Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Saidi,Mohammad Hosein Fathi,Maryam Karbasi
علی سعیدی (استاد راهنما) محمدحسین فتحی (استاد راهنما) مریم کرباسی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Minoo Karbasi
مینو کرباسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Production and characterization of nano structured WC-(Fe,Co) using activated powders
Cemented carbides belong to a group of refractory hard material, with high wear resistance in which hard particles of carbide are adjoined each other by one metallic binder. Cemented carbides are normally produced by powder metallurgy. Usually tungsten carbide and cobalt are used as hard phase and binder phase, respectively. Cemented carbides are broadly used in various applications such as metal cutting, mining punching and cutting rocks. Although WC-Co are the most popular type of cemented carbide, they have limitations which have been the subject of many research works. Most researches are directed into ways of replacing cobalt totally or partially with other binder and replacing WC with harder phase of TiC and other carbides. In this research, in order to produce nanocomposite of WC-20wt.% (Fe, Co) mechanical alloying and liquid phase sintering were used. The effect of variation of mechanical alloying time, iron to cobalt ratio, sintering temperature on the product properties was investigated. X-ray diffraction, scanning electron microscopy analysis, hardness test, and transverse rupture strength and fracture toughness were employed to characterize the samples. When powder mixtures with 80wt.%WC and different Fe/Co ratios were milled for 25hs, even distribution of WC within binder phase was obtained in which WC grain size and particle size were less than 30 and 300nm respectively. By increasing the milling time in each compound, relative density after sintering increased and tungsten carbide particles had constant distribution and also in sample with equal ratio of iron to cobalt, after 25hr of milling and sintering at 1350 C for 1 hour, relative density reached to 98.2. Composite powder, produced by milling were compacted and sintered at 1350 C for 1h. The results indicated that WC grain size were less than 65nm. By increasing the milling time the hardness of samples after sintering increased and in sample with equal ratio of iron to cobalt, hardness reached to 1241 Vickers. Transverse rupture strength and fracture toughness of samples decreased with increasing the MA time. Characterization of nanocomposite WC-20wt.% (Fe, Co) with different percents of iron and cobalt in binder showed that sample with equal ratio of iron to cobalt had the highest value of relative density, hardness, rupture strength and fracture toughness equivalent with 98.2%, 1241 HV30, 2079.6 MPa and 21.7 MPa?m, respectively. Sintering of compacted nanocomposites resulted in evolution of undesirable eta phase. Eta phase could be almost eliminated by addition of carbon to the powder mixture prior to milling. By elimination of eta phase, Hardness and fracture toughness of optimal sample reached to1357HV30 and 24.9 MPa?m, respectively. Keywords: Cemented carbide, Tungsten carbide, Transverse rupture strength, fracture toughness, eta phase.
کاربیدهای سمانته به گروه مواد سخت، مقاوم به سایش و دیرگداز تعلق دارند که در آن ذرات سخت کاربید به وسیله یک بایندر فلزی به یکدیگر متصل شده و به روش متالورژی پودر تولید می شوند. کاربیدهای سمانته کاربردهای گسترده ای اعم از برش فلزات، معدن کاری، سوراخکاری صخره ها و برش سنگ، شکل دهی فلزات بکار گرفته دارند. اگرچه سرمت های کاربید تنگستن- کبالت مهم ترین نوع تجاری کاربیدهای سمانته کاربید تنگستن هستند اما دارای معایب و محدودیت هایی هستند که زمینه تحقیقات بسیاری را فراهم آورده است. بیشتر تحقیقات در دو راستای جایگزین کردن کبالت به طور کامل یا جزئی با یک بایندر دیگر، جایگزین کردن کاربیدتنگستن به وسیله فاز کاربیدی سخت تر و ریز دانه کردن فاز کاربیدی، جهت گیری شده است. در این تحقیق، از فرایندهای آسیاکاری و تف جوشی فاز مایع جهت تولید نانوکامپوزیت WC-20wt.%(Fe,Co) استفاده شد و تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برخی از پارامترهای مؤثر در خواص کاربیدهای سمانته مانند زمان آسیاکاری، تغییر نسبت آهن به کبالت، تغییر دمای تف جوشی و اثر افزودن کربن اضافی به منظور حذف فاز اتا، مورد ارزیابی قرار گرفت. از آزمون های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، سختی سنجی، سنجش و تعیین استحکام گسیختگی عرضی و چقرمگی شکست جهت مشخصه یابی نمونه ها، استفاده شد. نتایج نشان داد که سنتز پودر نانوکامپوزیت WC-20 wt.% (Fe,Co) با نسبت های آهن به کبالت 2به8، 1به1 و 7به3، به روش آسیاکاری پس از 25 ساعت آسیاکاری، با اندازه دانه کریستالی کمتر از 30 نانومتر و اندازه ذرات کمتر از 300 نانومتر، ترشوندگی مناسب و توزیع همگن کاربید تنگستن در بایندر محلول جامد(Fe,Co) امکان پذیر است. با افزایش زمان آسیاکاری در هر ترکیب شیمیایی، چگالی نسبی حاصل پس از تف جوشی، افزایش یافته و ذرات کاربید تنگستن از توزیع یکنواختی برخوردارند. چگالی نسبی در نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، پس از 25 ساعت آسیاکاری و تف جوشی کردن در دمای 1350 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت، به مقدار 2 / 98 درصد رسید. قطعه تولیدی از پودر نانوکامپوزیت تولید شده به روش آلیاژسازی، پس از پرس کردن و تف جوشی در دمای 1350 درجه سانتی گراد، نانوساختار بوده و اندازه دانه کریستالی کاربید تنگستن در نمونه ها، کمتر از 65 نانومتر است. با افزایش زمان آسیاکاری، سختی نمونه ها پس از تف جوشی افزایش یافته و در نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، به 1241 ویکرز می رسد و همچنین تغییرات سختی کاهش می یابد. استحکام گسیختگی عرضی و چقرمگی شکست نمونه ها با افزایش زمان آسیاکاری، کاهش می یابد. مشخصه یابی نانوکامپوزیت WC-20 wt.% (Fe,Co) با درصدهای مختلف آهن و کبالت نشان داد، نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، دارای بیشینه مقادیر چگالی نسبی، سختی، استحکام گسیختگی عرضی و چقرمگی شکست به ترتیب معادل %2 / 98، HV301241، MPa6 / 2079 و MPa?m 7 / 21 و مشخصات بهینه ریزساختاری است. پس از تف جوشی نانوکامپوزیت های تولیدی ، فاز ناخواسته اتا ایجاد شد که این فاز با افزودن کربن به مواد اولیه آلیاژسازی حذف گردید. سختی و چقرمگی شکست نمونه بهینه پس از حذف فاز اتا به ترتیب معادل HV301357 و MPa?m 9 / 24 است. کلمات کلیدی: کاربید سمانته، سختی، استحکام گسیختگی عرضی، چقرمگی شکست، فاز اتا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی