Eta-Phase对WC-Co碳化物的磨损行为的影响

文摘

也称为碳化钨硬质合金,硬质合金烧结过程产生的硬金属,广泛应用于机械加工。他们显示切断能力高、耐磨性好;因此,他们的结果是优秀的制造刀具的材料和喷砂喷嘴。在这部作品中,包含Eta-phase WC-Co碳化物的耐磨性,第二个阶段出现在坚硬的金属发生碳含量不足时,进行了分析。不同混合物的制备和烧结硬质合金,具有不同重量百分比的碳,为了形成Eta-phase然后分析碳含量影响材料的耐磨性。这个特性是由磨料磨损测试。测试参数的选择考虑到喷砂喷嘴的工作条件。附加信息收集通过显微镜观察和评估硬度和显微硬度不同的混合物。分析强调是有限度的碳含量低于坏发生烧结。考虑到没有这些混合物烧结问题,他们显示出耐磨性取决于Eta-phase的大小和分布; moreover, the one with high carbon content deficiency shows the best performance.

1。介绍

硬质合金的生产是一个快速增长的部分行业,他们使用不同的标记区域1]。碳化钨钴(WC-Co)基于硬金属机械(2,3和耐磨性能4- - - - - -7比传统的金属;这些特性确保他们使用切割和耐磨工具(8]。

几项研究分析如何添加添加剂WC-Co,比如Cr₃C₂和VC,影响磨损行为和新型烧结材料的力学特性。在细节,碳化钒和铬对晶粒生长抑制剂在烧结和增加硬度和韧性;此外,他们影响摩擦,改善磨损行为(9- - - - - -12]。

相反,很少有研究关注的磨损行为WC-Co化合物Eta-phase的存在。第二阶段,硬和脆三元化合物,(M₆C)或12 (M₁₂C)和和可以假设整数值的2到6,存在于钴碳化物的脱碳反应(13]在烧结或高温化学汽相淀积(CVD)硬质合金基体上涂层的耐火材料的电影(14];它可以显示不同的微观结构和分布15,16)根据碳含量和其他因素,如压实压力和烧结温度(17,18]。

一般来说,Eta-phase的形成是不可取的19)出现以来引起损害的机械性能20.]。尽管如此,文学包含矛盾的结果相对于硬度;事实上,这种特点,然后穿行为结果是依赖于颗粒取向和应用负载。在这方面,Bonache et al。21,22)强调,一个精确的观察和描述单一阶段至关重要的理解困难的金属的行为。

因此,本文的目的是分析Eta-phase的存在如何影响耐磨性的WC-Co化合物的性质;的必要性分析存在于需要研究材料的特征可用于喷砂喷嘴的建设。这些机械部件交叉流的磨料液;然后,他们不受高负载,但必须能够保证高耐磨性。

出于这个原因,磨损测试(23,24)进行WC-Co样本具有不同碳缺陷水平,为了形成Eta-phase和分析磨损。此外,显微观察和硬度和显微硬度进行评估的一个宏,microinterpretation磨损测试数据。

测试提供信息技术限制相关调查和突出的差异,在耐磨性方面,与Eta-phase的形状和分布有关。

2。材料和方法

标本从六个不同的样品准备在Nashira硬质合金公司,从一个由95.5%的WC粉和4.5%的公司和平均直径为1.5μm。参考样品的化学计量WC C的量是6.16%。其他样品得到的钨粉添加到引用混合为了获得碳含量较低的混合物。这生成一个降水Eta-phase的化合物。

8小时的粉末混合,干,最后用手动压力机压实负荷为1.8吨。先后进行预烧过程;它给粉饼一致性的粉笔,为了让其操作和机械成型。在900°C的这个过程中,加热电炉在氢气氛中,确定气体的解放滞留在按下的机械组件,天然气由于内部化学反应的形成,及其随后的疏散。初步加热400 - 500°C允许的润滑剂,用于促进统一的紧迫和减少摩擦的粒度测定化合物。最常见的润滑剂是石蜡。预烧时间取决于大小和形状的结块。随后,标本放置24 h放入烤箱,温度的增加到1450°C,烧结过程。表1报告在WC的碳的数量和密度对于每一个样本,标记的来信(参考样品)F(样品碳含量较差)。

磨损进行测试根据ASTM可以- 95标准,通过pin-on-disk机器。标本,如图1与半球形封头是平行六面体,直径10毫米。这个形状可以确保一个连续接触标本和砂纸,钻石纸有勇气大小为200μ米,粘在试验机的磁盘。操作条件的喷砂喷嘴工作阶段复制;在这方面,一个真正的相对滑动速度(1 m / s)和三种不同加载(5、10和15 N)选择。不同的直径,结合不同的旋转速度(从100年到239 rpm),为了描述圆形路径选择以一个恒定的相对滑动速度和新区域砂纸为每个测试。测试持续时间135年代保证穿跟踪。

为每个负荷和两个测试,然后,六为每个样本进行测试。累计质量和体积损失的测试被认为是评价磨损。质量损失是由质量区别样品测试,之前和之后使用精密天平的灵敏度1毫克。测量体积损失质量损失除以密度,报告在表1。图2显示了磨耗试验的执行,可能是一个吸引器,清洁的跟踪测试期间的材料移除。

除了上面所描述的测试,硬度和显微硬度措施由罗克韦尔和micro-Vickers测试人员,为了分析硬度特性,尤其是在与明显的奇异点的通信中,由不同形状和分布的Eta-phase样本。

3所示。结果与讨论

数据3和4分别显示,累计亏损为每个样品的质量和体积。样本E,即混合5.7%的C,显示了低质量和体积的损失;这种行为也证实为每个负荷。相反,样品F显示更大的质量损失和一个更突出的容积损失,由于特别低密度。这种现象是由于烧结过程,没有达到一个完整的终结,是可以通过增加烧结温度。但是,为了执行分析兼容Nashira硬质合金公司的工业过程,烧结温度保持等于1450°C,是一种化学混合物的参考(样本)。

为了总结和量化混合物之间的差异在碳和化学计量的,他们累积体积损失百分比变化相对于参考样品检查(图5);由于上述报道的观察,样品F是不考虑。可以看到,这两个极限情况下由示例C,密度为15.20克/厘米³和碳的数量等于6.00%,显示最大的体积损失(+ 7.87%)和样本E,密度为15.05克/厘米³和碳的数量等于5.70%,显示最低的体积损失(−5.25%)。然而,这些结果不允许建立直接连接之间的碳含量和耐磨性。

为了证明不同的磨损、洛氏硬度进行测量。在烧结材料的情况下,残余孔隙度变化的解释硬度与罗克韦尔传统测试获得的数据。原因是发现考虑宏观硬度的概念:用相同的组织,硬度低得多,当孔隙度大,这与密度降低。在不同烧结材料,硬金属是一种特殊情况:他们的特点是结构中有几乎完全没有毛孔。每个样品测试(5)依照ASTM E18-15进行。硬度值是在逆关系的深度测量的印象。93.04的参考混合物平均硬度HRA,而非化学计量混合有稍高值。事实上,价值越高,发现样品B,不超过0.9%的样品硬度。因此,这些值不合理方面的差异量的损失。

因此,硬度测试是由cv - 400 DAT测试样本的不同区域,显示Eta-phase。为了识别、形状和分布,不同种类的Eta-phase评估显微硬度,观察执行通过蔡司Axioplan 2直立在金相显微镜样品,准备根据ASTM B665-08(2012)标准;蚀刻5 s在村上的试剂,10 g铁氰化钾溶液,10 g氢氧化钾和100毫升水。

图6显示了一个1500倍放大的金相样品。只有样品没有显示Eta-phase;其他的显示可能有的Eta-phase M₆C形式,因为M₁₂C是只有在衬底/ CVD涂层界面(14]。

示例B显示了形成Eta-phase在偏远地区和星形结构,更好的可观察到的在200 x放大(图7),因为它提出了巨大的规模。这种结构的特点是低表面存在。

远离化学计量值,形成一个过渡阶段,其特征是quasi-circular配置文件示例C中等大小观察;这种结构也与低表面存在。

Eta-phase形成在D F显示了一个样本quasi-circular形状,都逐渐的中小规模和肤浅的存在更重要。

Micro-Vickers进行检测,对负载使用,要求根据ASTM C1327-15标准被认为是。表面的金相制备进行为了突出表面毛孔和排除,尽可能多的,他们的影响力,定心硬度计压头表面的面积,他们显然没有出现。显微硬度是计算平均5个有效措施。

显微硬度测量进行两个样本和样本的不同种类的Eta-phase E和B, B样品,还在免费区Eta-phase,比硬度计压头大。这些措施的平均值报告如图8。

显微硬度测量,获得的两个重要的观察是为了理解结果来源于磨损测试。首先,关于样品B,小缺碳导致很难Eta-phase类型的形成,与低浅的存在。这个阶段,沉浸在剩下的材料,降低了宏观硬度和这导致降低混合物的耐磨性。第二,从措施有关的观测样本D和E的硬度,可以看出样本之一B相比,减少,但仍大于参考混合物。原因是由于存在更多的分布式Eta-phase导致更大的耐磨性。

4所示。结论

Eta-phase,总是被视为一个不受欢迎的在钨碳化物的存在,可能导致,如果适当的诱导,提高特殊工具的实现。喷砂喷嘴不受高负载,但耐磨性的尤其相关,是一个例子。在这方面,耐磨的特性分析了Eta-phase WC-Co碳化物的存在。要理解Eta-phase产生的影响,六混合物的硬质合金与不同重量百分比的碳进行准备和耐磨测试,使用pin-on-disk机器和钻石砂纸。测试是由施加载荷和滑动速度类似于喷砂喷嘴的工作条件。磨损测量评估的质量和体积损失。此外,硬度和显微硬度测试和显微观察,为了解释由磨损测试结果。

测试强调耐磨性都依赖Eta-phase的形状和分布。样品数量增加最多的显示性能,化学计量相比,那些较低的碳含量;这些逐渐较小Eta-phase大小有一个更大的分布。相反,恶化的耐磨性发现样品与碳比例略低于化学计量值;这些只有Eta-phase更稠密的分布在某些领域。

最后,它是有用的观察,通过降低碳的比例超过一定极限,正确的混合烧结不允许标准的生产参数。作为未来发展,较高的烧结温度可能被认为是为了调查更多的硬质合金混合物。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究进行了与金融支持收到超过坎帕尼亚2000/2006,Misura 3.17。作者感谢博士维托Campagnuolo Nashira硬质合金公司的实质性合作和他的建议。

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