Wpływ ciśnienia prasowania na właściwości kompozytów WCCo–cBN wytwarzanych metodą PPS

• Autorzy: Wachowicz J. , Zieliński R. , Popławski K. , Kucharska B.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.34

Warianty tytułu

EN

Influence of load on the properties of WCCo–cBN composites produced by the PPS method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Regularny azotek boru (cBN) jest drugim po diamencie materiałem charakteryzującym się największą twardością i przewodnictwem cieplnym. Jednak w przeciwieństwie do diamentu charakteryzuje się małą reaktywnością z metalami z grupy żelazowców. Właściwości te sprawiają, że regularny azotek boru jest bardzo dobrym materiałem na narzędzia do obróbki m.in. stali ulepszonych cieplnie, stopów na osnowie niklu, kobaltu i innych. Regularny azotek boru pod normalnym ciśnieniem w podwyższonej temperaturze ulega przemianie w stabilną fazę hBN. Spieki z cBN (PCBN — Polycrystalline Cubic Boron Nitride) o osnowie metalicznej lub ceramicznej spieka się za pomocą drogiej techniki HPHT (Hight Presure Hight Temperature) pod ciśnieniem 4÷5 Gpa w celu uniknięcia przemiany twardego cBN w heksagonalną, miękką odmianę hBN. W pracy przedstawiono wpływ ciśnienia prasowania na właściwości i mikrostrukturę kompozytów WCCo zawierających 20% obj. cBN o wielkości cząstek 6÷12 μm. Proces spiekania był realizowany za pomocą urządzenia do spiekania silnoprądowymi impulsami PPS (Pulse Plasma Sintering). Istota procesu polega na wykorzystaniu impulsów elektrycznych do nagrzewania sprasowanego proszku. Nagrzewanie impulsami prądu następuje w wyniku wydzielania się ciepła Joule’a w miejscach kontaktu cząstek spiekanego proszku. Chwilowa temperatura w czasie przepływu impulsu prądu osiąga wartość do kilku tysięcy stopni Celsjusza na powierzchni cząstek, a następnie po zaniku przepływu prądu szybko zmniejsza się do ustalonej temperatury spiekania.Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie ciśnienia prasowania 30 MPa w pierwszym etapie spiekania, a następnie zwiększenie go do 100 MPa w drugim etapie, prowadzi do uzyskania spieków o dużej twardości 2230 HV10 oraz gęstości zbliżonej do wartości teoretycznej.

EN

Cubic boron nitride (cBN) is the material next to diamond in respect of hardness and heat conductivity, but, contrary to diamond, it shows weak reactivity with ferrous materials. In view of these properties, cubic boron nitride is an excellent material for the fabrication of cutting tools such as e.g. those made of heat-treated steels, nickel-based alloys, or cobalt. Under elevated temperature and under normal pressure, cubic boron nitride undergoes transformation into its stable phase hBN. Traditional cBN sinters (polycrystalline cubic boron nitride — PCBN) with a metallic matrix are usually sintered using the expensive High Pressure High Temperature (HPHT) method which requires high pressure of 4÷5 GPa to avoid the transformation of hard cBN into its soft hexagonal hBN phase. The present study is concerned with how the load affect on the properties of the WCCo composites which contain 20 vol. % of cBN with the particle size ranging from 5 to 12 μm. The powders were sintered in an apparatus for high-current pulse sintering (Pulse Plasma Sintering). The idea underlying the process is to heat the pre-consolidated powder using electric pulses, the heating being realized via the Joule heat dissipated at the contacts between the individual powder particles. During the electric current impulses the instantaneous temperature on the powder particle surfaces reaches several thousand Celsius degrees, and after the current decays, it quickly falls to the prescribed sintering temperature. The study showed that the sintering at the temperature 1100°C, under the load 30 MPa (in the first stage) and 100 MPa (in the second stage), for 10 min yielded sinters with the density above 99% GT with hardness of about 223 HV10.

Słowa kluczowe

PL

Pulse Plasma Sintering; regularny azotek boru CBN; węgliki spiekane; kompozyty

EN

pulse plasma sintering (PPS); cubic boron nitride (CBN); cemented carbides; composites

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 515--518
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Wachowicz J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Zieliński R.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Popławski K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Kucharska B.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Martinez V., Echeberria J.: Hot isostatic pressing of cubic boron nitridetungsten carbide/cobalt (cBN-WC/Co) composites: Effect of cBN particle size and some processing parameters on their microstructure and properties. Journal of the American Ceramic Society 2 (2007) 415÷424.
• [2] Arsecularatne J. A., Zhang L. C., Montross C., Mathew P.: On machining of hardened AISI D2 steel with PCBN tools. J. Mater. Process. Technol. 171 (2006) 244÷252.
• [3] Rosinski M., Michalski A.: WCCo/cBN composites produced by pulse plasma sintering method. Journal of Materials Science 20 (2012) 7064÷7071.
• [4] Bogatyreva G. P., Maevsky E. R., Zusmanov A. V., Roitsin A. V.: The effect of chemically active media on the structure and properties of cubic boron nitride. J. Solid State Chem. 1 (1999) 292÷295.
• [5] Michalski A., Rosinski M.: Sintering diamond/cemented carbides by the pulse plasma sintering method. Journal of the American Ceramic Society 91 (2008) 3560÷3565.
• [6] Rosinski M., Wachowicz J., Plocinski T., Truszkowski T., Michalski A.: Properties of WCCo/diamond composites produced by PPS method intended for drill bits for machining of building stones, in innovative processing and manufacturing of advanced ceramics and composites. II: Ceramic Transactions Volume 243 (eds T. Ohji, P. Colombo, M. Naito, J. E. Garay and H.-T. Lin), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA. doi: 10.1002/9781118771464.ch19.
• [7] Michalski A., Rosinski M., Siemiaszko D., Jaroszewicz J., Kurzydłowski K. J.: Pulse plasma sintering of nanocrystalline Cu powder. Solid State Phenomena (2006)114÷239.