Mikrostruktura i właściwości węglików spiekanych WC-6Co wytwarzanych metodą spiekania iskrowo-plazmowego (SPS)

Węgliki spiekane stanowią główną grupę materiałów narzędziowych, co wynika z ich dobrych właściwości skrawnych i wytrzymałościowych. Do wytwarzania węglików spiekanych stosowane są metody metalurgii proszków, spośród których za wysoce perspektywiczne uważa się spiekanie iskrowo-plazmowe. W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na mikrostrukturę, a w konsekwencji na gęstość, twardość oraz odporność na kruche pękanie węglików spiekanych WC-6Co wytwarzanych metodą spiekania iskrowo-plazmowego. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 przeprowadzono w próżni w temperaturze 1200°C w czasie 10 min przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 lub 60 MPa, z szybkością nagrzewania 200 lub 400°C/min. Z wytworzonych spieków wycięto, za pomocą wycinania elektroerozyjnego, próbki do pomiarów i badań. Pomiary gęstości przeprowadzono metodą Archimedesa zgodnie z normą ISO 3369:2006, natomiast pomiary twardości metodą Vickersa zgodnie z normą ISO 6507-1:2007. Wyznaczono odporność na kruche pękanie. Obserwacje mikrostruktury w kontraście elektronów wstecznie rozproszonych przeprowadzono z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego. Wykazano, że gęstość względna zwiększa się wraz ze zwiększeniem ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania, przy czym szybkość nagrzewania ma mniejsze znaczenie. Ponadto zwiększenie twardości wpływa na zmniejszenie odporności na kruche pękanie. Największą twardością, wynoszącą 1726 HV30, odznaczają się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa z szybkością nagrzewania 400°C/min. Odporność na kruche pękanie tych materiałów wynosi 8,66 MPa·m1/2.

Cemented carbides constitute the main group of tool materials due to their good cutting and strength properties. To produce cemented carbides powder metallurgy methods are used, among which spark plasma sintering is considered to be highly prospective. The paper presents the results of research on the effect of compaction pressure and heating rate on the microstructure and consequently on the density, hardness and fracture toughness of WC-6Co cemented carbides produced by spark plasma sintering. Sintering using an HP D 25-3 furnace was performed in vacuum at 1200°C for 10 min at a compaction pressure of 50 or 60 MPa and at a heating rate of 200 or 400°C/min. Samples for measurements and testing were cut by electrical discharge machining from the sintered compacts. Density measurements were carried out using the Archimedes method according to ISO 3369:2006 standard, while Vickers hardness measurements were performed according to ISO 6507-1:2007 standard. The fracture toughness was determined. Microstructure observations in backscattered electrons contrast were conducted using a scanning electron microscope. It was shown that the relative density increases with increasing compaction pressure and heating rate, whereby the heating rate is less important. In addition, an increase in hardness affects a reduction in the fracture toughness. The compacts sintered at the compaction pressure of 50 MPa at the heating rate of 400°C/min exhibited the highest hardness of 1726 HV30. The fracture toughness of these materials is 8.66 MPa·m1/2.