Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Saidi,Mohammad Hosein Fathi,Maryam Karbasi
علي سعيدي (استاد راهنما) محمدحسين فتحي (استاد راهنما) مريم کرباسي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Minoo Karbasi
مينو کرباسي

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.
چکيده کاربيدهاي سمانته به گروه مواد سخت، مقاوم به سايش و ديرگداز تعلق دارند که در آن ذرات سخت کاربيد به وسيله يک بايندر فلزي به يکديگر متصل شده و به روش متالورژي پودر توليد مي شوند. کاربيدهاي سمانته کاربردهاي گسترده اي اعم از برش فلزات، معدن کاري، سوراخکاري صخره ها و برش سنگ، شکل دهي فلزات بکار گرفته دارند. اگرچه سرمت هاي کاربيد تنگستن- کبالت مهم ترين نوع تجاري کاربيدهاي سمانته کاربيد تنگستن هستند اما داراي معايب و محدوديت هايي هستند که زمينه تحقيقات بسياري را فراهم آورده است. بيشتر تحقيقات در دو راستاي جايگزين کردن کبالت به طور کامل يا جزئي با يک بايندر ديگر، جايگزين کردن کاربيدتنگستن به وسيله فاز کاربيدي سخت تر و ريز دانه کردن فاز کاربيدي، جهت گيري شده است. در اين تحقيق، از فرايندهاي آسياکاري و تف جوشي فاز مايع جهت توليد نانوکامپوزيت WC-20wt.%(Fe,Co) استفاده شد و تغييرات ريزساختاري و خواص مکانيکي نانوکامپوزيت توليدي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين برخي از پارامترهاي مؤثر در خواص کاربيدهاي سمانته مانند زمان آسياکاري، تغيير نسبت آهن به کبالت، تغيير دماي تف جوشي و اثر افزودن کربن اضافي به منظور حذف فاز اتا، مورد ارزيابي قرار گرفت. از آزمون هاي پراش پرتو ايکس، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و عبوري، سختي سنجي، سنجش و تعيين استحکام گسيختگي عرضي و چقرمگي شکست جهت مشخصه يابي نمونه ها، استفاده شد. نتايج نشان داد که سنتز پودر نانوکامپوزيت WC-20 wt.% (Fe,Co) با نسبت هاي آهن به کبالت 2به8، 1به1 و 7به3، به روش آسياکاري پس از 25 ساعت آسياکاري، با اندازه دانه کريستالي کمتر از 30 نانومتر و اندازه ذرات کمتر از 300 نانومتر، ترشوندگي مناسب و توزيع همگن کاربيد تنگستن در بايندر محلول جامد(Fe,Co) امکان پذير است. با افزايش زمان آسياکاري در هر ترکيب شيميايي، چگالي نسبي حاصل پس از تف جوشي، افزايش يافته و ذرات کاربيد تنگستن از توزيع يکنواختي برخوردارند. چگالي نسبي در نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، پس از 25 ساعت آسياکاري و تف جوشي کردن در دماي 1350 درجه سانتي گراد به مدت يک ساعت، به مقدار 2 / 98 درصد رسيد. قطعه توليدي از پودر نانوکامپوزيت توليد شده به روش آلياژسازي، پس از پرس کردن و تف جوشي در دماي 1350 درجه سانتي گراد، نانوساختار بوده و اندازه دانه کريستالي کاربيد تنگستن در نمونه ها، کمتر از 65 نانومتر است. با افزايش زمان آسياکاري، سختي نمونه ها پس از تف جوشي افزايش يافته و در نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، به 1241 ويکرز مي رسد و همچنين تغييرات سختي کاهش مي يابد. استحکام گسيختگي عرضي و چقرمگي شکست نمونه ها با افزايش زمان آسياکاري، کاهش مي يابد. مشخصه يابي نانوکامپوزيت WC-20 wt.% (Fe,Co) با درصدهاي مختلف آهن و کبالت نشان داد، نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، داراي بيشينه مقادير چگالي نسبي، سختي، استحکام گسيختگي عرضي و چقرمگي شکست به ترتيب معادل %2 / 98، HV301241، MPa6 / 2079 و MPa?m 7 / 21 و مشخصات بهينه ريزساختاري است. پس از تف جوشي نانوکامپوزيت هاي توليدي ، فاز ناخواسته اتا ايجاد شد که اين فاز با افزودن کربن به مواد اوليه آلياژسازي حذف گرديد. سختي و چقرمگي شکست نمونه بهينه پس از حذف فاز اتا به ترتيب معادل HV301357 و MPa?m 9 / 24 است. کلمات کليدي: کاربيد سمانته، سختي، استحکام گسيختگي عرضي، چقرمگي شکست، فاز اتا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی