Modyfikowane materiały WC-Co wytwarzane metodą Spark Plasma Sintering

• Autorzy: Laszkiewicz-Łukasik Jolanta , Reszka Grzegorz , Klimczyk Piotr , Putyra Piotr , Wyżga Piotr , Figiel Paweł , Kalinka Andrzej , Jaworska Lucyna

Warianty tytułu

EN

Modified WC-Co materials produced by the Spark Plasma Sintering method

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań ceramicznych materiałów o osnowie węglika wolframu, wytwarzanych metodą spiekania prądem impulsowym – Spark Plasma Sintering. Przedmiotem badań była ceramika o osnowie WC-Co przeznaczona na narzędzia skrawające lub matryce. Celem badań było opracowanie składów materiałów oraz zastosowanie metody SPS w małoseryjnym procesie produkcyjnym elementów maszyn. Badano właściwości spieków otrzymywanych zarówno z komercyjnych mieszanek WC-Co, jak również z nowoopracowanych mieszanek kompozytowych na bazie komercyjnych, modyfikowanych dodatkami faz metalicznych (stop kowar Fe/Ni/Co, Co), ceramicznych (wiskery SiC, włókna Al2O3, TiB2, B4C, Ti3SiC2), supertwardych (cBN) i grafenu. Dla każdego materiału zoptymalizowano parametry spiekania pozwalające na otrzymanie wymaganych właściwości fizycznych i mechanicznych (w tym gęstości pozornej, modułu Younga, twardości, odporności na pękanie i odporności na zużycie ścierne). Najlepszymi właściwościami odznaczał się materiał węglikowy G35N z dodatkiem 4% mas. włókien Al2O3. Taki dodatek włókien Al2O3 spowodował zwiększenie twardości węglika G35N z 1190 HV30 do 1510 HV30 przy zachowaniu jego odporności na pękanie na poziomie 16-17 MPa•m1/2. Natomiast zastosowanie fazy metalicznej Fe-Ni-Co jako modyfikatora węglika H10 spowodowało zwiększenie odporności na pękanie KIC z 9,7 MPa•m1/2 do 16,4 MPa•m1/2.

EN

The paper presents the results of research on ceramic materials with a tungsten carbide matrix produced by the method of sintering with pulse current – Spark Plasma Sintering. The subject of the research was ceramics with a WC matrix designed for cutting tools or dies. The aim of the research was to develop material compositions and to use SPS method in the production process of a small batch of machine parts. The properties of the sinters obtained from commercial WC-Co and from newly-designed composite materials based on commercial mixtures modified with the addition of metallic (Fe/Ni/Co, Co), ceramic (SiC whiskers, Al2O3 fibres, TiB2, B4C, Ti3SiC2), and super-hard (cBN) phases, and graphene were investigated. For each material, the sintering parameters were optimized to obtain the required physical and mechanical properties (including apparent density, Young’s modulus, hardness, fracture toughness and abrasion resistance). The best properties were obtained for the G35N carbide material with the addition of Al2O3 fibres (4 wt%). Such an addition of Al2O3 fibres increased the hardness of G35N carbide from 1190 HV30 to 1510 HV30 while maintaining its fracture toughness at 16-17 MPa•m1/2. In the case of H10 carbide material, the use of the metallic phase Fe-Ni-Co as a modifier resulted in the increase in fracture toughness KIC from 9.7 MPa•m1/2 to 16.4 MPa•m1/2.

Słowa kluczowe

PL

spiekanie SPS; materiały narzędziowe; ceramika; węgliki spiekane

EN

spark plasma sintering; tool materials; ceramic materials; hard metals

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 72, nr 2
• Strony: 77--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Laszkiewicz-Łukasik Jolanta

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Reszka Grzegorz

• JG GROUP Sp. z o.o., ul. Braci Krausse 4, 20-270 Lublin

autor

Klimczyk Piotr

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Putyra Piotr

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Wyżga Piotr

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Figiel Paweł

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Kalinka Andrzej

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Jaworska Lucyna

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Metali Nieżelaznych, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Zhengui Yao, Stiglich, J. J., Sudarshan, T. S.: Nano-grained Tungsten Carbide-Cobalt (WC/Co), Materials Modification Inc., 2929 Eskridge Road, P-1 Fairfax, VA 22031, (2012).
• [2] https://ec.europa.eu/growth/sectors/raw-materials/specific-interest/critical_en
• [3] Jaworska, L., Putyra, P., Wyżga, P., Figiel, P.: Nowoczesne metody spiekania, Annales Iniversitatis Paedagogicae Cracoviensis, 6, (2013), 35-40.
• [4] Somiya, S., Tokita, M.: Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applications, Chapter 11.2.3 in Handbook of Advanced Ceramics, 2013, 1149-77, doi:10.1016/B978-0-12-385469-8.00060-5.
• [5] Groza, J. R., Zavaliangos, A.: Sintering activation by external electrical field, Mater. Sci. Eng. A, 287, (2000), 171-7, doi:10.1016/S0921-5093(00)00771-1.
• [6] Suárez, M., Fernández, A., Menéndez, J. L., Torrecillas, R., Kessel, H. U., Hennicke, J., et al.: Challenges and Opportunities for Spark Plasma Sintering: A Key Technology for a New Generation of Materials, Chapter 13 in Sintering Applications, Ertuğ. B. ed., InTech, 2013, doi: 10.5772/53706.
• [7] Raichenko, A.I., Burenkov, G.L., Leshchinsky, V.I.: Theoretical analysis of the elementary act of electric discharge sintering, Phisics Sinter., 5, (1976), 215-25.
• [8] Conrad, H.: Thermally activated plastic flow of metals and ceramics with an electric field or current, Mater. Sci. Eng., 322, (2002), 100-7.