Alternative binders for cemented carbides

Sammanfattning

Hårdmetall är ett komposit material som traditionellt består av volframkar-bid (WC) och kobolt (Co). Den förstnämnda, kallad för en hård fas och ger materialet dess hårdhet, medan den sistnämnda fungerar som ett bindefas och ger materialet dess seghet. Denna kombination av egenskaper gör hårdmetall lämplig för applikationer som bergborrning eller skärande bearbetning. Co är idag klassificerat som ett kritiskt råmaterial av Europeiska unionen. Nyare studier har visat på att Co kan ge vissa hälsorisker. Därför undersöker denna studie ett alternativt bindefassystem för hårdmetaller, som en potentiell ersättning för Co. Fokus ligger på ett system baserat på järn (Fe), nickel (Ni) och kobolt (Co) med ett förhållande på 50-25-25 viktprocent. Studien undersöker särskilt hur variationer i kolhalt och sintringstemperatur påverkar mikrostruktur och mekaniska egenskaper.Termodynamiska beräkningar förutsade ett smalt möjligt kolintervall vid jämnvikt för denna alternative legering, vilket bekräftades experimentellt. Genom systematiska variationer av kolhalten har möjliga strukturer, från eta-fasbildning vid låga kolhalter till grafitutfällning vid höga kolhalter kartlagds. Tre sammansättningar identifierades ha en stabil tvåfasstruktur med WC-bindfas. Magnetiska mätningar (koercivitet och Co-magnetism\%) ger utslag för den undersökta sammansättningen men visar ingen klar trend för proverna inom tvåfasområdet. Electron Back-Scattered Diffraction (EBSD)-analys visade att kolhalten inte påverkar WC kornstorleken eller kornstorleksfördelningen nämnvärt. En högre sintringstemperatur resulterade däremot i en grövre övre svans i kornstorleksfördelningen jämfört med den lägre temperaturen. EBSD-analysen visade också att bindefasens struktur efter sintring huvudsakligen är austenitisk. Mekaniska tester visade att hårdheten är konstant inom tvåfasområdet, medan segheten ökade med kolhalten. Ett slitagetestet visade en skillnad i prestanda beroende på C halt. Resultaten från denna studie bekräftar att kolbalans och sintringstemperatur är viktiga faktorer att ta hänsyn till när alternativa bindefaser för hårdmetall används.