Lauter, L. (2006). Einfluss von Dotierungselementen auf das Gefüge und die Eigenschaften von WC-Co-Hartmetallen [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/185071
Carbide wie TaC, VC und Cr3C2 sind industriell gängige Zusätze, welche das Kornwachstum und die Gleichmäßigkeit des Gefüges in WC/Co-Hartmetallen und deren Eigenschaften stark beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen von verschiedenen Dotierungscarbiden sowohl einzeln als auch in bestimmten Kombinationen auf das Gefüge sowie auf die magnetischen und physikalischen Eigenschaften von WC-10wt% Co Feinstkorn-Hartmetalle untersucht. Dazu wurde im ersten Teil der Arbeit zunächst die maximale Löslichkeit der Einzeldotierungen mit Cr3C2, VC, TaC bzw. Mo2C sowie der Kombinationen Cr3C2 + VC, Cr3C2 + TaC, VC + TaC sowie der Dreifachdotierung Cr3C2 + VC + TaC bei 1400°C in Abhängigkeit vom Kohlenstoff-Gehalt der Legierung mittels Hochleistungs-Elektronenstrahlmikroanalyse mit Hilfe eigens hergestellter Standardlegierungen bestimmt. Weiters wurden unter gleichen Bedingungen die Auswirkungen der Dotierungscarbide auf die Reaktivität des Cobalts gegenüber heißgepresstem WC untersucht. Unter Anwendung dieser Erkenntnisse wurden WC-10wt% Co Hartmetalle mit hoher sowie niedriger Kohlenstoff-Einstellung hergestellt, deren Gehalt an Dotierungscarbiden knapp unterhalb der maximalen Sättigungslöslichkeit lag. Die Legierungsansätze wurden bei 1430°C gesintert, wobei auch eine Untersuchung hinsichtlich der zeitlichen Aktivität der Kornwachstumsinhibitoren vorgenommen wurde. Weiters wurden der Einfluss höherer Sintertemperaturen auf das Gefüge und die Eigenschaften der Hartmetalle sowie die Auswirkungen von verschieden hohen Anteilen an Recyclingpulver als Rohmaterial geprüft. Neben der Bestimmung der magnetischen Sättigung sowie der Koerzitivfeldstärke erfolgte die Charakterisierung des Einflusses der Dotierungen auf die Eigenschaften mittels Vickershärte- und Risszähigkeitsmessungen nach Palmqvist an Proben quadratischer Geometrie sowie durch Biegebruchuntersuchungen an geschliffenen Rundstäben. Dabei zeigte sich, dass für manche Dotierungskombinationen gleichzeitig hohe Werte für die Biegefestigkeit als auch für den Weibull-Parameter, der ein Maß für die Zuverlässigkeit des Werkstoffs darstellt, erhalten wurden. So betrug beispielsweise die Biegefestigkeit für die Dreifachdotierung mit niedriger Kohlenstoff-Einstellung fast 4700N/mm2 (4,7GPa) bei einem beachtlichen Weibull-Faktor von 59,4. Die Eigenschaften wurden in Relation zur mit Hilfe der Linear Intercept Methode bestimmten mittleren Korngröße betrachtet.
Carbides like TaC, VC und Cr3C2 are commonly used additives, which strongly influence the grain growth and the homogeneity of the microstructure of WC-Co hardmetals. In the present work the effect of various doping carbides added individually as well as in certain combinations on both microstructure and the magnetic and physical properties of WC-10wt% Co submicron hardmetals was investigated. In the course of the first part of the work the saturation concentration of the individual doping carbides Cr3C2, VC, TaC and Mo2C and combinations of Cr3C2 + VC, Cr3C2 + TaC, VC + TaC as well as of the combination Cr3C2 + VC + TaC at a temperature of 1400°C were analysed by high-performance electron beam microprobe analysis as a function of high and low carbon content. Under similar conditions the influence of doping carbides on the reactivity of Co towards WC was investigated by WC/Co diffusion couples. These results were used to prepare doped WC-10wt% Co hardmetals with high and low carbon content, respectively, at which the concentration of the dopants was closely below saturation to avoid precipitations. These specimens were sintered for different periods at 1430°C to determine the temporal activity of the various doping carbides. In addition, the effect of higher sintering temperatures and the use of various contents of recycled powder as raw material on grain growth and properties was studied. Sample analysis contained determination of the magnetic saturation, coercivity and determination of mechanical properties like Vickers hardness and Palmqvist fracture toughness of quadratic specimens and bending strength of ground rods. Some combinations of dopants showed simultaneously high values of bending strength and Weibull-parameter, which is measure of reliability of the material. For instance the ternary doping featured at low carbon content a bending strength of nearly 4700N/mm2 (4,7GPa) with a remarkable Weibull-parameter of 59,4. The properties of the hardmetals were related to their mean WC-grain size which was determined by Linear Intercept method.
