Design of cemented carbide with Ni-based superalloy binder strengthened with y'-Ni3Al precipitates

Autor: Edholm, Oscar
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2018
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Replacement of cobalt in cemented carbides has gained in attention recently because threats of regulations due to health issues (cancerogenic effect), increased demand from the electric vehicle industry and the questionable extraction from countries like Democratic Republic of Congo. In this report the use of Ni-based binder as an alternative binder for cemented carbides has been explored. The design is based on producing a Ni-based superalloy binder which contains dispersed Ni3Al Gamma Prime (γ’) -phase precipitates in the binder matrix. The investigation focuses on the design of cemented carbide compositions and processes that ensures the formation of γ’- precipitates, the control of their morphology and distribution as well as the effect of heat treatment. To do this a Ni-Al master alloy has been designed that enables the formation of γ’-precipitates in WC-Ni-Al-X systems, produced by conventional powder metallurgy process including standard free sintering. Furthermore, the addition of usual elements in the cemented carbide industry (such as Ti, Cr, Ta, Nb) and their effect on the stability of γ’-precipitates has been investigated. A method to reveal the precipitates including ion-polishing and electro-etching has been developed. Basic mechanical properties such as hardness and toughness have been investigated, revealing particular crack propagation in Ni-based binder reinforced with γ’-precipitates. It was found that the common variables in cemented carbide manufacturing influence all aspects regarding the stability of γ’-phase. By varying the powder type, binder composition and content, the carbon balance, the WC grain size and the heating/cooling steps; the formation of γ’-precipitates (size, morphology, distribution, etc.) can be controlled to tailor the properties of the cemented carbide.
Att hitta en ersättning av kobolt i hårdmetall har nyligen uppmärksammats bl.a. eftersom regleringar hotar användning av ämnet pga. dess cancerogenitet, en ökande efterfrågan från elfordonsindustrin samt den moraliskt tvivelaktiga utvinningen som sker i länder som Demokratiska Republiken Kongo. I denna rapport har användningen av ett nickel-baserat bindemedel som ett alternativt bindemedel för hårdmetaller undersökts. Designen är baserad på att producera en nickel-baserad superlegering som bindemedel som innehåller dispergerad Ni3Al Gamma Prim (γ’) – fas utfälld i bindemedlet. Utredningen fokuserar på designen av hårdmetallskompositioner och processer som försäkrar formationen av γ’-utfällningar, kontroller av dess morfologi, distributionen samt hur värmebehandlingar påverkar. För att kunna göra detta har en Ni-Al masterlegering skapats som möjliggör γ’-utfällningar i ett WC-Ni-Al-X system, producerat med konventionell pulvermetallurgiprocess inkluderat standard fri sintring. Dessutom har tillsatsen av vanliga ämnen i hårdmetallindustrin (such as TI, Cr, Ta, Nb) samt deras effekt på stabiliteten hos γ’-utfällningarna undersökts. En metod för att upptäcka utfällningarna, som inkluderar jonpolering och elektroetsning har utvecklats. Grundläggande mekaniska egenskaper som hårdhet och seghet har undersökts, vilket har avslöjat en speciell sprickutbredning i den nickelbaserade bindaren förstärkt med γ’-utfällningar. Det visade sig att de vanliga variablerna förenade med tillverkning av hårdmetall påverkar samtliga aspekter gällande stabiliteten hos γ’-utfällningar. Genom att variera pulvertyp, bindemedelkomposition och innehåll, kolbalansen, WC-kornstorlek och uppvärmning samt kylningssteg så påverkas bildningen av γ’-utfällningar (storlek, morfologi, distribution, etc..) som kan kontrolleras för att skräddarsy egenskaperna för hårdmetallen.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: