertes, tales ' como un manto de argón, para reducir el grado en el que el carburo de niobio y/o el carburo de titanio se oxidan mientras que se añaden a la masa fundida.

El método puede comprender añadir partículas de ferro-niobio y/o ferro- titanio y/o ferro-niobio-titanio a la masa fundida en condiciones inertes, tales como un manto de argón, para reducir el grado en el que el niobio y/o titanio se oxidan mientras que se añaden a la masa fundida.

En una situación en la que se requieren partículas de carburos de niobio/titanio en el material de metal duro solidificado, el método puede comprender fundir previamente ferro-niobio y ferro-titanio y/o ferro-niobio-titanio en condiciones inertes y formar una fase líquida que es una mezcla química homogénea de hierro, niobio y titanio y solidificar esta mezcla química. La mezcla química puede procesarse entonces según se requiera, por ejemplo mediante trituración hasta un tamaño de partícula requerido, y añadirse entonces a la masa fundida (que contiene carbono) en condiciones inertes. El hierro, niobio y titanio se disuelven en la masa fundida y el niobio y titanio y carbono en la masa fundida forman carburos de niobio/carburos de titanio en la masa fundida.

El método puede comprender formar el material de metal duro solidificado colando la masa fundida para dar un producto colado, tal como un impulsor de bomba o un buje de garganta de bomba .

El producto colado puede someterse a tratamiento térmico posterior para ajustar la microestructura para lograr las propiedades de aleación deseadas.

También se proporciona un material de metal duro formado según el método descrito anteriormente.

También se proporciona un método de colada del material de metal duro descrito anteriormente con una dispersión de partículas de una mezcla química de carburos de niobio y carburos de titanio en un metal huésped, que forma una matriz de la pieza colada que comprende seleccionar la densidad de las partículas de niobio/titanio en relación con la densidad del material de matriz y por tanto controlar selectivamente la dispersión de las partículas de niobio/titanio en la matriz que oscila desde una dispersión uniforme hasta una dispersión no uniformé.

También se proporciona una pieza colada del material de metal duro descrito anteriormente fabricada mediante el método descrito anteriormente.

La pieza colada puede comprender una dispersión uniforme de las partículas de carburo de niobio/titanio en la matriz. Por e emplo, la pieza colada puede ser un impulsor de bomba.

La pieza colada puede comprender una dispersión no uniforme de las partículas de carburo de niobio/titanio en la matriz. Por ejemplo, la pieza colada puede ser un buje de garganta de bomba .

El metal huésped puede ser una aleación ferrosa, tal como un hierro colado blanco con alto contenido en cromo, un acero inoxidable, o un acero austeñítico al manganeso (tal 5 como un acero Hadfield) .

Breve Descripción de las Figuras Se describirán ahora modalidades de la invención, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a las figuras adjuntas, en las que : La figura 1 es una micrografía de una aleación de hierro colado blanco con alto contenido en cromo que incluye un 27% en peso de cromo y un 15% en peso de carburos de niobio.

La figura 2 es una micrografía de acero inoxidable martensítico (grado 420C) que incluye un 15% en peso de carburos de niobio .

Descripción Detallada de la Invención El solicitante llevó a cabo una extensa serie de ensayos de fusión en laboratorio sobre la adición del 10 al 30% en peso de partículas de NbC y Nb/TiC a una amplia selección de aleaciones ferrosas incluyendo hierros blancos con alto contenido en cromo, aceros austení icos al manganeso (incluyendo aceros Hadfield) , superaleaciones , aceros inoxidables (incluyendo dúplex, ferrítico, austenítico y martensítico) y depósitos de soldadura de .superficie endurecida.

El solicitante ha llevado a cabo un extenso trabajo adicional revisando los datos recopilados por el solicitante directamente y en otras fuentes en relación' a carburos, boruros y nitruros de metales de transición, y combinaciones químicas de carburos, boruros y nitruros de estos metales, y ha establecido que los hallazgos del trabajo de laboratorio notificados en el presente documento son igualmente aplicables a estos carburos, boruros y nitruros de metales de transición y combinaciones de elementos en metales huésped ferrosos .

Se muestra en la figura 1 un ejemplo de una microestructura de una aleación de hierro colado blanco con alto contenido en cromo que incluye un 15% en peso de NbC. La aleación se produjo colando un lingote de 50 g a partir de una masa fundida producida en un horno de fusión por arco eléctrico bajo una presión parcial de argón en un crisol de cobre enfriado con agua, es decir, el lingote se coló en coquilla. Se añadió el NbC a la masa fundida del horno como partículas diferenciadas que tenían un intervalo de tamaño de partícula de 2 a 20 µ?? de diámetro.

En modalidades adicionales, el solicitante ha examinado el uso de otros diversos intervalos de tamaño de partícula de NbC, incluyendo <45 µp? de diámetro, de 45 a 75 µ?? de diámetro, de 75 a 150 µp? de diámetro y <100 µp? de diámetro.

Las aleaciones de hierro colado blanco con alto contenido en cromo se basan convencionalmente' en el alto contenido en cromo para producir un volumen significativo de carburos de cromo duros que dotan a las piezas coladas de una alta resistencia al desgaste. Además, las aleaciones de hierro colado blanco con alto contenido en cromo se basan convencionalmente en que queda algo de cromo en la matriz ferrosa y dota a las aleaciones de resistencia a la corrosión .

La microestructura en la figura 1 presenta una matriz ferrosa que contiene una dispersión fina de carburos M7C3 eutécticos (que se aproxima al 30% en volumen) y una dispersión de partículas de NbC al 15% en peso que aparecen como una fase de esferoides de color blanco en la figura.

La microestructura formada en la figura 2 es una forma de acero inoxidable martensítico de grado 420C que se produjo mediante el mismo procedimiento descrito anteriormente para el hierro colado blanco con alto contenido en cromo mostrado en la figura 1.

En cambio, las partículas de NbC (de color blanco en la figura 2) no son esferoides regulares como en el hierro colado blanco con alto contenido en cromo, sino más bien una forma de carburo de NbC irregular que parece ser típica para diversos grados de acero inoxidable que se han aleado con NbC .

El trabajo experimental notificado anteriormente y otro trabajo experimental llevado a cabo por el solicitante indican que aleaciones producidas con partículas de carburo de niobio en el intervalo del 10-30% en peso de NbC en un metal huésped ferroso muestran microestructuras , características de soldadura y características de colada en fundición muy prometedoras. Las indicaciones son que la adición de alto contenido en NbC a estos materiales aumenta sustancialmente la resistencia al desgaste sin afectar de manera adversa a la colabilidad, soldabilidad, respuesta al tratamiento térmico y a las propiedades mecánicas del material ferroso original.

Las microestructuras de las coladas de prueba en la figura 1 y otras coladas de prueba producidas por el solicitante muestran que todas las partículas de NbC añadidas a las aleaciones ferrosas son carburos primarios en suspensión en el metal líquido. La analogía es que todas las coladas convencionales por encima de la temperatura líquida (aproximadamente 1300-1400°C) son "líquidos transparentes", es decir, líquidos de una úni-ca fase. Sin embargo, cuando se añaden partículas de carburo de niobio, por ejemplo un 20% en peso, las partículas permanecen en suspensión de modo que el metal líquido y las partículas de NbC se aproximan a una "suspensión" (2 fases) con buena fluidez, lo que es un requisito obligatorio para producir piezas coladas firmes. El trabajo experimental encontró un resultado similar cuando se añadieron partículas de carburo de niobio/titanio a una masa fundida líquida.

Se apreciará, sin embargo, que pueden formarse carburos de niobio como partículas sólidas en una masa fundida, en vez de añadirse a la masa fundida, añadiendo ferro-niobio a la masa fundida. En tales casos, la masa fundida contiene carbono, y el % en peso de carbono es mayor que un octavo del % en peso de niobio. En el caso de adiciones de ferro-niobio, el hierro y el niobio se separan en la masa fundida. El niobio, que tiene una alta afinidad por el carbono, se combina químicamente con el carbono de la masa fundida líquida para formar partículas de carburo de niobio dispersadas en la masa fundida líquida. Con la colada, la masa fundida se cuela como una "suspensión" que consiste en partículas de carburo de niobio sólidas suspendidas en la masa fundida líquida. Con la solidificación, la pieza colada tendrá una microestructura que incluye carburos de niobio dispersados en una matriz ferrosa. Se logra una microestructura similar con partículas de carburo de niobio/titanio .

Las ventajas de añadir un 10-30% en peso de partículas de NbC a materiales ferrosos se resumen a continuación. (a) . La dureza de NbC es' de aprox. 2500 HV que se compara con una dureza de 1500 HV para carburos MC3 presentes en aleaciones de hierro colado blanco con alto contenido en cromo . (b) El niobio es un formador de carburo muy fuerte y puede añadirse como ferro-niobio o polvo de NbC a la masa fundida ferrosa. (c) El punto de fusión de NbC es de 3600°C, es decir, aproximadamente 2000 °C por encima de la temperatura de la masa fundida ferrosa de aceros, hierros colados y depósitos de soldadura de superficie endurecida. Adicionalmente, las partículas de NbC finas (por ejemplo de 2 a 20 µp? de diámetro) no crecen de tamaño o coalescen en la masa fundida durante el procedimiento de colada. Esto es importante en cuanto a la colabilidad de la masa fundida y la resistencia al desgaste resultante del producto colado. La resistencia al desgaste del producto colado se optimiza cuando se distribuye uniformemente una dispersión de partículas de NbC finas por toda la microestructura . (d) Otros elementos, por ejemplo Cr, Mn y Fe, no se disuelven en las partículas de NbC de alto punto de fusión. Por consiguiente, la composición química de las partículas de NbC no se ve alterada y conservarán sus propiedades físicas durante la preparación de la masa fundida y tras colar. (e) La solubilidad de NbC en la matriz ferrosa es insignificante (<0,3% en peso), lo que sugiere que la adición de NbC a materiales ferrosos no dará como resultado efectos observables sobre la respuesta al tratamiento térmico o cambios en las propiedades del material de la matriz ferrosa. (f) La densidad de NbC es de 7,82 gramos/cc a temperatura ambiente. Esto está muy cerca de las densidades de materiales ferrosos que son de aproximadamente 7,5 gramos/cc. Esto significa que no se segregarán partículas de NbC en la masa fundida líquida por hundimiento (en comparación con carburo de tungsteno, por ejemplo, que tiene una densidad de 15,8 gramos/cc) o por flotación (en comparación con carburo de titanio, por ejemplo, que tiene una densidad de 4,93 gramos/cc). (g) La presencia de una fracción en volumen alta de partículas de NbC en la microestructura dará como resultado un tamaño de grano de matriz ferrosa más fino durante la colada y el tratamiento térmico. Esto mejora las propiedades mecánicas de las piezas coladas. (h) Se estima que la adición de un 20% en peso de NbC a la familia existente de aleaciones de hierro colado blanco con alto contenido en cromo resistentes al desgaste mejorará la resistencia al desgaste de estos materiales, en algunos casos posiblemente en un orden de magnitud. (i) Observando las microestructuras resultantes, se considera que la adición de un 10-25% en peso de NbC a diversos aceros inoxidables, por ejemplo martensítico, austenítico, ferrítico y dúplex, aumentará sustancialmente la vida útil con reducción insignificante en tenacidad, resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas para los diversos grados . (j) La adición de un 20% en peso de NbC a acero Hadfield (que se usa normalmente en revestimientos de trituradoras de rocas primarias, tales como trituradoras de mandíbulas y giratorias, en las que se requiere una alta tenacidad al impacto) producirá un material con una vida útil mucho mayor que el acero Hadfield original sin disminuir la excepcional tenacidad y capacidad de endurecimiento por deformación que es inherente en este acero. (k) La adición de un 20% en peso de NbC a acero para herramientas mejorará enormemente ,1a vida útil de la herramienta mientras que se mantienen las propiedades del material original.

El carburo de niobio puede añadirse a aleaciones ferrosas, tales como hierros colados blancos con alto contenido en cromo de dos modos distintos, tal como sigue. 1. Como partículas de carburo de niobio finas (2-100 micrómetros de diámetro) a una masa fundida, según el trabajo de laboratorio mencionado anteriormente. 2. Como polvo de ferro-niobio fino (menos de 1 mm de diámetro) en presencia de la cantidad estequiométrica requerida de carbono previamente disuelto en la masa fundida.

La densidad de NbC es de 7,8 gramos/cc a temperatura ambiente y esto está cerca de la densidad del hierro colado blanco con alto contenido en cromo (7,5 gramos/cc) . La presencia de fases con densidades similares ayuda a lograr una dispersión uniforme de partículas de NbC en el metal líquido durante un procedimiento de colada.

Sin embargo, una prueba de laboratorio llevada a cabo por el solicitante mostró que se producía segregación de NbC en una aleación de hierro colado blanco con alto contenido en cromo + 5% en peso de NbC por sedimentación de las partículas de NbC finas en el fondo del lingote cuando la masa fundida se dejaba reposar durante 15 minutos a aproximadamente 150 °C por debajo de la temperatura líquida del metal huésped.

La diferencia de densidad entre el hierro colado blanco con alto contenido en cromo y NbC aumenta con la temperatura. El coeficiente de expansión térmica del hierro colado blanco con alto contenido en cromo es el doble que el de - NbC. Además, el hierro colado blanco con alto contenido en cromo experimenta un aumento escalonado de volumen en el cambio de fase de sólido a líquido a aproximadamente 1260 °C.

Como consecuencia, la densidad del hierro colado blanco con alto contenido en cromo en el estado líquido a 1400 °C es de 6,9 gramos/cc mientras que la densidad de NbC a 1400°C es de aproximadamente 7,7 gramos/cc. El solicitante ha encontrado que esta diferencia de densidad es suficiente para provocar la segregación de partículas de NbC en hierro colado blanco con alto contenido en cromo líquido a temperaturas de colada en fundición de 1300 °C o mayores.

El carburo de titanio es similar en muchas características a NbC. Las estructuras cristalinas son las mismas, con un número de grupo de 225. El parámetro de estructura reticular de NbC es de 4,47 Angstroms y el parámetro de estructura reticular de Tic es de 4,32 Angstroms. Tic y NbC son isomorfos, es decir, los átomos de Nb se sustituirán fácilmente por átomos de Ti en NbC. La dureza de TiC és similar a NbC. El punto de fusión de TiC es de 3160 °C, que es similar al punto de fusión de NbC (3600 °C) .

Sin embargo, la densidad de TiC es de 4,9 gramos/cc a temperatura ambiente, y esto es muy inferior a la densidad de NbC. Puesto que TiC y NbC son isomorfos, es posible lograr cualquier valor de densidad para el carburo mezclado en un intervalo de 4,9-7,8 gramos/cc seleccionando la composición química correspondiente con la fórmula general (Nbx,Tiy)C. A' modo de ejemplo, los carburos de niobio/titanio pueden ser (Nb0,5,Tio,5) C o (Nb0,25,Ti0,75) C o (Nb0,75, i0,25) C. Esta diferencia de densidad es la base de un método rentable de reducción de la segregación de carburos sólidos, duros en metal líquido a temperaturas de colada en fundición habituales. Especialmente,' es posible ajustar selectivamente la densidad de los carburos de niobio/titanio dentro del intervalo de 4.9-7.8 gramos/cc y controlar si las partículas formarán una dispersión uniforme o se segregarán en una pieza colada de una aleación de metal, tal como un hierro blanco con alto contenido en cromo, que incluye las partículas. Esta selección puede ser deseable para algunas piezas coladas en las que es deseable una resistencia al desgaste uniforme a través de las piezas coladas y para otras piezas coladas en las que es deseable tener una concentración de partículas resistentes al desgaste en una sección, tal como una superficie, de las piezas coladas.

La descripción se refiere a las microestructuras de materiales de metal duro de la presente invención en % en volumen en vez del % en peso de productos químicos a gran escala habitual. La tabla expuesta a continuación se proporciona para explicar el motivo de esta selección de nomenclatura.

En los primeros 2 casos en la tabla, la química del metal huésped es idéntica y es esencialmente un hierro colado blanco con alto Contenido en cromo, con una química = Fe-27Cr-2 , 7C-2Mn-0, 5Si . Es intuitivamente sencillo visualizar las microestructuras de los dos materiales de metal duro (concretamente el 10 y el 20% en volumen de NbC) en el mismo metal huésped. Sin embargo, las químicas a gran escala de los dos materiales de metal duro (tal como se determina mediante la técnica de análisis espectrográfico en fundición habitual) no expresan claramente la diferencia sencilla entre estos dos materiales de metal duro.

En los casos tercero y cuarto en la tabla, el ejercicio se repite para el 10 y el 20% en volumen de NbC en acero Hadfield. La química del metal huésped es idéntica y es esencialmente Fe-12Mn-l, 2C-2Mn-0 , 5Si . De nuevo, las químicas a gran escala de estos dos materiales de metal duro son ampliamente diferentes y no son descriptivas de las microestructuras .

Microestructura = 90% en volumen de hierro colado blanco + 10% en volumen de NbC Microestructura = 80% en volumen de hierro colado blanco + 20% en volumen de NbC Microestructura = 90% en volumen de acero Hadfield + 10% en volumen de bC Microestructura = 80% en volumen de acero Hadfield +¦ 20% en volumen de NbC En todo el trabajo llevado a cabo por el solicitante en relación a la presente invención, el solicitante ha encontrado que la química a gran escala final de cada uno de los materiales de metal duro es una función compleja de la microestructura seleccionada y la química a gran escala real no es un medio útil de descripción de las características requeridas de los materiales de metal duro. Las características requeridas del material de metal duro de la presente invención son (a) química del metal huésped y (b) % en volumen de las partículas refractarias seleccionadas.

Cabe señalar que la química a gran escala es incluso más complicada cuando se incluyen carburos y/o nitruros y/o boruros de dos o más metales de transición en los materiales de metal duro.

Cabe señalar que el material de metal duro de la presente invención puede colarse como una forma de producto final y puede formarse como un material sólido que posteriormente se trabaja en caliente en una operación de procesamiento posterior para formar una forma de producto final. Por ejemplo, el material de metal duro de la presente invención puede formarse como un lingote y posteriormente trabajarse en caliente mediante laminación o forjado según se requiera para dar un producto final tal como una barra o una placa .

Pueden realizarse muchas modificaciones a las modalidades de la presente invención tal como se describió anteriormente sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención.

Se entenderá que el término "comprende" o sus variantes gramaticales tal como se usan en esta descripción y reivindicaciones es equivalente al término "incluye" y no pretende tomarse como excluyente de la presencia de otras características o elementos.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (30)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Material de metal duro, caracterizado porque comprende el 5-50% en volumen de partículas de un material refractario dispersadas en un metal huésped, en el que el material refractario comprende partículas de carburos y/o nitruros y/o boruros de uno cualquiera o más de uno de titanio, zirconio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, cromo y molibdeno.

2. Material de metal duro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas del material refractario también comprenden tungsteno.

3. Material de metal duro de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende el 5-40% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

4. Material de metal duro de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende más del 10% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

5. Material de metal duro de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende más del 15% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

6. Material de metal duro de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende menos del 30% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

7. Material de metal duro de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende menos del 25% en volumen de partículas del material refractario dispersadas en el metal huésped.

8. Material de metal duro de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el metal huésped comprende una aleación ferrosa (tal como un acero o un hierro colado) , un acero inoxidable, un acero austeñítico al manganeso, o una superaleación a base de hierro o a base de níquel o a base de cobalto.

9. Método de fabricación de un componente de un material de metal duro, caracterizado porque comprende: (a) formar una suspensión de un material de metal duro que comprende el 5-50% en volumen de partículas de un material refractario dispersadas en un metal huésped líquido en una atmósfera inerte, y (b) verter la suspensión en un molde y formar una pieza colada del componente, tal como en una atmósfera inerte.

10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende formar la suspensión y después de eso formar la pieza colada del componente en una cámara en condiciones de vacío que eliminan el aire de la cámara y suministrar un gas inerte, tal como argón, en la cámara.

11. Método de conformidad con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, caracterizado porque comprende seleccionar los parámetros de producción para formar la suspensión en la etapa (a) con una fluidez requerida para el procesamiento en la etapa (b) .

12. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque los parámetros de producción comprenden uno cualquiera o más del tamaño de partícula, forma, reactividad, densidad y solubilidad de los materiales refractarios.

13. Método de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque el material refractario tiene menos de 400 micrómetros de tamaño de partícula .

14. Método de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque el material refractario tiene menos de 150 micrómetros de tamaño de partícula .

15. Método de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque comprende seleccionar el material refractario para que tenga una contracción térmica más pequeña que el metal huésped.

16. Método de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque comprende seleccionar la densidad del material refractario, en comparación con la densidad del metal huésped en el estado líquido para controlar la dispersión de las partículas del material refractario en el metal huésped.

17. Método de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, caracterizado porque comprende seleccionar el material refractario para que tenga una solubilidad sólida, mínima en el metal huésped líquido.

18. Método de formación de un material de metal duro resistente al desgaste, caracterizado porque comprende el método añadir (a) niobio o (b) niobio y titanio a una masa fundida que contiene un metal huésped en una forma que produce partículas de carburo de niobio y/o partículas de una mezcla química de carburo de niobio y carburo de titanio en un intervalo del 10 al 40% en peso del peso total del material de metal duro en una microestructura de una aleación de metal solidificada, y dejar que la masa fundida solidifique para formar el material de metal duro sólido.

19. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende añadir el niobio y/o el titanio a la masa fundida para producir partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio en un intervalo del 12% en peso al 33% en peso de carburos de niobio y carburos de niobio/titanio del peso total del material de metal duro solidificado .

20. Método de conformidad con la reivindicación 18 o la reivindicación 19, caracterizado porque las partículas de carburos de niobio/titanio ' tienen una fórmula general (Nbx,Tiy)C.

21. Método de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado porque comprende añadir niobio y/o titanio a la masa fundida en forma de partículas de carburo dé niobio y/o carburos de niobio/titanio .

22. Método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque comprende formar una suspensión de partículas de carburo de niobio y/o carburos de niobio/titanio suspendidas en la masa fundida y dejar que la masa fundida solidifique para formar el material de metal duro solidificado.

23. Método de colada de un material de metal duro que tiene una dispersión de una mezcla química de carburos de niobio y carburos de titanio en un metal huésped que forma una matriz del material de metal duro, caracterizado porque comprende seleccionar la densidad de las partículas de niobio/titanio en relación con la densidad del metal huésped y por tanto controlar selectivamente la dispersión de las partículas de niobio/titanio en la matriz que oscila entre una dispersión uniforme y una dispersión no uniforme.

24. Pieza colada de la aleación de metal, caracterizada porque es producida mediante el método de conformidad con la reivindicación 23.

25. Pieza colada de conformidad con la reivindicación 24, caracterizada porque comprende una dispersión uniforme de partículas de niobio/titanio en la matriz.

26. Pieza colada de conformidad con la reivindicación 24, caracterizada porque comprende uña dispersión no uniforme de partículas de niobio/titanio en la matriz.

27. Pieza colada de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26, caracterizada porque la aleación de metal es una aleación ferrosa (tal como un acero o un hierro colado, tal como un hierro colado blanco con alto contenido en cromo) , un acero inoxidable o un acero austenítico al manganeso (tal como un acero Hadfield) .

28. . Método de formación de un material de metal duro caracterizado porque comprende: (a) formar una suspensión de un material de metal duro que comprende el 5-50% en volumen de partículas de un material refractario dispersadas en un metal huésped líquido, y (b) dejar que la suspensión solidifique para formar un material de metal duro sólido.

29. Método de formación de un material de metal duro resistente al desgaste, caracterizado porque comprende el método añadir uno cualquiera o más de los nueve metales de transición titanio, zirconio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno y tungsteno a una masa fundida de un metal huésped en una forma que produce partículas de carburos y/o nitruros y/o boruros de uno cualquiera o más de los nueve metales de transición en un intervalo del 5 al 50% en volumen del volumen total del material de metal duro, y dejar que el metal solidifique para formar el material de metal duro sólido.

30. Método de colada de un material de metal duro que tiene una dispersión de partículas de material refractario de carburos y/o nitruros y/o boruros de uno cualquiera o más de los nueve metales de transición titanio, zirconio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno y tungsteno en un metal huésped que forma una matriz del material de metal duro en una pieza colada sólida, caracterizado porque comprende seleccionar la densidad de las partículas de material refractario en relación con la densidad del metal huésped y por tanto controlar selectivamente la dispersión de las partículas de material refractario en la matriz de una pieza colada sólida que oscila entre una dispersión uniforme y una dispersión no uniforme.