Micro residual stresses in hard metals
Final Report Abstract
Ein mesoskopisches FE-Simulationsmodell für die Abkühlung der Hartmetalle für den Temperaturbereich von 1350 °C bis zu Raumtemperatur wurde entwickelt. Es werden die wesentlichen mechanischen und kinetischen Vorgänge im Realgefüge, basiert auf EBSD-Aufnahmen, abgebildet. • Das mechanische Verhalten der Binderphase wurde temperaturabhängig visko-plastisch isotrop modelliert. Die WC-Phase wurde elastisch unter der Berücksichtigung der thermo-mechanischen Anisotropie modelliert. • Der Einfluss der Wiederausscheidungen von Wolfram und Kohlenstoff wurden mithilfe der DICTRA-Datenbank im FE-Modell abgebildet. Der Eigenspannungszustand wurde sowohl mit als auch ohne Berücksichtigung der Wiederausscheidungen bestimmt. Die Spannungsmesswerte stimmen, unabhängig von der Abkühlrate, deutlich besser mit dem Modell, das die Wiederausscheidung einbezieht, überein. • Es wurden Neutronenbeugungsmessungen in zwei Hartmetallsorten, WC-7Co und WC- 20Co bei Temperaturen bis 1450 °C durchgeführt. Es wurde sowohl bei Abkühlung als auch beim Aufheizen bei unterschiedlichen Abkühl- bzw. Aufheizraten gemessen. Für die Auswertung der Eigenspannungen wurden Referenzmessungen an WC-Pulver bei hohen Temperaturen durchgeführt. • Die Simulation und die Neutronenbeugungsmessungen haben übereinstimmend gezeigt, dass die Abkühlgeschwindigkeit im Rahmen der üblichen Prozessgrenzen keinen signifikanten Einfluss auf den Eigenspannungszustand in WC-Co Hartmetall hat. • Der Binderanteil wurde als ein wichtiger Einflussfaktor auf die Eigenspannungen identifiziert. Die Druckeigenspannungen in der Karbidphase steigen mit dem Anteil der Binderphase. Die Simulation zeigt, dass mit höheren Druckspannungen lokal höhere Zugspannungen auftreten, die die Rissbildung begünstigen können. Der Unterschied zwischen WC-6Co und WC- 20Co liegt bei höheren Druckeigenspannungen in der Karbidphase bei Raumtemperatur für WC-20Co, dieser Unterschied beträgt ca. 150 MPa.
Publications
- Numerical Simulation of Residual Stresses in Hardmetals Using an Elastic-Viscoplastic Material Description, Proc. Int. Conf. World PM2016, Hamburg, 09.–13.10.2016, European Powder Metallurgy Association ISBN: 978-1-899072-48-4
W. Kayser, A. Bezold, G. Chen, C. Broeckmann, S. van Kempen, M. Boin
- EBSD based FEM Simulation of Residual Stresses in WC 6 wt% Co hardmetal, Proc. Int. Conf. on Refractory Metals and Hard Materials 19. Plansee-Seminar, Reutte/Österreich, 29.05.- 02.06.2017, Plansee Group
W. Kayser, A. Bezold, C. Broeckmann
- EBSD-based FEM simulation of residual stresses in a WC6wt.-%Co hardmetal, In: International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 73 (2018), S. 139-145
W. Kayser, A. Bezold, C. Broeckmann
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.12.035) - Einflussfaktoren auf den Eigenspannungszustand in Hartmetall, Dissertation, RWTH Aachen, 2019, ISBN 978-3-8440-7017-0
W. Kayser
(See online at https://dx.doi.org/10.18154/RWTH-2019-10477) - Numerical investigation of the WC re-precipitation impact on the residual stress state in WC 20wt-%Co hardmetal. In: International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 84 (2019), S.105003
W. Kayser, S. v. Kempen, A. Bezold, M. Boin, R. Wimpory, C. Broeckmann
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.105003)
