Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 64, Issue: 3, 2012
  • pp: 319-323

download: article (PL)

Properties of a WCCo composite sintered by the pps method

Abstract (EN)

Tungsten carbide is known for its high-temperature melting point, high hardness, good thermal and electrical conductivity and chemical stability at high temperature. The high hardness of the carbide and the associated high wear resistance predispose it as a perfect material for the manufacture of cutting tools. However, the tools made of solid tungsten carbide simultaneously reveal high brittleness. It can be reduced by the addition of metallic phase distributed among WC grains. Since 1927, cobalt is successfully applied as an addition to the WC matrix. Because of their properties, WCCo composites are valued cutting tool materials. Nowadays over 50% of manufacturing cutting tools are made of WCCo composites.

Sintering of tungsten carbide is carried out with no external pressure applied at 1400 °C to 1500 °C, depending on the content of cobalt. Total time of the sintering process, without taking into account the processes of grinding and mixing, is several hours. The modern method which enables to carry out the process of sintering at lower temperatures and at significant shorter times (about 10 minutes) is the Pulse Plasma Sintering method (PPS), elaborated and developed at the Faculty of Materials Science and Engineering at the Warsaw University of Technology. The essence of this process involves the use of electric pulse to heat the compressed powder. Heating the powder with current pulses is due to release of Joule\'s heat in the places of contact of sintered powder. The pulses are obtained as a result of battery of capacitors battery with a capacity of 300 µF.

The paper presents the results of examinations of the microstructure and properties of WC-Co composites with 6 wt.% content of cobalt, produced by Pulse Plasma Sintering technique. The method enabled to obtain sinters showing density close to the theoretical one and hardness of 1930 ± 30 HV30 in a short time (approx. 10 minutes). The average grain size of WC in the sintered composite containing 6 wt.% Co is 0.42 microns and the largest share of grains occurs in the range of 0.4-0.6 microns.

Keywords (EN): WC, tungsten carbide, composite WCCo, pulse plasma sintering (PPS)

Właściwości kompozytu WCCo spiekanego metodą PPS

Rosiński M., Wachowicz J., Ziętala M., Michalski A.

Abstract (PL)

Węglik wolframu charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, dużą twardością, dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym oraz stabilnością chemiczną w podwyższonych temperaturach. Duża twardość węglika oraz związana z nią wysoka odporność na zużycie ścierne predysponują go do wykorzystania jako doskonały materiał na narzędzia skrawające. Niestety istotną wadą jednofazowych narzędzi z węglika wolframu jest ich duża kruchość, którą można ograniczyć poprzez zastosowanie metalicznej osnowy. Najbardziej rozpowszechnionym materiałem wykorzystywanym jako osnowa, już od 1927 roku, jest kobalt. Kompozyty WC z domieszką kobaltu są cenionym materiałem konstrukcyjnym i narzędziowym oraz dzięki swym właściwościom narzędzia wykonane z kompozytów WCCo stanowią ponad 50% ogółu narzędzi skrawających.

Spiekanie węglika wolframu prowadzi się swobodnie w zależności od zawartości kobaltu w temperaturze 1400-1500°C. Łączny czas samego spiekania, bez uwzględnienia procesów rozdrabniania i mieszania, wynosi kilkanaście godzin. Nowoczesną metodą pozwalającą przeprowadzić proces spiekania w niższej temperaturze i w znacznie krótszym czasie, ok. 10 min, jest metoda impulsowo-plazmowego spiekania PPS (Pulse Plasma Sintering), opracowana na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Istota tego procesu polega na wykorzystaniu impulsów elektrycznych do nagrzewania sprasowanego proszku. Nagrzewanie proszku impulsami prądu następuje w wyniku wydzielania się ciepła Joule’a w miejscach kontaktu cząstek spiekanego proszku. Impulsy otrzymywane są w wyniku rozładowania baterii kondensatorów o pojemności 300 µF.

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości kompozytów WCCo o zawartości 6% wag. kobaltu, spiekanych metodą PPS. Zastosowana metoda pozwoliła w krótkim czasie, ok. 10 min, uzyskać spieki o gęstości zbliżonej do gęstości teoretycznej i twardości na poziomie 1930 ± 30 HV30. Średni rozmiar ziaren WC w kompozycie zawierającym 6% wag. kobaltu wynosi 0,42 µm, a największy udział ziaren występuje w zakresie 0,4-0,6 µm.

Keywords (PL): WC, węglik wolframu, kompozyt WCCo, spiekanie impulsowo-plazmowe (PPS)

return…