Mikrostruktura infiltrowanych kompozytów stal szybkotnąca-węglik wolframu-miedź

• Autorzy: Madej M. , Leżański J.

Warianty tytułu

EN

The microstructure of infiltrated high speed steel-tungsten carbide-copper composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nowoczesne metody wytwarzania stali szybkotnących i kompozytów na osnowie stali szybkotnących różnych gatunków oparte są na procesach metalurgii proszków. Kompozyty na osnowie stali szybkotnących to materiały odznaczające się dużą odpornością na zużycie cierne, wynikającą przede wszystkim z odporności na zużycie cierne stali szybkotnącej tworzącej osnowę kompozytów. Przez regulację liczby i udziału komponentów oraz ich wzajemnego oddziaływania można wpływać na strukturę i własności kompozytu w celu uzyskania materiału o regulowanych własnościach, w szczególności o wysokiej odporności na zużycie cierne, dobrym przewodnictwie cieplnym, małym współczynniku tarcia i wysokich własnościach wytrzymałościowych. Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury infiltrowanych kompozytów stal szybkotnąca-węglik wolframu-miedź. Materiał badawczy stanowiły kształtki ze stali szybkotnącej gatunku M3/2 i stali szybkotnącej z dodatkiem 10 i 30% węglika wolframu WC. Porowate kształtki przeznaczone do infiltracji prasowano pod ciśnieniem 800 MPa, część z nich poddano spiekaniu w piecu próżniowym w temperaturze 1150°C przez 60 minut. Następnie porowate kształtki spiekane i niespiekane infiltrowano miedzią, metodą nakładkową w piecu próżniowym w temperaturze 1150°C przez 15 minut.

EN

High hardness, mechanical strength, heat resistance and wear resistance of M3/2 grade high speed steel (HSS) make it an attractive material for manufacture of valve train components. In this application, the material must exhibit resistance to oxidation, high hot strength and hardness, and superior wear resistance. Metal matrix composites were produced by the infiltration technique. Since technological and economical considerations are equally important, infiltration of high-speed steel based skeleton with liquid copper has proved to be a suitable technique whereby fully dense material is produced at low cost. An ability to press and sinter to near net shape requires good compressibility of the powder. Even after annealing, tool steels powders can be pressed to only about 80% of the theoretical density by most commercial facilities. On sintering and infiltration, little or no shrinkage can be tolerated and so the necessary strength and toughness may be achieved without removal of the remaining porosity. A reasonable compromise between all of these requirements may be achieved by using mixtures of high speed steel powders with softer low alloy or pure iron powder. During sintering and infiltration of such mixtures, interdiffusion of both carbon and metallic alloying elements occurs. The aim of the present study was to produce high speed steel-tungsten carbide-copper composites, which should have acceptable density, wear resistance and good sliding prosperities. Various amounts of WC powder were added to the HSS powder prior to compaction. The following compositions were investigated: 100% M3/2, M3/2 + 10% WC and M3/2 + 30%WC. Then the powders were cold pressed in a rigid cylindrical die at 800 MPa. Both green compacts and compacts pre-sintered for 60 minutes at 1150°C in vacuum were infiltrated with copper at 1150°C for 15 minutes. Microstructural analysis of the as sintered structures has been done by the following techniques: optical microscopy, X-ray diffraction and EDX analysis. The morphologies of capillaries and as-infiltrated microstructures are discussed in this work. It can be seen that the microstructure of the M3/2 grade HSS based composites consists of a steel matrix with finely dispersed carbides and islands of copper. The tungsten carbides located within the grains and on the grain boundaries as well. The qualitative EDX analysis revealed the presence of both MC type vanadium-rich carbides and M6C type tungsten and iron rich carbides. The SEM and EDX analysis performed on the specimens containing 10 and 30% tungsten carbide have revealed the carbide phase evenly distributed within the copper-rich regions. WC reacts with the surrounding HSS matrix and forms a tungsten and iron-rich M6C carbide grain boundary network.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; stal szybkotnąca; węglik wolframu; miedź; prasowanie; spiekanie; infiltracja

EN

composite; high-speed steel; tungsten carbide; copper; pressing; sintering; infiltration

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 305--311
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Madej M.

autor

Leżański J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Leżański J., Infiltracja cieczy w porowatych materiałach metalowych, Zeszyty Naukowe AGH, Metalurgia i Odlewnictwo, Nr 118, Kraków 1988.
• [2] Greetham G., Mechanically locked sintered valve seat inserts, Metal Powder Report, 44, 2, 34.
• [3] Greetham G., Development and performance of infiltrated and non-infiltrated valve seat insert materials and their performance, Powder Metallurgy 1990, 33, 3, 112-124.
• [4] Palma R.H., Tempering response of copper alloy infiltrated T15 high speed steel, The International Journal of Powder Metallurgy 2001, 37, 5, 29-35.
• [5] Igharo M., Wood J.V., Effect on consolidation parameters on properties of sintered high speed steels, Powder Metallurgy 1990, 33, 1, 70-76.
• [6] Hoyle, High Speed Steels, Butterworth & Co. Publishers, Cambridge 1998.
• [7] Torralba J.M., Gordo E., PM high speed steel matrix composites, State of the art, Powder Metallurgy Progress 2002, 2, 1, 1-9.
• [8] Oliveira M.M., High-speed steels and high-speed steels based composites, International Journal of Materials and Product Technology 2000, 15, 3-5, 231-251.
• [9] Lou D., Hellman J., Luhulima D., Liimatainen J., Lindros V.K., Interactions between tungsten carbide (WC) particulates and metal matrix in WC-reinforced composites, Materials Science and Engineering 2003, A 340, 155-162.