Cemented carbides are used in rock tool applications by reason of their beneficial mechanical properties, i.e. a combination of high toughness, wear resistance and hardness. The cemented carbides commonly receive their hardness from tungsten carbides (WC) whereas cobalt (Co) is the dominating binder material. To obtain a beneficial balance of these desired properties, the binder phase can be strengthened by post-sintering treatment to minimize the risk of catastrophic failure. Previous work has shown that the face centered cubic (FCC) cobalt phase is stabilized by a higher degree of dissolved tungsten in the binder. The residual stresses have been related to both further stabilization of the FCC and local transformation to a hexagonal close packed (HCP) phase. By exposing the inserts to mechanical deformation, i.e. inducing stress, the Co-binder material could theoretically transform from FCC to HCP. In this master thesis, five cemented carbides with three different binder phase compositions have been investigated. Additionally, the influence of the carbon content and addition of an alloying element was evaluated. This was done by electron backscatter diffraction (EBSD) analysis of the microstructure of each sample in as-sintered state and after post-treatment to gain better understanding on how the phase stability of the binder is affected by a post-sintering process. In addition, magnetic measurements, hardness-testing and mechanical tests were performed on the materials to evaluate the effect of using different binder compositions. It was found that a low carbon content provides smaller and more rounded WC grains and binder phase dominated by FCC-Co compared to an equivalent material with a high carbon content. A low carbon content furthermore resulted in a more wear resistant material. The addition of alloy MA presented a greater increase in surface hardness after post-treatment and made the materials even more wear resistant compared to the non-alloyed. The non-alloyed material performed better in a test measuring the fracture energy. A material with an Fe-based binder showed the least increase in surface hardness and the highest increase and overall fracture energy. All materials experienced a WC grain size refinement and an increase in their surface hardness after post-treatment. Only one material gave an indication on FCC to HCP phase transformation, no conclusions could be drawn from the other samples. / Hårdmetaller används i bergborrstift på grund av materialets fördelaktiga mekaniska egenskaper vilket innefattar en kombination av hög seghet, hårdhet och bra nötningsmotstånd. Hårdheten uppnås vanligen av volfram karbider (WC) medan segheten ges av en bindefas som oftast är baserad på cobolt (Co). För att få ett material med en bra balans mellan seghet och hårdhet så kan bindefasen stärkas genom en ytbehandling efter sintringen för att minimera risken för att borrstiftet går sönder under användning. I tidigare studier har det framkommit att ytcentrerad kubiskt tätpackad (FCC) cobolt stabiliseras av volfram som lösts i bindefasen. Spänningar som uppkommer på grund av detta har relaterats till vidare stabilisering av FCC-fasen, men även lokal omvandling till hexagonalt tätpackad (HCP) cobolt. Genom att utsätta borrstiften för mekanisk deformation, i.e. inducera spänningar, kan bindematerialet teoretiskt sett omvandlas från FCC till HCP. I detta examensarbete har fem bergborrstift med tre olika bindefassammansättningar undersökts. Därutöver har även inverkan av kolhalten och tillägget av ett legeringsämne utvärderats. Den primära metoden för att genomföra undersöka mikrostrukturen hos de sintrade och efterbehandlade stiften var bakåtspridd elektrondiffraktion (EBSD). Syftet med undersökningen var att öka förståelsen kring bindefasens fasstabilitet då den utsatts för en efterbehandlingsprocess. Även magnetisk mätning, hårdhetstestning och mekanisk prövning utfördes på materialen för att kunna jämföra de olika bindefassammansättningarna mot varandra. Resultaten visade att en låg kolhalt gav ett material med mindre och mer rundade WC korn samt att bindefasen dominerades av FCC-Co jämfört mot ett material med samma bas och hög kolhalt. Därtill uppvisade materialen med låg kolhalt bättre nötningsmotstånd. Legeringen av bindefasmaterialet visade en ökning i ythårdhet efter efterbehandling och gjorde materialen mer nötningsbeständiga än de icke-legerade materialen. De icke-legerade materialen visade däremot på högre krosstyrka. Materialet med en järn-baserad bindefas påvisade minst ökning av ythårdheten och högst ökning samt högsta värde på krosstrykan. Samtliga material visade en förfining av WC kornen och en ökning av ythårdheten efter efterbehandlingen. Endast ett material indikerade omvandling från FCC till HCP, inga slutsatser kunde dras från de övriga proverna.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-84628 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Jacobs, Jessica |
| Publisher | Karlstads universitet, Avdelningen för maskin- och materialteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0024 seconds