Return to search

The Effect of Alternative Tungsten Carbide Grain Size Distribution on Microstructure and Mechanical Properties in Cemented Carbides

In the constant pursuit of better-performing cemented carbides, recent studies suggest that a combination of better hardness and toughness can be obtained by changing its WC grain size distribution. As the area is still rather unexplored, this  thesis  aims  to  broaden  the  knowledge  and  answer  whether mechanical properties can be changed by changing the WC grain size distribution, in the context of mining drill bit inserts. This was performed by producing four dual grained material as well as four single grained reference materials, for which the carbon content and presence of alloying element were varied. The materials were characterised and compared with regard to magnetic saturation, magnetic coercivity,  hardness,  fracture  toughness,  wear resistance,  energy  needed  to cause  fracture,  as  well  as  detailed microstructural  analysis  obtained  through imaging and electron backscatter diffraction analysis The results showed that mining drill bit inserts with alternative WC grain size distribution  could  successfully  be  produced,  but  that  a  traditional  bimodal distribution  with  two  peaks  could  not  be  obtained.  The  distribution instead became significantly wider as well as skewed towards larger grains for the dual grained materials compared with their references. It was further also confirmed that the alternative dual grain size distribution could be used to improve the mechanical properties of fracture toughness and wear resistance, but only for material that was not alloyed, and the magnitude of the improvement may be considered  to  be  small.  For  the  alloyed  materials,  it  turned  out  to  be more difficult to influence the mechanical properties, as the improving effect of analloying element outweighed the effect of grain size distribution. / I en ständig jakt på hårdmetall med bättre prestanda, så föreslår ny forskning att en bättre kombination av hårdhet och seghet kan erhållas genom att ändra den mikrostrukturiella  WC-kornstorleksfördelning.  Då  det  ännu  är  ett relativt outforskat område, så har denna studie för avsikt att öka kunskapen genom att besvara frågan om de mekaniska egenskaperna kan förändras genom att ändra på materialets kornstorleksfördelning inom applikationsområdet hårdmetall för bergborrning. Detta gjordes genom att producera fyra material med WC pulver av två olika storlekar, samt fyra referensmaterial med en kornstorlek. För dessa varierades parametrarna kolhalt och närvaro av legeringselement. Materialen karakteriserades och jämfördes med avseende på magnetisk mättnad, magnetisk koercivitet, hårdhet,  brottseghet,  slitstyrka,  energi  som  behövs  för  att  orsaka brott, samt  en  detaljerad  mikrostrukturanalys  som  erhölls  genom  avbildning samt elektrondiffraktionsanalys. Resultaten visade att material med alternativ WC-kornstorleksfördelning kunde produceras, men att en fullt bimodal fördelning inte gick att skapa i denna studie. Fördelningen blev istället betydligt bredare samt förskjuten mot större korn för materialen som innhöll WC av två olika storlekar. Det bekräftades också att den alternativa     kornstorleksfördelningen     kunde     förbättra     de     mekaniska egenskaperna för brottseghet och slitstyrka, men endast för de material som inte var legerade och storleken på förbättringen får dessutom anses vara relativt liten. För de legerade materialen visade det sig vara svårare att påverka de mekaniska egenskaperna,  eftersom  den  förbättring  av egenskaper  som  legeringselement tillförde överträffade effekten av kornstorleksfördelning.

Identiferoai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-309424
Date January 2022
CreatorsIvarsson, Filip
PublisherKTH, Materialvetenskap
Source SetsDiVA Archive at Upsalla University
LanguageEnglish
Detected LanguageSwedish
TypeStudent thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text
Formatapplication/pdf
Rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
RelationTRITA-ITM-EX ; 2022:26

Page generated in 0.003 seconds