Fracture behaviour of a new submicron grained cemented carbide

Abstract

In this work, the effect of increase argon pressure applied on a post-sintering treatment from MPa to MPa on the mechanical properties of a newly developed hardmetal grade, namely hardness, flexural strength and fracture toughness, is reported. The as-received material has been prviously sintered at 1460ºC under 2 MPa argon pressure from powder mixtures of WC and 3,5 wt% Co together with minor additions of VC, graphite and a pressing lubricant. By increasing the argon pressure, a significant increase in flexural strength from ≃ 1500 MP to ≃ 3000 MPa was observed, whist hadness (HV30≃2000) and fracture toughness (≃8 MN.m⁻3/2) remained practically unchanged. Both microstructural defects (namely, pore and metallic inclusions). Furthermore, fracture has been found to occur mainly by intrinsic (bulk) defects rather than surface-related ones, suggesting that surface finishing did not affect flexural strength measurements. Hot isostatic pressing has been successfully used to consolidate WC-3,5 wt% Co composites with submicron Wc grains size confirming that porosity reduction results in flexural strength improvement.

Apresenta-se o estudo do efeito nas propriedades mecânicas de um novo grau de metal duro em resultado do aumento da pressão de árgon aplicada num tratamento de pós-sinterização. O material foi previamento sinterizado a 1460ºC, à pressão de árgon de 2MP a partir de misturas de pós de WC conjuntamente com 3.5%p de Co e pequenas adições de VC, grafite e um lubrificante adequado à prensagem. Registou-se um aumento significativo da resistência à flexão de ≃ 1500 MP para ≃ 3000 MPa quando se aumentou a pressão de árgon de 3 para 100MPa, ao mesmo tempo que a dureza (HV30≃2000) e a tenacidade à fractura (≃8 MN.m⁻3/2) permaneceram praticamente inalterados. Estudos microestruturais e de análise de fractura revelaram que este este comportamento se deve fundamentalmente à diminuição de quantidade e do tamanho dos defeitos críticos (nomeadamente, poros e inclusões metálicas). Além disso, observou-se que a fractura ocorre devido a defeitos intrínsecos e não a defeitos de superfície, o que sugere que o acabamento de superfície aplicado não afecta a medida de resistência à flexão. Constatta-se que a prensagem isostática a quente é uma técnica adequada para a obtenção de compósitos de WC-3,5%p Co com tamanho de grão submicrométrico, verificando-se que a diminuição do teor da porosidade residual provoca um notável aumento de resistência à flexão.