Fracture behaviour of a new submicron grained cemented carbide

 

F.A. Costa Oliveira^1,2*, A.C. Lopes², J. Cruz Fernandes², J. Sacramento³, M.A. Valente³

 

¹ Departamento de Materiais e Tecnologias de Produção, INETI, I.P., Estrada do Paço do Lumiar, 1649-038 Lisboa, Portugal.

² Departamento de Engenharia de Materiais, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal.

³ DURIT Metalurgia Portuguesa do Tungsténio Lda., Apartado 24P, 3850 Albergaria-A-Velha, Portugal.

fernando.oliveira@ineti.pt

 

ABSTRACT: In this work, the effect of increasing argon pressure applied on a post-sintering treatment from 3 MPa to 100 MPa on the mechanical properties of a newly developed hardmetal grade, namely, hardness, flexural strength and fracture toughness, is reported. The as-received material has been previously sintered at 1460ºC under 2 MPa argon pressure from powder mixtures of WC and 3.5 wt% Co together with minor additions of VC, graphite and a pressing lubricant.

By increasing the argon pressure, a significant increase in flexural strength from » 1500 MPa to » 3000 MPa was observed, whilst hardness (HV30»2000) and fracture toughness (»8 MN.m^-3/2) remained practically unchanged. Both microstructural and fractographic studies revealed that this is mainly attributed to a decrease in the amount and size of microstructural defects (namely, pores and metallic inclusions). Furthermore, fracture has been found to occur mainly by intrinsic (bulk) defects rather than surface-related ones, suggesting that surface finishing did not affect flexural strength measurements.

Hot isostatic pressing has been successfully used to consolidate WC-3.5wt% Co composites with submicron WC grains size confirming that porosity reduction results in flexural strength improvement.

Keywords: Hardmetal; Flexural strength; Fractography; Fracture toughness; Microstructure.

 

RESUMO:Apresenta-se o estudo do efeito nas propriedades mecânicas de um novo grau de metal duro, em resultado do aumento da pressão de árgon aplicada num tratamento de pós-sinterização. O material foi previamente sinterizado a 1460ºC, à pressão de árgon de 2 MPa, a partir de misturas de pós de WC conjuntamente com 3,5 %p de Co e pequenas adições de VC, grafite e um lubrificante adequado à prensagem.

Registou-se um aumento significativo da resistência à flexão de » 1500 MPa para » 3000 MPa quando se aumentou a pressão de árgon de 3 para 100 MPa, ao mesmo tempo que a dureza (HV30»2000) e a tenacidade à fractura (»8 MN.m^-3/2) permaneceram praticamente inalteradas. Estudos microestruturais e de análise de fractura revelaram que este comportamento se deve fundamentalmente à diminuição da quantidade e do tamanho dos defeitos críticos (nomeadamente, poros e inclusões metálicas). Além disso, observou-se que a fractura ocorre devido a defeitos intrínsecos e não a defeitos de superfície, o que sugere que o acabamento de superfície aplicado não afecta a medida da resistência à flexão.

Constata-se que a prensagem isostática a quente é uma técnica adequada para a obtenção de compósitos de WC-3,5%p Co com tamanho de grão submicrométrico, verificando-se que a diminuição do teor da porosidade residual provoca um notável aumento da resistência à flexão.

Palavras chave: Metal duro; Resistência à flexão; Análise de fractura; Tenacidade à fractura; Microestrutura.

 

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