The effect of TiC on structure and hardness of WC-Co composites prepared using various consolidation methods

• Autorzy: Dutkiewicz J. , Szutkowska M. , Leśniewski W. , Wieliczko P. , Pieczara A. , Rogal Ł.

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku TiC na strukturę i własności kompozytów WC-Co wykonanych z użyciem różnych metod konsolidacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The additions of 5÷10 wt.% TiC to WC-Co industrial composites substituting WC were consolidated using either the Hot Isostatic Pressing (HIP) method at the temperature of 1320°C and pressure of 250 MPa, or using the Spark Plasma Sintering (SPS) method. The latter samples show a hardness increase from 1050 HV (without TiC) up to 1330 HV at 5% TiC. A larger addition of 10% TiC allows one to obtain a similar hardness increase as in the case of the 5% addition. A higher hardness of 1570 HV was observed for samples consolidated using HIP, which can be explained by the higher consolidation pressure of 1500 bars and temperature of 1350°C leading to a lower porosity. The crack formation behavior allowed the authors to determine the fracture toughness, KIC, in the range of 10.9÷11.2 MPam1/2 for the samples containing 0÷10% TiC. Three phases were identified using the X-ray diffraction method, as well as scanning and transmission electron microscopy. The major identified phase is WC particles separated by a narrow layer of Co and are accompanied by single particles of TiC. It indicates that TiC do not form a common solid solution with WC as also confirmed by EDS chemical analysis, which was suggested in literature.

PL

Zastosowano dodatki 5÷10% mas. do kompozytów przemysłowych WC-Co, co pozwoliło na zwiększenie ich twardości od HV30 = 1050 do 1330 HV przy zawartości 5% TiC konsolidowanych przy użyciu metody zgrzewania impulsowo-plazmowego (SPS). Podobny wzrost twardości osiągnięto przy zastosowaniu dodatku 10% TiC. Pomiary odporności na pękanie metodą pęknięć przy odciskach Vickersa pozwoliły na stwierdzenie minimalnego spadku odporności z zastosowaniem dodatku TiC z 11,2 do 10,9 MPam1/2. Stosując metodę prasowania izostatycznego HIP przy ciśnieniu 1500 barów w temperaturze 1350°C, uzyskano większy przyrost twardości do 1570 HV przypuszczalnie z uwagi na uzyskaną niższą porowatość. Zidentyfikowano, stosując metody dyfrakcji rentgenowskiej i analitycznej mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej w spiekanych obiema metodami próbkach, trzy podstawowe fazy, a podstawową WC otoczoną cienką warstwą Co i dodatkowo pojedyncze wydzielenia TiC. Nie stwierdzono reakcji WC i TiC, co było sugerowane w literaturze, a co potwierdzono metodami mikroanalizy i dyfrakcji rentgenowskiej.

Słowa kluczowe

EN

cemented WC-TiCCo carbides; HIP and SPS consolidation; hardness measurement; fracture toughness measurement

PL

spiekane węgliki WC-TiC-Co; konsolidacja metodami SPS i HIP; pomiar twardości; pomiar odporności na pękanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 2
• Strony: 91--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dutkiewicz J.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Szutkowska M.

• Institute of Advanced Technologies (IOS), ul. Wrocławska 37a, 30-011 Krakow, Poland

autor

Leśniewski W.

• Foundry Research Institute, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Krakow, Poland

autor

Wieliczko P.

• Foundry Research Institute, ul. Zakopiańska 73,30-418 Krakow, Poland

autor

Pieczara A.

• Gonar Company, ul. Obroki 109, 40-833 Katowice, Poland

autor

Rogal Ł.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, ul. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Cha S.I., Hong S.H., Ha G.H., Kim B.K., Microstructure and mechanical properties of nanocrystalline WC-10Co cemented carbides, Scripta Materialia 2001, 44, 1535-1539.
• [2] Gille G., Bredthauer J., Gries B., Mende B., Heinrich W., Advanced and new grades of WC and binder powder - their properties and application, Int. J. Refract. Met. Hard Mater.2000, 18, 87-102.
• [3] Berger S., Porat R., Rosen R., Nanocrystalline materials: A study of WC-based hard metals, Progress in Materials Science 1997, 42, 311-320.
• [4] Sommer M., Schubert W. D., Zobetz E., Warbichler P., On the formation of very large WC crystals during sintering of ultrafine WC-Co alloys, Int. J. of Refract. Met. Hard Mater.2002, 20, 41-50.
• [5] Sun Jianfei, Zhang Faming, Shen Jun, Characterizations of ball milled nanocrystalline WC-Co composite powders and subsequently rapid hot pressing sintered cermets, Materials Letters 2003, 57, 3140-3148.
• [6] Shi Xiaoliang, Shao Gangqin, Duan Xinglong, Yuan Runzhang, Study on the diamond/ultrafine WC-Co cermets interface formed in a SPS consolidated composite, Rare Metals 2006, 25, 2, 150-155.
• [7] Zhang Faming, Shen Jun, Sun Jianfei, Processing and properties of carbon nanotubes-nano-WC-Co composites, Materials Science and Engineering A 2004, 381, 86-91.
• [8] Yaman Bilge, Mandal Hasan, Spark plasma sintering of Co-WC cubic boron nitride composites, Materials Letters 2009, 63, 1041-1043.
• [9] Huiyong Rong, Zhijian Peng, Xiaoyong Ren, Chengbiao Wang, Zhiqiang Fu, Longhao Qi, Hezhuo Miao, Microstructure and mechanical properties of ultrafine WC-Ni-VC-TaC-cBN cemented carbides fabricated by spark plasma sintering, Int. J. Refract. Metals Hard Mater. 2011, 29, 733-738.
• [10] Storms E.K., The Refractory Carbides, Academic Press, New York 1967, 3.
• [11] Lipatnikov V.N., Rempel A.A., Gusev A.I., Atomic ordering and hardness of nonstoichiometric titanium carbide, Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 1997, 15, 61-4.
• [12] Baratti C., Garcia J., Brito P., Pyzalla A.R., Influence of WC replacement by TiC and (Ta, Nb)C on the oxidation resistance of Co-based cemented carbides, Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009, 27, 768-776.