Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of Dissolved Oxygen Content on the Properties of Aqueous Milled WC-Co Powders

Chicinas Horea F., Marton Leó-Ede, Popa Catalin O.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 3

1205--1210

EN

The research aims to develop a novel and safer milling route to produce Hard Metals. Considering the risks associated with milling fine particles under organic solvents, especially the increased fire and explosion risks, we propose milling under aqueous milling media to diminish the risks associated with fire hazards, while maintaining the oxidation level at a minimum. The samples were sintered in an industrial sintering oven under vacuum at 1380°C subsequent to milling and drying. The characterisation of the materials has been done by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, particle size analysis, optical microscopy, and a magnetometer. The obtained results indicate that appropriate properties of the powders after milling and drying as well as the desired biphasic (Co-WC) phases were obtained after sintering, thus proving the feasibility of such a route and diminishing specific fire hazards.

2

Comparative Analysis of Different WEDM Strategies Applied to Cut WC-Co Cemented Carbides

Poroś Dariusz

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2021

|

Vol. 15, no 4

126--135

EN

Cemented carbides WC-Co feature high mechanical properties and outstanding wear resistance. Traditional grinding of such hard workpiece features low material removal rate and diminished tool life. Notwithstanding that, even if, proper cooling fluid is applied; abrasive machining of cemented carbides characterizes poor efficiency. The aim of this study was to investigate the issue of WEDM of the cemented carbides WC-Co with two alternative materials of the wire electrodes applied. The presented experimental surface layer geometry measurements was carried out on a modern profilometer MITUTOYO SV 3200. Especially, WEDM results with wire flushing and in immersion were compared. Investigated were the effects of such input parameters as the pulse width and the time between two pulses on the output parameters such as area cutting efficiency, workpiece surface roughness in 2D and 3D. Analysing SEM microphotographs the surface layer defects after WEDM, cobalt depletion and pitting was discoursed. The analysed results provided WEDM of WC-Co cemented carbides with molybdenum wire electrode as seventy one percent less efficient and higher roughness was obtained for the same number of passes. The lowest height of the roughness on the surface after cutting with molybdenum wire amounted to Ra and Sa = 3.5 μm. Such roughness involves a 25 μm deep undesirable heat affected zone. WEDM with equal number of passes and brass wire resulted in roughness Ra and Sa =0,9 μm. In further research, an endeavour should be directed to examine different water and hydrocarbons derivative dielectrics impact on the surface layer structure and chemical composition of the machined WC-Co carbides.

3

Surface Treatment for Improving Selected Physical and Functional Properties of Tools and Machine Parts — A Review

Toboła Daniel, Kalisz Janusz, Czechowski Kazimierz, Wronska Iwona, Machynia Zbigniew

Journal of Applied Materials Engineering

|

2020

|

Vol. 60, iss. 1

23--36

EN

Wear resistance, which is one of the main technological quality features of machine parts and tools, is determined by the properties of their surface layer. The demand for high-quality products forces manufacturers to use modern structural and tooling materials as well as efficient and cost-effective methods of their treatment. The paper presents the results of research on selected properties of tools made of tool steels and sintered carbides, as well as parts made of aluminum alloy subjected to selected surface treatment processes, such as mechanical (grinding, turning, milling, burnishing) and thermo-chemical (nitriding, sulfonitriding) processes, and physical vapor deposition (PVD) of coatings. The presented results, including analyses of the surface geometric structure, microstructure, and microhardness, as well as tribological and machining properties of selected materials, indicate the possibility of improving the functional quality of tools and machine parts.

4

The Influence of Cutting Fluid Containing Zinc Aspartate on the Wear of Cutting Tools During Turning

Madej Monika, Kowalczyk Joanna, Ozimina Dariusz, Nowakowski Łukasz, Kulczycki Andrzej

Tribologia

|

2019

|

nr 4

53--61

EN

The paper presents the results of tests of the wear of cutting tools following the process of facing with lubrication with cutting fluids. The tests were carried out on a CNC lathe with the use of two cutting fluids: one based on mineral oil and the other containing zinc aspartate. After machining, the tool wear was measured using a stereoscopic inspection microscope. Observation of surface morphology and identification of elements was performed using a scanning electron microscope with a EDS analyser. Measurements of the geometric structure of the surface of turned elements were performed using an optical profilometer. The non-toxic coolant with zinc aspartate used in the tests resulted in the formation of surface layers enriched with zinc compounds, which directly translated into the improvement of technological quality of the workpiece.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań zużycia narzędzi skrawających po procesie toczenia poprzecznego ze smarowaniem cieczami obróbkowymi. Badania wykonano na tokarce sterowanej numerycznie z zastosowaniem dwóch cieczy chłodząco-smarujących na bazie oleju mineralnego oraz zawierającej asparaginian cynku. Po obróbce zmierzono zużycie narzędzi za pomocą stereoskopowego mikroskopu inspekcyjnego. Obserwacje morfologii powierzchni i identyfikację pierwiastków przeprowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego z analizatorem EDS. Pomiary struktury geometrycznej powierzchni elementów toczonych wykonano profilometrem optycznym. Zastosowane w badaniach nietoksyczne chłodziwo z asparaginianem cynku spowodowało powstanie warstw wierzchnich wzbogaconych w związki cynku, co bezpośrednio przełożyło się na poprawę jakości technologicznej detalu.

5

Wpływ wielkości ziarna WC na właściwości węglików spiekanych WCCo otrzymywanych metodą impulsowo-plazmowego spiekania SPS

Wachowicz Joanna, Chlebiej Katarzyna, Zieliński Radosław

Materiały Ceramiczne

|

2019

|

T. 71, nr 3

195--203

PL

Węgliki spiekane są jednym z najczęściej stosowanych materiałów narzędziowych. Charakteryzują się wysoką twardością oraz dobrymi właściwościami skrawającymi. Tradycyjnie węgliki wytwarza się w piecach z nagrzewaniem indukcyjnym lub oporowym w procesach trwających kilkanaście godzin. Metoda ta jest czaso- i energochłonna. Dlatego nieustannie trwają badania nad nowoczesnymi i ulepszonymi metodami spiekania. Jedną z nich jest metoda spiekania impulsowo plazmowego SPS (ang. spark plasma sintering). Umożliwia ona szybkie otrzymywanie litych materiałów, charakteryzujących się dobrymi właściwościami mechanicznymi. W pracy pokazano wpływ wielkości ziarna WC na podstawowe właściwości spieków, takie jak twardość, gęstość i mikrostruktura, wykonanych metodą impulsowo-plazmowego spiekania. Do przeprowadzenia procesów spiekania wykorzystano mieszankę proszków węglika wolframu z kobaltem o gradacji ziaren (cząstek pierwotnych) WC < 1 μm i 400 nm, oznaczonej przez producenta.

EN

Cemented carbides are one of the most commonly used tool materials. They are characterized by high hardness and good cutting properties. Traditionally, carbides are produced in furnaces with induction or resistance heating in processes lasting several hours. This method is time and energy consuming. That is why research is constantly ongoing on modern and improved sintering methods. One of them is the SPS (spark plasma sintering) method. It allows us to quickly obtain solid materials with good mechanical properties. The paper presents the influence of WC grain size on the basic sintered properties, such as hardness, density and microstructure, made by pulse-plasma sintering. A mixture of tungsten carbide and cobalt powders with a gradation of WC grains (primary particles) <1 μm and 400 nm, determined by the manufacturer, was used for sintering processes.

6

Microstructural evolution and development of mechanical properties of spark plasma sintered WC–Co cemented carbides for machine parts and engineering tools

Garbiec D., Siwak P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 1

215--223

EN

WC–Co, WC–Co–Cr3C2 and WC–Co–TaC–NbC cemented carbides were spark plasma sintered and the microstructure and main mechanical properties of the obtained specimens were investigated. A series of WC–6Co cemented carbides was heated to the sintering temperature of 1400 °C at 200 and 400 °C/min at compacting pressures of 50 and 60 MPa. It was shown that the specimens spark plasma sintered at 400 °C/min and at 60 MPa possess the best mechanical properties. These parameters were applied for sintering WC–6Co cemented carbides with addition of grain growth inhibitors such as Cr3C2 and TaC–NbC. The influence of the grain growth inhibitors content was studied. The X-ray diffraction test results show that decarburization of the WC phase occurred and carbon deficient W2C and η (Co3W3C, Co6W6C) phases were formed during spark plasma sintering, wherein an increase in compacting pressure from 50 to 60 MPa results in a diminution in the carbon diffusion processes. The mechanical properties of the cemented carbides were defined. The best ratio of hardness and fracture toughness was obtained for WC–6Co–1Cr3C2: hardness was 1808 ± 19 HV30 and fracture toughness was 10.17 ± 0.27 MPa m1/2.

7

WC-5Co Cemented Carbides Fabricated by SPS

Siwak P., Grabiec D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 4

2031--2037

EN

New graphite tools were designed and produced to fabricate a semi-finished product from which nine cutting inserts were obtained in one spark plasma sintering process. As a result, WC-5Co cemented carbides were spark plasma sintered and the effect of various sintering parameters such as compacting pressure, heating rate and holding time on the main mechanical properties were investigated. It was shown that WC-5Co cemented carbides spark plasma sintered at 1200°C, 80 MPa, 400°C/min, for 5 min are characterized by the best relation of hardness (1861±10 HV30 ) and fracture toughness (9.30 MPa·m1/2). The microstructure of these materials besides the WC ceramic phase and Co binder phase consists of a synthesized Co3 W3 C complex phase. Comparison with a commercial WC-6Co cutting insert fabricated by conventional powder metallurgy techniques shows that spark plasma sintering is a very effective technique to produce materials characterized by improved mechanical properties.

8

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

Garbiec D., Siwak P.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 2

123--132

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.

9

Effect of Coarse-To-Fine WC Grain Ratio on Mechanical Properties and Abrasive Wear of WC-8Co Cemented Carbides

Yung D.L., Antonov M., Hussainova I., Veinthal R., Hogmark S.

Tribologia

|

2016

|

nr 1

103--115

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu ilości drobnoziarnistego węglika wolframu na wzmocnienie metalicznego spoiwa kobaltowego (Co) w węgliku spiekanym WC-8Co. Celem badań jest znalezienie optymalnego udziału węglika gruboziarnistego do drobnoziarnistego dla uzyskania poprawy właściwości mechanicznych i charakterystyk zużyciowych. Dla wszystkich próbek zastosowano jednakowy udział spoiwa, by zbadać jedynie wpływ udziału grubo- do drobnoziarnistego węglika w spieku. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że dla proporcji 8:1 udziału węglika grubo- do drobnoziarnistego uzyskuje się najkorzystniejsze cechy użytkowe, tj.: twardość, udarność i odporność na pękanie. Ponadto poprzez dodanie do kompozytu inhibitorów wzrostu, np. węglika wanadu (VC) lub węglika chromu (Cr3C2), zwiększa się odporność na zużycie ścierne w stosunku do kompozytów bez dodatku inhibitorów.

EN

This study performs a comprehensive analysis concerning the amount of fine tungsten carbide (WC) grains needed for the appropriate reinforcement of the cobalt (Co) metallic binder in WC-8Co cemented carbides. The goal is to investigate the balance of coarse-to-fine grain distribution to achieve overall improvement of the material’s mechanical and wear properties. All Samales possessed the same WC-8Co binder content, therefore, allowing the role of grain size distribution to be tested. It was found that a ratio of 8:1 wt% of coarse to ultrafine grain WC yielded an appropriate balance between material hardness, fracture toughness, and rupture strength. Upon adding grain growth inhibitors vanadium carbide (VC) and chromium carbide (Cr3C2), the overall wear resistance is further improved compared to undoped composites when Samales are tested under abrasive wear conditions.

10

Wpływ parametrów procesu spiekania na właściwości płytek skrawających wytwarzanych metodą iskrowego spiekania plazmowego

Siwak P., Garbiec D., Chwalczuk T.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 10

1408--1409

PL

Do wytworzenia płytek skrawających z proszków WC-Co zastosowano iskrowe spiekanie plazmowe. Uzyskane spieki poddano pomiarom gęstości i twardości oraz wyznaczono ich odporność na kruche pękanie. Dokonano obserwacji mikrostruktury. Wykazano, że wymaganą dla materiałów narzędziowych twardością odznaczają się płytki z proszku o ultradrobnej wielkości cząstek.

EN

For the production of cutting inserts, used spark plasma sintering method. The article include resulting density, hardness, fracture toughness and images of the microstructure cemented carbides (WC-Co). The cutting inserts fabricated from powder with ultrafine particles characterized a required for tool materials hardness.

11

Investigations on processing of cemented carbides and composite materials (BNDCC and DDCC) by means of grinding and hybrid machining

Skrabalak G., Staniewicz-Brudnik B., Bączek E., Stwora A.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 2CD

259--267

EN

The paper presents analysis of influence of parameters and conditions of grinding process using diamond grinding wheels with ceramic bond (Ba23 bis, W1) on the geometrical structure and quality of machined cemented carbides (H10S) and composite materials (BNDCC). During performed analyses there was calculated the material removal rate Qw, specific material removal rate Q’w and G coefficient. There was performed comparative analyses of achieved results for various materials. There is also presented influence of machining conditions on the material removal process efficiency and quality of surface after machining of composite materials (DDCC and BNDCC) when using non-conventional machining processes: electrodischarge wire cutting (WEDM), electrochemical machining with rotating tool electrode (RECM) and hybrid process of electrochemical-electrodischarge machining with rotating tool (R-ECDM) with grinding wheel and metal disk as the tool electrode.

PL

W artykule przeanalizowano wpływ parametrów i warunków obróbki szlifowaniem ściernicami diamentowymi ze spoiwem ceramicznym (Ba23 bis, W1) na strukturę geometryczną powierzchni węglików spiekanych H10S oraz kompozytów (BNDCC). Topografię powierzchni obrabianej określono poprzez parametry wysokościowe, horyzontalne, obraz 2D i 3D. Obliczono wydajność ubytkową szlifowania Qw, właściwą wydajność ubytkową szlifowania Q’w oraz syntetyczny wskaźnik szlifowania G. Przeprowadzono analizę porównawczą uzyskanych wyników. Zaprezentowano również wpływ warunków obróbki na wydajność procesu oraz jakość powierzchni po obróbce kompozytów DDCC i BNDCC przy użyciu hybrydowej technologii obróbki elektrochemiczno-elektroerozyjnej (z tarczą ścierną oraz dyskiem metalowym jako elektrodami roboczymi).

12

Wpływ ciśnienia prasowania na właściwości kompozytów WCCo–cBN wytwarzanych metodą PPS

Wachowicz J., Zieliński R., Popławski K., Kucharska B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

515--518

PL

Regularny azotek boru (cBN) jest drugim po diamencie materiałem charakteryzującym się największą twardością i przewodnictwem cieplnym. Jednak w przeciwieństwie do diamentu charakteryzuje się małą reaktywnością z metalami z grupy żelazowców. Właściwości te sprawiają, że regularny azotek boru jest bardzo dobrym materiałem na narzędzia do obróbki m.in. stali ulepszonych cieplnie, stopów na osnowie niklu, kobaltu i innych. Regularny azotek boru pod normalnym ciśnieniem w podwyższonej temperaturze ulega przemianie w stabilną fazę hBN. Spieki z cBN (PCBN — Polycrystalline Cubic Boron Nitride) o osnowie metalicznej lub ceramicznej spieka się za pomocą drogiej techniki HPHT (Hight Presure Hight Temperature) pod ciśnieniem 4÷5 Gpa w celu uniknięcia przemiany twardego cBN w heksagonalną, miękką odmianę hBN. W pracy przedstawiono wpływ ciśnienia prasowania na właściwości i mikrostrukturę kompozytów WCCo zawierających 20% obj. cBN o wielkości cząstek 6÷12 μm. Proces spiekania był realizowany za pomocą urządzenia do spiekania silnoprądowymi impulsami PPS (Pulse Plasma Sintering). Istota procesu polega na wykorzystaniu impulsów elektrycznych do nagrzewania sprasowanego proszku. Nagrzewanie impulsami prądu następuje w wyniku wydzielania się ciepła Joule’a w miejscach kontaktu cząstek spiekanego proszku. Chwilowa temperatura w czasie przepływu impulsu prądu osiąga wartość do kilku tysięcy stopni Celsjusza na powierzchni cząstek, a następnie po zaniku przepływu prądu szybko zmniejsza się do ustalonej temperatury spiekania.Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie ciśnienia prasowania 30 MPa w pierwszym etapie spiekania, a następnie zwiększenie go do 100 MPa w drugim etapie, prowadzi do uzyskania spieków o dużej twardości 2230 HV10 oraz gęstości zbliżonej do wartości teoretycznej.

EN

Cubic boron nitride (cBN) is the material next to diamond in respect of hardness and heat conductivity, but, contrary to diamond, it shows weak reactivity with ferrous materials. In view of these properties, cubic boron nitride is an excellent material for the fabrication of cutting tools such as e.g. those made of heat-treated steels, nickel-based alloys, or cobalt. Under elevated temperature and under normal pressure, cubic boron nitride undergoes transformation into its stable phase hBN. Traditional cBN sinters (polycrystalline cubic boron nitride — PCBN) with a metallic matrix are usually sintered using the expensive High Pressure High Temperature (HPHT) method which requires high pressure of 4÷5 GPa to avoid the transformation of hard cBN into its soft hexagonal hBN phase. The present study is concerned with how the load affect on the properties of the WCCo composites which contain 20 vol. % of cBN with the particle size ranging from 5 to 12 μm. The powders were sintered in an apparatus for high-current pulse sintering (Pulse Plasma Sintering). The idea underlying the process is to heat the pre-consolidated powder using electric pulses, the heating being realized via the Joule heat dissipated at the contacts between the individual powder particles. During the electric current impulses the instantaneous temperature on the powder particle surfaces reaches several thousand Celsius degrees, and after the current decays, it quickly falls to the prescribed sintering temperature. The study showed that the sintering at the temperature 1100°C, under the load 30 MPa (in the first stage) and 100 MPa (in the second stage), for 10 min yielded sinters with the density above 99% GT with hardness of about 223 HV10.

13

Synteza warstw tlenku glinu w argonie metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

845--848

PL

Celem badań było uzyskanie informacji, które pozwoliłyby na opracowanie nowej technologii syntezy monowarstw Al2O3 o regulowanej mikrostrukturze na węglikach spiekanych. Otrzymane w tych badaniach warstwy Al2O3-C będą stanowiły pośrednią warstwę, na której będzie syntezowana zewnętrzna warstwa Al2O3 bez węgla. Istotne jest, aby ta warstwa była cienka, ciągła, bardzo mało zróżnicowana w grubości i gęsta. Zadaniem pośredniej warstwy jest blokada dyfuzji kobaltu do syntezowanej czystej, zewnętrznej warstwy Al2O3 oraz blokada dyfuzji tlenu do podłoża trakcie syntezy warstwy zewnętrznej w powietrzu. Warstwy Al2O3 syntezowano z acetyloacetonianu glinu metodą CVD na szkle kwarcowym grzanym w piecu indukcyjnym w zakresie temperatury 800÷1000°C, stosując jako nośnik reagentów argon. Otrzymane warstwy Al2O3 zawierały węgiel, co powodowało ciemne zabarwienie warstw. Ciemne zabarwienie warstw świadczy, że węgiel nie jest w postaci pojedynczych atomów lecz skupisk, w których oprócz wiązań σ występują wiązania π. Warstwy otrzymywane w niskiej temperaturze poddawano sterowanej krystalizacji w temperaturze wyższej. Otrzymane warstwy w temperaturze powyżej 900°C były nanokrystaliczne (zawierały fazę α-Al2O3). Ze względu na to, że przebieg krystalizacji można regulować czasem i temperaturą procesu, można mieć większy wpływ na budowę, a przez to na własności warstw niż w procesie bezpośredniej syntezy w wysokiej temperaturze.

EN

The aim of the research was to obtain the information permissive on elaboration of new technology of synthesis of Al2O3 monolayers on cemented carbide tools. Presence of this process during the layer growth causes its cloudiness. It’s a result of formation of porous powders in gaseous phase. The object of an intermediate layer is blocking of cobalt diffusion to pure eternal layer and diffusion of oxygen to the substrate of cemented carbides during the synthesis process. Al2O3 layers were synthesised using aluminium acetyloacetonate on quartz glass by MOCVD method. In synthesis process argon was used as a carrier gas. The layers were deposited at 800÷1000°C. Obtained layers contained carbon, what caused their dark colour. It shows that carbon is present in the layers in form of clusters (presence of σ and π bondings). Layers obtained at lower temperature were treated controlled crystallization at higher temperature. Layers deposited at temperature above 900°C were nanocrystalline (contained α-Al2O3 phase). Process of the layers crystallization may be regulated by time and temperature of the process. Therefore we have an influence on microstructure and properties of deposited layers.

14

Otrzymywanie warstw tlenku glinu z acetyloacetonianu glinu metodą CVD w powietrzu

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

841--844

PL

Przeprowadzone w pracy badania są modelowe. Ich celem było opracowanie najlepszych warunków syntezy monowarstw Al2O3 o nanokrystalicznej budowie, przydatnych do nanoszenia ich z dużą szybkością wzrostu na węglikach spiekanych pokrywanych wstępnie pośrednią warstwą Al2O3-C. Zastosowanie podłoży ze szkła kwarcowego, ze względu na jego dużą przeświecalność, ułatwia uzyskanie informacji o jakości warstw, tj. grubości i jej zmienności, gęstości, z której wynikają inne cechy warstw, takie jak wytrzymałość mechaniczna, adhezja do podłoża. Istotny wpływ na gęstość może mieć proces nukleacji homogenicznej, w wyniku którego powstają porowate proszki o składzie zbliżonym lub takim samym jak syntezowane warstwy. Proszki te, osiadając na syntezowanej warstwie, powodują łatwe do zaobserwowania ich zmętnienie. Należy nadmienić, że stosowanie w badaniach rozwiniętego wyrażenia Grx/Rex 2 dodatkowo umożliwia szybkie ustalenie odpowiednich parametrów procesu. Warstwy tlenku glinu na szkle kwarcowym grzanym w piecu indukcyjnym syntezowano metodą CVD z acetyloacetonianu glinu w powietrzu w temperaturze 700÷1000°C. Otrzymano warstwy o dużej przeświecalności, gdy nie występował podczas ich syntezy proces nukleacji homogenicznej. Warstwy syntezowane w niższej temperaturze poddawano procesowi krystalizacji powyżej 900°C. Badano przebieg procesu krystalizacji w zależności od czasu i temperatury. Otrzymano warstwy o budowie nanokrystalicznej.

EN

Presented research is model. Its aim was to obtain the information helpful for elaboration of new technology of synthesis of Al2O3 monolayers on cemented carbides. Elaborated technology should make possible influence on microstructure of deposited layers. Al2O3-C layers obtained at this research will constitute an intermediate layer. An external layer will be Al2O3 layer without carbon. This layer should by thin, continuous, dense, uniform in thickness and well adherent to the substrate. Quartz glass is transparent and therefore we can easy visually estimate thickness of obtained layers, its changes and if the homogeneous nucleation process was present during the layer deposition. In this process porous powders are formed in gaseous phase (they composition is similar or the same as deposited layer) and they sink on the synthesized layer. Homogeneous nucleation process conduces synthesis of layers of low density. High density of synthesized layers is important because its results from it other properties, e.g. mechanical strength, adhesion to the substrate. Using of extended criterion of Grx/Rex 2 lets conduct the process of the layer synthesis in a such way in order to avoid appearance of this unfavourable process. Aluminium oxide layers were synthesised using aluminium acetyloacetonate at temperature of 700÷1000°C. Air was use as well as reactive and carrier gas. Obtained layers were transparent when during their synthesis process of homogeneous nucleation wasn’t present. Layers synthesized at lower temperature were treated controlled crystallization at temperature above 900°C. Dependence of crystallization process on time and temperature was investigated. Obtained layers were nanocrystalline. Their object is elaboration of optimum conditions for synthesis of Al2O3 layers on cemented carbides.

15

Synteza drobnoziarnistych warstw tlenku glinu metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

715-718

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań modelowych nad syntezą warstw tlenku glinu z dużą szybkością wzrostu w postaci pojedynczych grubych warstw gładkich o budowie drobnoziarnistej. Warstwy tego tlenku wstępnie syntezowano metodą MOCVD, stosując acetyloacetonian glinu o dużym stężeniu w zakresie temperatury 600÷800°C w argonie lub w powietrzu pod obniżonym ciśnieniem na podłożu ze szkła kwarcowego. Użycie przezroczystego szkła kwarcowego zamiast płytek wieloostrzowych węglików spiekanych umożliwiało m.in. łatwe ustalenie czy przy syntezie wystąpił niepożądany proces nukleacji homogenicznej. Wystąpienie tego procesu powodowało bowiem obniżenie przezroczystości warstw łatwe do zaobserwowania na szklanym podłożu. Na podstawie barw interferencyjnych można również ustalić szybko orientacyjną grubość warstw oraz jej zmiany. Otrzymane warstwy poddano następnie kontrolowanej krystalizacji w zakresie temperatury 850÷1000°C. Podano wyniki badań kinetyki wzrostu warstw, a także ich krystalizacji. Podano również wyniki badań budowy i własności warstw wygrzewanych i niewygrzewanych. Uzyskane wyniki badań będą pomocne przy syntezie warstw na docelowych podłożach z węglików spiekanych.

EN

This work shows results of investigations on model research of synthesis of aluminium oxide monlayers at their high growth rate. This layers should be characterized by fine-grained microstructure and high smoothness. Initially, aluminium oxide layers were synthesized in argon or air in the range of temperature of 600÷800°C using low preassure MOCVD method with aluminium acetyloacetonate as precursor. As a substrate it was used quartz glass. Using of quartz glass substrate instead of cemented carbide ones (it will be target substrates) made possible i.a. easy estimation if unfavorable process of homogeneous nucleation was present during the layer growth. Presence of this process causes decrease of transparency of the layer what is especially visible in the case of quartz glass substrate using. Basing of observation of interference colours of the layers the estimation of their thickness is possible and also changes of the layer thickness. Next, obtained layers were put to the controlled crystallization in the range of temperature of 850÷1000°C. In work it was shown results of investigations on kinetics of the growth of the layers and their crystallization. It was also presented results of research of the microstructure and properties of the annealed and not annealed layers. Obtained results of this investigations will be useful for the synthesis of aluminium oxide layers on target substrates.

16

Characteristics of structure and properties of a sintered graded tool materials with cobalt matrix

Dobrzański L. A., Dołżańska B., Gołombek K., Matula G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2011

|

Vol. 47, nr 2

69-76

EN

Purpose: The mechanical alloying (MA) method has been chosen to manufacture tool gradient materials with high disproportion of cobalt matrix portion between core and surface layer. Design/methodology/approach: The following research studies have been carried out to elaborate a new group of sintered tool gradient materials, tungsten carbide with cobalt matrix, to elaborate their fabrication technology and to determine their structure and properties: a fabrication technology of mixtures and the formation technology of tungsten carbide gradient materials with cobalt matrix WC-Co was applied and elaborated; sintering conditions were selected experimentally, ensuring the best structure and properties; phase and chemical composition of the sintered gradient WC-Co materials was determined using EDX; the structure of sintered gradient WC-Co materials was investigated using scanning microscopy; mechanical and physical properties of sintered gradient WC-Co materials was determined: hardness, resistance to abrasive wear, resistance to brittle cracking. Findings: The presented research results confirm that the methods of mixing tungsten carbide in cobalt matrix an important effect upon the grain size of mixture. But it is not possible to determine the changes in grain size distribution. The larger particles break down rapidly that the product becomes more uniform. Practical implications: The material presented in this paper is characterized by very high hardness of the surface and relative ductility of the core. Originality/value: The obtained results show the possibility to manufacture TGMs on the basis of different portions of cobalt reinforced with hard ceramics particles in order to improve the abrasive resistance and ductility of tool cutting materials.

17

Structure and properties of sintered tool gradient materials

Dobrzański L. A., Dołżańska B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 2

711--733

EN

Purpose: The main objective of the presented is to elaborate the fabrication technology of novel sintered tool gradient materials on the basis of hard wolfram carbide phase with cobalt binding phase, and to carry out research studies on the structure and properties of the newly elaborated sintered tool gradient materials. Design/methodology/approach: The following research studies have been carried out to elaborate a new group of sintered tool gradient materials, wolfram carbide with cobalt matrix, to elaborate their fabrication technology and to determine their structure and properties: a fabrication technology of mixtures and the formation technology of wolfram carbide gradient materials with cobalt matrix WC-Co was applied and elaborated; sintering conditions were selected experimentally: time, temperature and sintering atmosphere as well as isostatic condensation, ensuring the best structure and properties; phase and chemical composition of the sintered gradient WC-Co materials was determined using EDX, EBSD methods and qualitative X-ray analysis; the structure of sintered gradient WC-Co materials was investigated using scanning microscopy and transmission electron microscopy; mechanical and physical properties of sintered gradient WC-Co materials was determined: porosity, density, hardness, resistance to abrasive wear, resistance to brittle cracking. Findings: The presented research results confirm that the newly elaborated technology of powder metallurgy, which consists in sequential coating of the moulding with layers having the increasing content of carbides and decreasing concentration of cobalt, and then sintering such a compact, ensures the acquisition of the required structure and properties, including the resistance to cracking and abrasive wear of tool gradient materials, due to earned high hardness and resistance to abrasive wear on the surface as well as high resistance to cracking in the core of the materials fabricated in such a way. Practical implications: The material presented in this paper is characterized by very high hardness of the surface and relative ductility of the core. TGM with smooth changes of the cobalt phase in the material. Originality/value: The obtained results show the possibility to manufacture TGMs on the basis of different portions of cobalt reinforced with hard ceramics particles in order to improve the abrasive resistance and ductility of tool cutting materials.

18

Hardness to toughness relationship on WC-Co tool gradient materials evaluated by Palmqvist method

Dobrzański L., Dołżańska B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 2

87-93

EN

Purpose: Goal of this work was to describe the propagation characteristic of cracks produced at the corners of Vickers indent and the toughness change in functionally graded WC-Co cemented carbide with high disproportion of cobalt matrix portion between core and surface layer. Design/methodology/approach: Investigations of toughness methods were developed during the investigations for tungsten carbide and cobalt, making it possible to obtain four materials and then their structure was determined. Findings: A wide variation in hardness and toughness has been obtained in WC-Co composites. The propagation characteristic of cracks produced at the corners of Vickers indent and the toughness change in functionally graded WC-Co cemented carbide with dual phase structure were investigated. It is shown that cracks tend to propagate both around and across WC crystal grain. The changes of toughness with the microstructure and an integrated strengthening effect, as well as high toughness characteristic of the tool gradient material are revealed. Practical implications: Material presented in this paper are characterized by very high hardness of the surface and relative ductility of core. The cobalt phase in obtained TGM material will changing smoothly. Originality/value: The Palmqvist test provides a useful method of measuring fracture toughness of material characterized by very high hardness of the surface and relative ductility of core.

19

Structure of TiBN coatings deposited onto cemented carbides and sialon tool ceramics

Dobrzański L., Staszuk M., Konieczny J., Kwaśny W., Pawlyta M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2009

|

Vol. 38, nr 1

48-54

EN

Purpose: The aim of this paper was investigated structure of sintered carbides WC-Co type and sialon tool ceramics with wear resistance ternary coatings TiBN type deposited by cathodes arc evaporation process (CAE-PVD). Design/methodology/approach: Observation of fracture and topography studied coatings were done by scanning electron microscope. Chemical composition was determine by energy dispersive spectrometry (EDS) method. Thin foils of substrates and coatings by transmission electron microscopy (TEM) was done. Phases composition analysis carried out by XRD and GIXRD method. Findings: The investigated PVD gradient coatings deposited by CAE-PVD method are demonstrating fine-grained structure. The TiN, TiB and TiB2 phases were found in coatings and Β-Si3N4 phase was found in sialon tool ceramics. Coating onto sialon tool ceramics reveal shallow pinhole while coating onto cemented carbide is without discontinuity. Research limitations/implications: In the future investigations will progress for mechanical properties, e.g. roughness, microhardness, adhesion strength and operating properties. Originality/value: In this work the influence of parameters deposited coatings by CAE-PVD technique on structure and phases composition the ternary TiBN gradient coatings were investigated.

20

Structure and properties of tool gradient materials reinforced with the WC carbides

Dobrzański L. A., Dołżańska B., Matula G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2008

|

Vol. 28, nr 1

35-38

EN

Purpose: The purpose of the paper is to describe sintered Tool Gradient Materials manufactured by powder metallurgy process. The Powder Metallurgy method has been chosen to manufacture tool gradient materials with high disproportion of cobalt matrix portion between core and surface layer. Design/methodology/approach: Forming methods were developed during the investigations for tungsten carbide and cobalt, making it possible to obtain materials wits five layers in their structure. Findings: High diversification of cobalt matrix portion in comparison to hard phases in subsequent layers of gradient materials leads to their deformation in as sintered state. In case of all gradient materials, mean hardness was equal about 1750 HV1. Whereas, hardness of lower cobalt matrix rich layers is about 1548 HV1 and increased up to 2154 HV1 for lower layer of material rich with hard carbide phases. The porosity decreases along with the carbon content in these layers. Practical implications: Material presented in this paper is characterized by very high hardness of the surface and relative ductility of core. TGM with a smooth changes of the cobalt phase in the material. Originality/value: The obtained results show the possibility of manufacturing of TGM on basis of different portion of cobalt reinforced with hard ceramics particles carried out in order to improve the abrasion resistance and ductility of tool cutting materials.