21539

21539

بررسي اثر افزودن نانو ذرات كاربيد تيتانيوم بر ريز ساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت هاي WC-Co تهيه شده با روش SPS

كارشناسي ارشد

سراميك

1398/7/23

دكتر سيدمحمد ميركاظمي - دكتر سيد محمد زهرايي

مواد و متالورژِي

در اين تحقيق، كاربيد هاي سمانته (94 - x) wt% WC – xwt% TiC – 6wt%Co با استفاده از روش اسپارك پلاسما زينترينگ در سه دماي 1200℃، 1300℃ و 1400℃ و مدت زمان ماندگاري در دماي تف جوشي 5 و 10 دقيقه ساخته شدند. در ابتدا پودر هاي اوليه با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FE-SEM) و پراش پرتو ايكس (XRD) و پراكندگي ديناميك نور ليزر مورد بررسي قرار گرفتند سپس تاثير مقدارِ نانو ذراتِ كاربيد تيتانيوم و دماي تف جوشي، بر ريز ساختار و سختي و دانسيته و سطح شكست اين بدنه ها مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان مي دهد افزودن نانو ذرات كاربيد تيتانيوم از 1 تا 3 درصد وزني، مي تواند منجر به كاهش ميانگين اندازه دانه مونو كاربيد تنگستن شود در دماي 1300℃ و1400℃ براي نمونه هايي كه در آن ها از نانو ذرات كاربيد تيتانيوم استفاده نشد ميانگين اندازه دانه كاربيد تنگستن به ترتيب 0/95µm و1/02µm به دست آورده شد كه با افزودن نانو ذرات كاربيد تيتانيوم اين عدد به ترتيب به 0/38µm و 0/75µm كاهش يافت. نتايج آناليز فازي نيز نشان مي دهد افزودن كاربيد تيتانيوم تا سه درصد وزني باعث مي شود كه علاوه بر وجود فازهاي مونوكاربيد تنگستن(WC)، كبالت(Co) با ساختار مكعبي با وجوه مركز دار و كاربيد تيتانيوم(TiC) مكعبي، فاز هاي جديد ديگري نيز در اين نوع از كاربيد هاي سمانته به وجود آيد. كه يكي از مهم ترين اين فاز ها، محلول جامد ايجاد شده ناشي از انحلال ذرات كاربيد تنگستن دركاربيد تيتانيوم مي باشد. با افزودن نانو ذرات تيتانيوم كاربيد عدد سختي از 1679/985 HV به 2280/37 HV در اين نوع از بدنه ها افزايش يافت كه علت آن ايجاد محلول جامد تيتانيوم تنگستن كاربيد با تركيب Ti3/3W6/7C7 بين ذرات كاربيد تنگستن و كاربيد تيتانيوم، با سختي به مراتب بيشتر از هر يك از فاز هاي كاربيد تنگستن و كاربيد تيتانيوم و همچنين ممانعت از رشد غير نرمال كاربيد تنگستن مي باشد. نتايج دانسيته قطعات نشان مي دهد كه با افزايش مقاديركاربيد تيتانيوم در بدنه هاي كاربيد تنگستن – كبالت مقدار دانسيته از 14/99 g/cm3 تا 14/23 g/cm3 براي نمونه هاي تف جوشي شده در دماي 1300℃ و از 14/81 g/cm3 تا 14/20 g/cm3 براي نمونه هاي تف جوشي شده در دماي 1400℃ كاهش مي يابد. بررسي سطح شكست نمونه هاي با درصد هاي مختلف از كاربيد تيتانيوم نيز نشان مي دهد كه سطح مقطع شكست اين مواد نيز از نوع شكست ترد مي باشد همچنين شكست از نوع ميان دانه اي و مرزدانه اي نيز در سطح مقطع شكست مشاهده مي شود اما به وضوح ديده مي شود كه درصد شكست از نوع مرز دانه اي به مراتب از درصد شكستِ ميان دانه اي بيشتر است.

1398/10/12

Effect of adding titanium carbide nanoparticles on microstructure and mechanical properties of WC-Co composites prepared by SPS method

10/15/2019 12:00:00 AM

In this study, cemented carbides (94 - x) wt% WC - xwt% TiC - 6wt% Co were fabricated using Spark plasma sintering at three temperatures of 1200℃, 1300 ℃ and 1400℃ for 5 and 10 minutes. Initially, the primary powders were investigated using scanning electron microscopy (FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD) and dynamic light scattering(PSA-DLS) and Then, the effect of titanium carbide nanoparticles and sintering temperature were evaluated on the microstructure, hardness, density and fracture surface of this type of hardmetals. The results show that the addition of titanium carbide nanoparticles from 1 to 3 wt% can decrease the average grain size of tungsten mono carbide. At temperatures of 1300℃ and 1400℃ for samples with no titanium carbide nanoparticles The average tungsten carbide grain size was obtained 0.95μm and 1.0μm, respectively By adding titanium carbide nanoparticles, this number decreased to 0.38μm and 0.75μm, respectively. Phase analysis results show that the addition of titanium carbide causes the addition of tungsten monocarbide (WC), cobalt (Co) and titanium carbide (TiC) phases, and other new phases in this type of cemented carbide One of the most important of these phases is the solid solution created by dissolution of tungsten carbide particles in titanium carbide.With the addition of titanium carbide nanoparticles the hardness increased from 1679/985 HV to 2280/37 HV in this type of hardmetals This is due to the formation of a solid solution of titanium tungsten carbide( Ti3/3W6/7C7) between tungsten carbide and titanium carbide, with a much higher hardness than any of the tungsten carbide and titanium carbide phases as well as inhibiting the abnormal growth of tungsten carbide.The density results show that by increasing the titanium carbide content, the density values from 14.99 g/cm3 to 14.23 g/cm3 for the sintered samples at 1300℃ and from 14.81 g/cm3 to 14.20 g/cm3 for sintered samples at 1400℃ is reduced.Investigating the fracture surface of samples with different percentages of titanium carbide also shows that the fracture surface of these materials is a brittle fracture, but it is clearly seen that the percentage of fractures of the type intergranular fracture is far more than the percentage of transgranular fracture.