KFUPM ePrints

INVESTIGATION OF TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF MICRO/NANO SIZED WC-CO HARDMETALS PREPARED BY SPARK PLASMA SINTERING PROCESS AT ELEVATED TEMPERATURES

l INVESTIGATION OF TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF MICRO/NANO SIZED WC-CO HARDMETALS PREPARED BY SPARK PLASMA SINTERING PROCESS AT ELEVATED TEMPERATURES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
Restricted to Abstract Only until 03 January 2019.

4060Kb
[img]Microsoft Word
Restricted to Abstract Only until 03 January 2019.

7Mb

Arabic Abstract

كبريتيد التنجستن الكوبالتي ((WC-Co هو على الأرجح من أفضل أنواع مواد المصانع الصلبة بسبب خصائصها الميكانيكية المميزة كدرجة الصلابة و درجة تحملها لدرجات الحرارة العالية ولمعامل مرونتها العالي و لمقاومتها الجيدة للتآكل وتحملها للصدأ وثباتها الكيميائي الممتاز في درجات الحرارة العالية وتستخدم بكثرة في تطبيقات أدوات القطع التي تحتاج مقاومة عالية للتآكل لأن أدوات القطع تتعرض لدرجات حرارة عالية بين الأداة وبين البرادة المقطوعة أثناء عمليات الآلات و بالتالي من الاهمية فهم تآكل هذا المركب في درجة حرارة الغرفة و درجات الحرارة العالية. تهدف الدراسة لتقديم بحث عن الخصائص التريبولوجية للمركبات النانوية و المايكروية من (WC) مع إضافة نسبة (9% Co) على مختلف درجات الحرارة و تم طحن كبريتيد التنجستن النانوي باستخدام جهاز الطحن الكروي عالي الطاقة ثم ضغطها و تصنيعها باستخدام البلازما (SPS) وتم اختبار التآكل باستخدام طريقة الكرة و القرص على ثلاثة أوزان (15N, 30N,45N) و على ثلاثة سرعات (0.1 m/s, 0.2 m/s,0.3m/s) بحالة جافة و على ثلاث درجات حرارة مختلفة (RT,300°C,600°C) و تم استخدام المسح الضوئي المجهري الالكتروني (SEM) وجهاز الرسم البصري وجهاز الأشعة السينية لتوصيف السطوح و مساحات التأكل . لوحظ أن المركب النانوي يعطي ممانعة تآكلية أفضل بالمقارنة مع المركب المايكروي في درجة حرارة الغرفة بسبب أن المركبات النانوية لديها مساحة سطح أكبر يساعد الاحتكاك وتوزيع الأوزان ، بينما عند زيادة حرارة الاختبار يقل أداء المركب النانوي بشدة بسبب تعرض مساحة السطح للصدأ بشكل أكبر، وكذلك لوحظ أن التآكل بسبب الصدأ هو العامل الأكبر لكلا المركبين في درجات الحرارة العالية و تم عرض معدل التآكل للمركب المايكروي في درجة حرارة (600°C) أقل بنسبة 75 % من المركب النانوي

English Abstract

Tungsten Carbide-Cobalt (WC-Co) cemented carbides are probably the first class of materials used by the hardmetals industry. They have remarkable mechanical properties such as high hardness, excellent high temperature strength, high elastic modulus, good wear resistance, corrosion resistance and excellent chemical stability at high temperature. These cemented carbides have been extensively used for cutting tool tip applications which demands high wear resistance, as the tool tip experiences high temperatures between the tool and chip during machining processes. Therefore, it is crucial to gain an understanding of the wear behavior of these carbides at room and at elevated temperatures. Hence, this study aims to investigate the tribological performance of hardmetal composites reinforced with nano and micron sized tungsten carbide (WC) respectively, binded by 9 wt.% of cobalt (Co) at room and elevated temperatures. The composites were fabricated using a two-step procedure of mixing followed by spark plasma sintering (SPS). Ball on disc wear tests were conducted at three different normal loads (15N, 30N and 45N) and at three different linear speeds (0.1 m/s, 0.2 m/s and 0.4 m/s) under dry conditions and at three different temperatures (Room Temperature, 300°C and 600°C). Scanning Electron Microscopy (SEM), Optical Profilometry and Energy Dispersive X-ray (EDX) spectroscopy were used to characterize the surface morphology and the wear track area. At room temperature, it was observed that the nano sized WC composites showed better wear resistance as compared to the micron sized WC composites. However, the performance in terms of wear resistance of the nano sized samples decreased significantly as compared to the micron sized samples with an increase in temperature. This reduction in performance is attributed to the higher surface area of the nano sized WC particles which are exposed to rapid oxidation at elevated temperatures resulting in poor wear resistance. It is observed that the wear rate at 600°C for the micron sized WC composites was 75% lower as compared to the wear rate of nano sized WC. Oxidative wear was observed to be the predominant wear mechanism for both sizes of WC samples at elevated temperatures.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Engineering
Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Abdulsamad, Dr. Mohammad
Committee Members:Laoui, Prof. Taher and Hakeem, Dr. Abbas and Abdulsamad, Dr. Mohammad
ID Code:140549
Deposited By:SALEH AL WOHAIBI (g200641640)
Deposited On:04 Jan 2018 13:51
Last Modified:04 Jan 2018 13:51

Repository Staff Only: item control page