Mikrostruktura i właściwości węglików spiekanych WC-6Co wytwarzanych metodą spiekania iskrowo-plazmowego (SPS)

• Autorzy: Garbiec D. , Siwak P.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and properties of spark plasma sintered WC-6Co cemented carbides

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Węgliki spiekane stanowią główną grupę materiałów narzędziowych, co wynika z ich dobrych właściwości skrawnych i wytrzymałościowych. Do wytwarzania węglików spiekanych stosowane są metody metalurgii proszków, spośród których za wysoce perspektywiczne uważa się spiekanie iskrowo-plazmowe. W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na mikrostrukturę, a w konsekwencji na gęstość, twardość oraz odporność na kruche pękanie węglików spiekanych WC-6Co wytwarzanych metodą spiekania iskrowo-plazmowego. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 przeprowadzono w próżni w temperaturze 1200°C w czasie 10 min przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 lub 60 MPa, z szybkością nagrzewania 200 lub 400°C/min. Z wytworzonych spieków wycięto, za pomocą wycinania elektroerozyjnego, próbki do pomiarów i badań. Pomiary gęstości przeprowadzono metodą Archimedesa zgodnie z normą ISO 3369:2006, natomiast pomiary twardości metodą Vickersa zgodnie z normą ISO 6507-1:2007. Wyznaczono odporność na kruche pękanie. Obserwacje mikrostruktury w kontraście elektronów wstecznie rozproszonych przeprowadzono z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego. Wykazano, że gęstość względna zwiększa się wraz ze zwiększeniem ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania, przy czym szybkość nagrzewania ma mniejsze znaczenie. Ponadto zwiększenie twardości wpływa na zmniejszenie odporności na kruche pękanie. Największą twardością, wynoszącą 1726 HV30, odznaczają się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa z szybkością nagrzewania 400°C/min. Odporność na kruche pękanie tych materiałów wynosi 8,66 MPa·m1/2.

EN

Cemented carbides constitute the main group of tool materials due to their good cutting and strength properties. To produce cemented carbides powder metallurgy methods are used, among which spark plasma sintering is considered to be highly prospective. The paper presents the results of research on the effect of compaction pressure and heating rate on the microstructure and consequently on the density, hardness and fracture toughness of WC-6Co cemented carbides produced by spark plasma sintering. Sintering using an HP D 25-3 furnace was performed in vacuum at 1200°C for 10 min at a compaction pressure of 50 or 60 MPa and at a heating rate of 200 or 400°C/min. Samples for measurements and testing were cut by electrical discharge machining from the sintered compacts. Density measurements were carried out using the Archimedes method according to ISO 3369:2006 standard, while Vickers hardness measurements were performed according to ISO 6507-1:2007 standard. The fracture toughness was determined. Microstructure observations in backscattered electrons contrast were conducted using a scanning electron microscope. It was shown that the relative density increases with increasing compaction pressure and heating rate, whereby the heating rate is less important. In addition, an increase in hardness affects a reduction in the fracture toughness. The compacts sintered at the compaction pressure of 50 MPa at the heating rate of 400°C/min exhibited the highest hardness of 1726 HV30. The fracture toughness of these materials is 8.66 MPa·m1/2.

Słowa kluczowe

PL

węgliki spiekane; spiekanie plazmowe iskrowe; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

EN

cemented carbides; spark plasma sintering; microstructure; mechanical properties

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 28, nr 2
• Strony: 123--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Garbiec D.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Siwak P.

• Politechnika Poznańska, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Cichosz P. 2006. Narzędzia Skrawające, 33–42. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
• [2] Arató P., L. Bartha, R. Porat, S. Berger, A. Rosen. 1998. „Solid or liquid phase sintering of nanocrystalline WC\Co hardmetals”. Nanostructured Materials 10: 245–255.
• [3] Jia Ch., L. Sun, H. Tang, X. Qu. 2007. „Hot pressing of nanometer WC-Co powder”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 25: 53–56.
• [4] Wei Ch., X. Song, S. Zhao, L. Zhang, W. Liu. 2010. „In-situ synthesis of WC–Co composite powder and densification by sinter-HIP”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 28: 567–571.
• [5] Bao R., J. Yi, Y. Peng, H. Zhang, A. Li. 2012. „Decarburization and improvement of ultra fine straight WC-8Co sintered via microwave sintering”. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 22: 853–857.
• [6] Bao R., J. Yi. 2013. „Effect of sintering atmosphere on microwave prepared WC–8wt.%Co cemented carbide”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 41: 315–321.
• [7] Kim H., D. Oh, I. Shon. 2004. „Sintering of nanophase WC–15vol.%Co hard metals by rapid sintering process”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 22: 197–203.
• [8] Kim H., D. Oh, J. Guojian, I. Shon. 2004. „Synthesis of WC and dense WC–5 vol.% Co hard materials by high-frequency induction heated combustion”. Materials Science and Engineering: A 368: 10–17.
• [9] Garbiec D. 2015. „Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS): teoria i praktyka”. Inżynieria Materiałowa 2: 60–64.
• [10] Schubert W.D., H. Neumeister, G. Kinger, B. Lux. 1998. „Hardness to toughness relationship of finegraded WC-Co hardmetals”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 16: 133–142.
• [11] Garbiec D., P. Siwak, A. Mróz. 2016. „Effect of compaction pressure and heating rate on microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered Ti6Al4V alloy”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 16: 702–707.
• [12] Yang Y.F., Qian M. 2015. Titanium powder metallurgy, 219–235. Elsevier Inc.
• [13] Huang S.G., R.L. Liu, L. Li, O. Van der Biest, J. Vleugels. 2008. „NbC as grain growth inhibitor and carbide in WC-Co hardmetals”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 26: 389–395.
• [14] Siwak P., D. Garbiec. 2016. „Microstructure and mechanical properties of WC-Co, WC-Co-Cr3C2 and WC-Co-TaC cermets fabricated by spark plasma sintering”. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 26 (10): 2641–2646.
• [15] Kim H., I. Shon, J. Yoon, J. Doh. 2007. „Consolidation of ultrafine WC and WC–Co hard materials by pulsed current activated sintering and its mechanical properties”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 25: 46–52.
• [16] Su W., Y. Sun, H. Yang, X. Zhang, J. Ruan. 2015. „Effects of TaC on microstructure and mechanical properties of coarse grained WC-9Co cemented carbides”. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 25: 1194–1199.
• [17] Michalski A., Siemiaszko D. 2006. „Impulsowoplazmowe spiekanie nanokrystalicznych węglików WC-12Co”. Inżynieria Materiałowa 3: 629–631.