مقايسه خواص مكانيكي و متالورژيكي كامپوزيت ميكروساختار و نانوساختار WC-9Co-0.7VC

Comparison of Mechanical and Metallurgical Properties of Microstructure’s with nano-structure’s WC-9Co-0.7VC Composite for Cutting Tools Production

كامپوزیت‌های WC-Co كه به هاردمتال‌ها موسوم اند، استفاده گسترده ای در بخش صنعت حفاری نفت و گاز دارند. چند سالی است كه استفاده از این كامپوزیت ها با ساختار نانو، مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، كامپوزیت  WC-9Co-0.7VC در دو حالت میكروساختار و نانوساختار  با استفاده از فرآیند پرس داغ سریع ساخته شده و سپس ریزساختار و خواص مكانیكی آن‌ها با یكدیگر مقایسه شده است. خواص مكانیكی كامپوزیتِ هاردمتالِ میكروساختار و نانوساختار از قبیل چگالی، سختی، چقرمگیِ شكست و استحكامِ شكستِ برشی اندازه‌گیری شد. تقریبا در تمام خواص و ویژگی‌های اندازه‌گیری شده، نمونه نانوساختار، نتایج بهتری را در مقایسه با نمونه میكروساختار از خود نشان داد. بررسی ساختار نمونه‌ها به‌كمك میكروسكوپ الكترونی روبشی، نشان داد كه كوچك شدن اندازه ذرات كاربید تنگستن به كمتر از nm 100 در نمونه نانوساختار، باعث ارتقا خواص شده است. مقدار سختی و استحكام شكست برشی متوسط در نمونه میكروساختار به‌ترتیب برابر با HV30 1310 و MPa 2604 است كه این مقادیر در كامپوزیت نانوساختار به‌ترتیب برابر با HV30 1743 و MPa 3138 است.  

WC-Co composite which is named hardmetal and has widespread application in excavation industry, usage of these composites with nano-structure, is concerned recent years. In this research, WC-9Co-0.7VC composite in two cases, microstructure and nanostructure, was made by rapid hot pressing process, and then their metallographic inspection and mechanical properties were compared with each other. Mechanical properties in micro-hardmetal and nano-hardmetal; such as, density, hardness, fracture toughness and transverse rupture strength were measured. Approximately, in all properties, nano-hardmetal had better results than micro-hardmetal.The microstructure of samples was checked out by using of scanning electron microscope. It seems that nanometer WC grains leads to this upgrade. In measurements, it turned out that, hardness and transverse rupture strength increased %33 and %21, respectively. Due to the application of this composite in oil and gas well drilling, nano-structures can improve function and working life of these tools.