Statut de recherche

Pour WC-Co carbure, la technologie de fabrication additive (FA) par fusion sur lit de poudre (PBF) en évolution rapide a montré des avantages uniques dans la production de structures complexes de pièces métalliques en carbure. Cependant, lors de la fabrication de carbure WC-Co avec des points de fusion élevés et une teneur élevée en phases dures, des problèmes tels que des fissures difficiles à éliminer, des pores, une croissance anormale des grains, une décarburation par oxydation et une fragilité surviennent souvent, conduisant à de mauvaises propriétés mécaniques du produit du carbure. Ces dernières années, de nombreux rapports ont été publiés sur l'utilisation de la technologie de fabrication additive verte-déliantage et frittage (GAM-DS) pour fabriquer du carbure WC-Co, qui ont montré des avantages significatifs pour résoudre des problèmes tels que la fissuration, la croissance anormale des grains, l'oxydation. décarburation et fragilité du carbure PBF. Cependant, le processus de préparation des corps crus est sujet à des défauts tels que des pores, des fissures entre les couches, une répartition inégale du carbone et une faible liaison locale, ce qui entra?ne des problèmes tels qu'une porosité, un retrait de frittage inégal et une microstructure inégale dans les corps frittés. Comparés à la métallurgie des poudres, les carbures préparés ont des densités relatives relativement faibles et il existe un écart important dans les propriétés mécaniques.

Brève introduction des résultats de la recherche

Récemment, le Laboratoire clé d'état de métallurgie des poudres de Université Centre-Sud has employed Material Extrusion Additive Manufacturing (MEX) – Debinding and Sintering (DS) technology to successfully produce high-strength and tough WC-9Co cemented carbide with no pores, no cracks, and uniform shrinkage in all directions. Its relative density is approximately 99.7%, and its Vickers hardness, transverse fracture strength, and fracture toughness reach 1525±3HV30, 3492±45MPa, and 20.4±0.5 MPa·m1/2 respectively. The comprehensive mechanical properties are comparable to those of high-performance WC-Co carbide prepared by powder metallurgy processes. The relevant work, titled “Material extrusion additive manufacturing of WC-9Co cemented carbide,” was published in the top international journal “Additive Manufacturing.”

tableau de recherche

$How to achieve a transverse fracture strength of 3492 MPa in high-strength and tough WC-Co carbide additive manufacturing? 2$

FIGUE. 1 Microstructure de carbure cémenté MEX WC-9Co vert

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FIGUE. 2 Diagramme schématique de la formation des pores de pile d'une billette verte d'impression en carbure cémenté?: a. Formation de pores de pile MEX?; b. L'augmentation du taux de chevauchement des microfilaments est propice à la réduction de la porosité de l'empilement de la billette verte?;

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FIGUE. 3 Microstructure du carbure cémenté MEX-DSWC-9Co

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Figure 4 Résultats de l'analyse Micro-CT des défauts internes dans le carbure cémenté MEX-DS WC-9Co

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Figure 5 Microstructure of WC-9Co cemented carbide: (a) MEX-DS; (b) Press forming – degreasing sintering

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Figure 6 MEX-DS WC-Co pool de carbure de Co et zone riche en Co

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Figure 7 Résistance à la rupture transversale et ténacité à la rupture du carbure cémenté WC-(8-12)Co préparé par différents procédés

Sommaire

Conclusion du document

(1) En calculant l'indice de plasticité de la matière première imprimée avec une charge de poudre de 54 Vol.%, le mécanisme des défauts d'impression du corps vert a été analysé et les paramètres MEX du corps vert ont été optimisés. En utilisant des paramètres optimisés tels qu'une température d'impression de 150°C, un taux de chevauchement des filaments de 30% et une épaisseur de couche d'impression de 0,1 mm, des corps verts sans défauts en carbure cémenté WC-9Co avec une densité relative de 98,5% ont été préparés.

(2) Des températures trop élevées ou trop basses lors du processus de déliantage à l'aide de n-heptane peuvent entra?ner des fissures de déliantage. L'évaporation rapide du solvant pendant le processus de séchage des corps décollés peut également entra?ner des microfissures. En employant un processus de déliantage au solvant en deux étapes, à savoir le déliantage du n-heptane à 30 °C pendant 12 heures suivi du déliantage du kérosène à 30 °C pendant 1 heure, le taux d'évaporation du solvant a été réduit, ce qui a donné lieu à des corps déliantés de haute qualité avec aucun défaut de déliantage notable et répartition uniforme du liant.

(3) Les défauts dans les corps verts MEX peuvent conduire à la formation de régions ou de pools riches en Co, de grains WC anormaux, de pores résiduels, etc., dans le carbure WC-Co. Ces défauts peuvent être améliorés ou éliminés pendant le processus de frittage grace à l'écoulement en phase liquide et au réarrangement des particules de WC. En optimisant les processus d'impression du corps vert MEX et de déliantage au solvant pour éliminer les défauts d'impression et de déliantage, il est possible d'éliminer les défauts tels que les pores de frittage, les fissures, les pools de Co, la croissance anormale des grains, etc., dans le carbure WC-Co, ce qui entra?ne près -Carbure WC-9Co pleine densité.

(4) En utilisant des corps verts MEX, un processus de déliantage au solvant en deux étapes et un processus continu de déliantage thermique-frittage sous pression sous vide, du carbure WC-9Co avec une microstructure uniforme, une granulométrie plus petite et une distribution relativement uniforme a été préparé. La dureté Vickers, la résistance à la rupture transversale et la ténacité à la rupture ont été mesurées à 1 525 ± 3 HV30, 3 492 ± 45 MPa et 20,4 ± 0,5 MPa·m1/2, respectivement. Les propriétés mécaniques globales étaient supérieures à celles rapportées par les technologies récentes de fabrication additive et comparables à celles du carbure WC-Co préparé par les procédés traditionnels de métallurgie des poudres.

Principales innovations du papier de fabrication additive carbure WC-Co

L'utilisation de la technologie MEX-DS du carbure WC-Co pour préparer du carbure WC-9Co de densité proche, avec une résistance à la rupture transversale atteignant 3492 MPa et une ténacité supérieure à 20 MPa·m1/2, a considérablement amélioré la résistance à la rupture transversale du WC. -Carbure de Co préparé par les méthodes AM actuelles (allant de 1 500 à 2 000 MPa à 3 000 à 4 000 MPa avec traitement HIP) et ténacité accrue à plus de 20 MPa·m1/2. Les propriétés mécaniques globales sont nettement meilleures que celles rapportées par des études similaires et comparables à celles de produits similaires préparés par métallurgie des poudres. Les résultats de la recherche sont d’une grande importance pour résoudre les problèmes complexes de porosité, de fissures et de phases nocives rencontrés dans la fabrication additive actuelle de carbure et pour le développement de la technologie de fabrication additive de carbure.