Estudo da microestrutura e das propriedades do metal duro WC- (Fe-Nb/NbH-C) obtido por moagem de alta energia e spark plasma sintering

The search for alternative binders for hardmetals, also called cemented carbides, has moved the scientific community. Alternative Fe-based binders have been widely studied and used in selected applications. An unprecedented addition to this ligand would be the use of niobium, a metal of high glob...

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Päätekijä: Tavares, Matheus de Medeiros
Muut tekijät: Gomes, Uilame Umbelino
Aineistotyyppi: doctoralThesis
Kieli:pt_BR
Julkaistu: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Aiheet:
Metais duros
Ligantes alternativos
Sinterização
Nióbio
SPS
Linkit:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48224
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Tavares, Matheus de Medeiros
Estudo da microestrutura e das propriedades do metal duro WC- (Fe-Nb/NbH-C) obtido por moagem de alta energia e spark plasma sintering
description The search for alternative binders for hardmetals, also called cemented carbides, has moved the scientific community. Alternative Fe-based binders have been widely studied and used in selected applications. An unprecedented addition to this ligand would be the use of niobium, a metal of high global interest, few explored and abundant in Brazilian territory. This work aims to investigate the properties of the Fe-Nb/NbH-C system, using it as an alternative binder to produce WC-(Fe-Nb/NbH-C) cemented carbides. For this purpose, high energy ring and planetary milling techniques were used, using controlled atmosphere sintering and spark plasma sintering (SPS) techniques in a sintering temperature range from 1150ºC to 1450ºC. To evaluate the composition, microstructure and properties, the ThermoCalc software was used, in addition to the XRD, MO, SEM, WDS, density, Vickers hardness and fracture toughness techniques. The preliminary results pointed to planetary mill as the most efficient method for homogenization and particle size reduction, resulting in samples with better mechanical properties. Controlled atmosphere sintering for this application proved to be unfeasible, on the other hand, spark plasma sintering proved to be an efficient method for the production of densified samples. The sintering temperature of 1250ºC provided the best microstructure and properties results for all SPS processing conditions. Replacing Nb for NbH, it was possible to obtain samples with more homogeneous and densified microstructure by reducing the size of the niobium particles, absence of eta phase, and a remarkable microstructural gradient formation, as well as hardness values of up to 1620Hv, meaning an increase of approximately 15% in relation to pure niobium compositions.
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Tavares, Matheus de Medeiros
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This work aims to investigate the properties of the Fe-Nb/NbH-C system, using it as an alternative binder to produce WC-(Fe-Nb/NbH-C) cemented carbides. For this purpose, high energy ring and planetary milling techniques were used, using controlled atmosphere sintering and spark plasma sintering (SPS) techniques in a sintering temperature range from 1150ºC to 1450ºC. To evaluate the composition, microstructure and properties, the ThermoCalc software was used, in addition to the XRD, MO, SEM, WDS, density, Vickers hardness and fracture toughness techniques. The preliminary results pointed to planetary mill as the most efficient method for homogenization and particle size reduction, resulting in samples with better mechanical properties. Controlled atmosphere sintering for this application proved to be unfeasible, on the other hand, spark plasma sintering proved to be an efficient method for the production of densified samples. The sintering temperature of 1250ºC provided the best microstructure and properties results for all SPS processing conditions. Replacing Nb for NbH, it was possible to obtain samples with more homogeneous and densified microstructure by reducing the size of the niobium particles, absence of eta phase, and a remarkable microstructural gradient formation, as well as hardness values of up to 1620Hv, meaning an increase of approximately 15% in relation to pure niobium compositions. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A busca por ligantes alternativos para metais duros, também chamados de carbetos cementados, tem movimentado a comunidade científica. Ligantes alternativos a base de ferro vêm sendo amplamente estudados e utilizados em aplicações selecionadas. Uma inédita adição a esse ligante seria a utilização de nióbio, um metal de alto interesse global, pouco explorado e abundante em território brasileiro. Diante desse cenário, este trabalho tem como objetivo investigar as propriedades do sistema Fe-Nb/NbH-C, utilizando-o como ligante alternativo na produção do metal duro WC-(Fe-Nb/NbH-C). Para tanto, foram utilizadas as técnicas de moagem de alta energia em moinhos de anéis e planetário, e posterior sinterização em atmosfera controlada e spark plasma sintering (SPS) em uma faixa de temperatura de sinterização de 1150ºC a 1450ºC, para a consolidação dos compósitos. Para avaliar a composição, microestrutura e propriedades, foi utilizado o software ThermoCalc, além das técnicas de DRX, MO, MEV, WDS, densidade, dureza vickers tenacidade à fratura. Os resultados preliminares desse estudo apontaram a moagem em moinho planetário como método mais eficiente para homogeneização e redução de tamanho de partículas, refletindo em amostras com melhores propriedades mecânicas. A sinterização em atmosfera controlada para essa aplicação mostrou-se inviável, por outro lado, a sinterização por spark plasma sintering demonstrou ser um método eficiente para a produção de amostras densificadas. A temperatura de sinterização de 1250ºC proporcionou os melhores resultados de microestrutura e propriedades para todas as condições de processamento por SPS. Com a substituição de Nb por NbH, foi possível a obtenção de amostras com microestruturas mais homogêneas e densas pela redução do tamanho das partículas de nióbio, ausência de fase eta, e uma notável formação gradiente microestrutural, bem como, valores de dureza de até 1620Hv, significando um aumento de aproximadamente 15% em relação às composições de Nb puro. 2022-06-16T00:04:36Z 2022-06-16T00:04:36Z 2022-05-16 doctoralThesis TAVARES, Matheus de Medeiros. Estudo da microestrutura e das propriedades do metal duro WC- (Fe-Nb/NbH-C) obtido por moagem de alta energia e spark plasma sintering. 2022. 89f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48224 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

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