The Effect of Grain Growth Inhibitors to the Microstructural and Mechanical Properties of WC-Co NanoComposites. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF
Final_Thesis_Report_31-12-2012.pdf Download (5MB) | Preview |
Arabic Abstract
المواد المركبه المولفه من كربيد التنجستن والكوبلت تسخدم على نطاق واسع فى صناعة ادوات القطع والحفرز وذلك لانها تتميز بخصائص مثل: مقاومة البرى و مقاومة الصدمات الحراريه و مقاومة التاكل وكذلك لما له من صلادة ومتانه عاليه. كربيد التنجستن المستخدم ذو حجم حبيبات فى مدى المايكرون تم استخدام طريقة التسابك الميكانيكى للحصول على حجم حبيبات فى مدى النانو. ثم اضافة الكوبالت كمادة رابطه وكذلك بعض الاضافات الاخرى لكربيد التنجستن وخلطهم باستخدام عملية التسابك الميكانيكى للحصول على خليط متجانس .تم تلبيد هذا الخليط باستخدام تقنيه تعتمد على البلازما مع الشرارة الكهربيه . و تم دراسه تاثير تغيير عمليه التلبيد ومكونات المادة المركبه.بعد عملية التلبيد تمت دراسة الخصائص الميكانيكيه عن طريق قياس الصلادة و متانه الكسر وفحص البنيه المجهريه وكذلك باستخدام المجهر الالكترونى. من التحديات التى تواجه الباحثين فى هذا المجال هى تطوير مواد مؤلفه من كربيد التنحستن مع الكوبلت مع الحفاظ على حجم الحبيبات فى مدى النانو بعد عمليه التلبيد. الهدف من هذه الدراسه بحث امكانية تصنيع مواد صلبه نانومركبه ذات كثافه عاليه وكذلك دراسه الخصائص الميكانيكيه مع تغيير حجم حبيبات كربيد التنجستن واستخدام مواد تمنع نمو الحبيبات. تم دراسة تاثير نمو الجبيبات مع تغيير الماده الرابطه ودجه حرارة عمليه التلبيد. تم اسنخدام كربيد اتنجستن وكربيد الكروم كمواد مانعه لنمو الحبيبات بنسب وزنيه 0.2و0.4و0.6و0.8 % كلا على حده وكذلك معا وتم مقارنه حجم الحبيبات الناتج مع استخدام هذه الموادوبدونها فى المواد المؤلفه من كربيد التنجستن والكوبلت. ومقارنة الخصائص الميكانيكيه والفيزيائيه. تمت عمليه التوصيف باستخدام اشعة اكس والميكرسكوب الالكترونى ولتقييم وتحسين الخصائص الميكانيكيه تم قياس الصلاده ومتانه الكسر للمواد الملبده. تم التوصل الى ان كربيد الفاناديوم اكثر فاعليه للتحكم فى حجم الحبيبات بالرغم من انخفاض التكاثف للموادالنانو المركبه الناتجه وكذلك العينات المضاف اليها كربيد الكروم حققت صلاده ومقاومه كسر عاليه علاوه على ذلك وتم التوصل الى ان خليط المواد المانعه لنمو الحبيبات اعطى خصائص ميكانيكيه مرتف.
English Abstract
WC-Co hard metal composites are widely used in cutting and drilling industry, due to their unique combination of properties such as wear-, high thermal shock-; corrosion-resistant and exhibiting high hardness and toughness values. Nano sized WC powder was prepared through planetary ball milling of as received micron sized WC powder for 72hrs. These hard carbides were further mixed with soft binding material, Cobalt in this case, and other desired additives through mechanical alloying, which results in homogeneous distribution of powders in the mixed composition. The resulted mixed powder composition was then consolidated under spark plasma sintering technique. Sintering and compositional parameters were varied during this study. The resulted sintered composites were characterized for their densification, Vickers hardness and fracture toughness. Micro-structural characterization was done through FESEM and X-rays diffraction. One of the key challenges for researchers in this area is the development of WC-Co Nano composites by limiting their grain sizes to nanoscale, even after sintering. The development of finer dense microstructures is in addition to the expectations of improving their mechanical properties. The aim of this study is to offer an understanding to the possible fabrication of dense nanostructured hard metals composites and further effect on mechanical properties of these nanocomposites, by varying initial WC particle sizes and use of grain growth inhibitors, in retarding grain growth. The effect of grain growth was also studied in combination of changing amount of binding material and sintering temperature. Vanadium carbide and Chromium carbide as grain growth inhibitors have been studied in ranges of 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8wgt%, both individually and also in combination. In addition to individual and combined effect of these inhibitors, their effect was also monitored while varying amount cobalt and sintering temperature of these spark plasma sintered nano-crystalline WC(10nm)-Co cemented carbides, in each case. Grain sizes attained in each case and their respective mechanical and physical properties were analyzed and compared respectively. Characterization was carried out using (XRD)X-ray diffraction, (FESEM)Field emission scanning electron microscope. Densification, hardness and fracture toughness were observed, measured and compared in each case to access any improvement in the mechanical properties. It was found that VC added samples were comparatively more active in controlling grain sizes, however resulted in comparatively lower densification of the resulted nano composite. Beside Cr3C2 added samples were found to result in comparatively higher hardness and fracture toughness of the material. Further combination of both inhibitors in a particular sample, rather than individual, was found to result with higher mechanical properties.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Mechanical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering |
| Committee Advisor: | Aqeeli, Dr. Nasser |
| Committee Members: | Nouari, Dr. Saheb and Hassan, Dr. Syed Fida |
| Depositing User: | MOHAMMAD KHWAJA (g201004580) |
| Date Deposited: | 14 Jan 2013 05:04 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 15:37 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138832 |