The effect of heating rate and sintering time on properties of WC-6Co nanocrystalline composites produced by spark plasma sintering

• Autorzy: Garbiec D. , Siwak P. , Jakubowicz J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ szybkości nagrzewania i czasu spiekania na właściwości nanokrystalicznych kompozytów WC-6Co wytwarzanych metodą iskrowego spiekania plazmowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For the production of composite materials WC-6Co, the spark plasma sintering method was used. As a result of rapid heating and a short sintering time, materials were obtained with a density close to the theoretical value. The resulting sintered materials were measured for density and hardness. The values of the critical stress intensity factor KIc and modulus of elasticity were set. SEM and AFM observations were carried out. On the basis of X-ray diffractometers analyses, the size of WC and Co crystallites were estimated, whose sizes are less than 50 nm. It was shown that the rate of heating to the sintering temperature significantly affects the sintered microstructure and consequently their mechanical properties. All the sinters are characterized by a KIc above 11.5 MPa·m1/2. The hardest of the obtained materials (1842 HV30) was sintered at a heating rate of 600°C/min for 5 min.

PL

Do wytworzenia materiałów kompozytowych WC-6Co zastosowano metodę iskrowego spiekania plazmowego. W wyniku szybkiego nagrzewania i krótkiego czasu spiekania uzyskano materiały o gęstości zbliżonej do teoretycznej. Wytworzone spieki poddano pomiarom gęstości i twardości. Wyznaczono wartość krytycznego współczynnika intensywności naprężeń KIc oraz modułu sprężystości. Przeprowadzono obserwacje SEM i AFM. Na podstawie dyfraktometrów rentgenowskich oszacowano wielkość krystalitów WC i Co, których wielkość wynosi poniżej 50 nm. Wykazano, iż szybkość nagrzewania do temperatury spiekania wpływa w istotny sposób na mikrostrukturę spieków, a w konsekwencji na ich właściwości mechaniczne. Wszystkie spieki charakteryzują się KIc powyżej 11,5 MPa·m1/2. Najtwardszy z uzyskanych materiałów (1842 HV30) spiekany był z szybkością nagrzewania 600°C/min w czasie 5 min.

Słowa kluczowe

EN

spark plasma sintering; composite material; WC-Co

PL

iskrowe spiekanie plazmowe; materiał kompozytowy; WC-Co

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 1
• Strony: 48--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Garbiec D.

• Metal Forming Institute, ul. Jana Pawla II 14, 61-139 Poznan, Poland

autor

Siwak P.

• Poznan University of Technology, Institute of Mechanical Technology, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznan, Poland

autor

Jakubowicz J.

• Poznan University of Technology, Institute of Materials Science and Engineering, ul. Jana Pawla II 24, 61-138 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Michalski A., Siemiaszko D., Impulsowo plazmowe spiekanie nanokrystalicznych węglików WC-12Co, Inżynieria Materiałowa 2006, 3, 629-631.
• [2] Rosiński M., Wachowicz J., Ziętala M., Michalski A., Właściwości kompozytu WC-Co spiekanego metodą PPS, Materiały Ceramiczne (Ceramic Materials) 2012, 3, 319-323.
• [3] Ratna Sunil B., Sivaprahasam D., Subasri R., Microwave sintering of nanocrystalline WC-12Co: Challenes and perspectives 2010, 2, 180-186.
• [4] Jia Ch., Sun L., Tang H., Qu X., Hot pressing of nanometer WC-Co powder, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 2007, 1, 53-56.
• [5] Courtney T.H., Mi S., Synthesis of WC and WC-Co cermets by mechanical alloying and subsequent hot isostatic pressing, Scripta Materialia 1997, 1, 171-176.
• [6] Sivaprahasam D., Chandrasekar S.B., Sundaresan R., Microstructure and mechanical properties of nanocrystalline WC-12Co consolidated by spark plasma sintering, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 2007, 2, 144-152.
• [7] Garbiec D., Rybak T., Heyduk F., Janczak M., Nowoczesne urządzenie do iskrowego spiekania plazmowego proszków SPS HP D 25 w Instytucie Obróbki Plastycznej, Obróbka Plastyczna Metali 2011, 3, 221-225.
• [8] Wenbin L., Xiaoyan S., Kai W., Jiuxing Z., Guozhen Z., Xuemei L., A novel rapid route for synthesizing WC-Co bulk by in situ reactions in spark plasma sintering, Materials Science and Engineering A 2009, 499, 476-481.
• [9] Wenbin L., Xiaoyan S., Jiuxing Z., Fuxing Y., Guozhen Z., A novel route to prepare ultrafine-grained WC–Co cemented carbides, Journal of Alloys and Compounds 2008, 458, 366-371.
• [10] Kim H.-Ch., Shon I.-J., Yoon J.-K., Doh J.-M., Consolidation of ultra fine WC and WC–Co hard materials by pulsed current activated sintering and its mechanical properties, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 2007, 25, 46-52.
• [11] Rumman R., Xie Z., Hong S.-J., Ghomashchi R., Effect of spark plasma sintering pressure on mechanical properties of WC-7.5wt% Nano Co, Materials and Design 2015, 68, 221-227.
• [12] Zhao S., Song X., Zhang J., Liu X., Effects of scale combination and contact condition of raw powders on SPS sintered near nanocrystalline WC–Co alloy, Materials Science and Engineering A 2008, 473, 323-329.
• [13] Schubert W.D., Neumeister H., Kinger G., Lux B., Hardness to toughness relationship of fine-grained WC-Co hard-metals, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 1998, 2 133-142.
• [14] Deorsola F.A., Vallauri D., Ortigoza Villalba G.A., De Benedetti B., Densification of ultrafine WC–12Co cermets by Pressure Assisted Fast Electric Sintering, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 2010, 28, 254-259.