On the Mechanics of Sintering of Hardmetal Powders

QC251125

Abstract

Pulvermetallurgi används vid tillverkning av vändskär för att uppnå de önskade materialegenskaperna. Volframkarbid, WC, blandat med ett metalliskt bindemedel, som exempelvis Kobolt, Co, är en vanlig hårdmetall att tillverka skär av. Vid storskalig produktion är pressning och sintring vanliga, och vid dessa tillverkningsprocesser sker en signifikant volymminskning. Under sintringssteget är möjligheten att påverka den slutgiltiga formen begränsad varför man redan vid pressning behöver ta hänsyn till den krympning som kommer att ske under sintringen. I denna avhandling kommer modellering av krympning under sintring att undersökas.

Den utvalda konstitutiva modellen kan fånga isotermiska delar av sintringsprocessen och har parametrar som går att anpassa för specifika pulversammansättningar. För att förenkla användningen av modellen utfördes en känslighetsanalys i Artikel A. Denna visade att när anpassningsbara parametrar ska justeras till en ny pulversammansättning kan vissa av de mindre känsliga hållas konstanta för att förenkla optimering.

Sintringens olika stadier undersöktes också i Artikel A. Modellen hade svårigheter att fånga krympningen både under den initiala fasen av sintring, samt i smältfassintringen. Det sistnämnda var förväntat, eftersom den konstitutiva modellen från början var specifikt utvecklad för fastfassintring.

För att begränsa osäkerheter vid modellutvärderingen utfördes alla experiment för en specifik sammansättning av WC-Co pulver. För att bättre representera det industriella förloppet vid skärtillverkning med detta pulver inkluderades även avdrivning (då pressmedlet avdunstar) i experimentet. Detta var inte inkluderat i den ursprungliga konstitutiva modellen, och effekten av avdrivningssteget i sintringsprocessen undersöktes experimentellt i Artikel B. Här visades att både krympningen och den slutgiltiga mikrostrukturen påverkas av att inte inkludera avdrivningen i sintringscykeln.

I Artikel C utfördes ytterligare experiment, både med dilatometer och i sintringsugn, för att vidareutveckla modellen. Kompletteringar gjordes både för att ta hänsyn till avdrivning i sintringens initiala fas, samt i smältfasen. Vidare undersöktes effekten av att förändra pulvrets initiala densitet, efter pressning. För att öka modellens robusthet användes olika sintringscykler vid framtagandet av modellens konstitutiva parametrar. Inflytandet av deviatorisk spänning justerades med hjälp av böjexperiment.

För verifiering av modellen jämfördes i Artikel D simuleringar med experiment för olika geometrier. Detta gjordes med två olika pressformar, som pressade samma mängd pulver, men till olika höjder. Dessa sintrades till olika temperaturer och mättes därefter. Kompakterings- och sintringsprocessen simulerades och jämfördes med experimentens resultat, med mycket god överensstämmelse. En sintringsugn användes, där en av sintringscyklerna efterliknande vad som används vid industriell sintring. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-373254