Processing and characterisation of cermet/hardmetal laminates with strong interfaces

Cemented carbides and cermets are potential materials for high speed machining tools. However, cemented carbides are not chemically stable at high temperature and cermets present poor fracture toughness. Novel cermet/hardmetal multilayer systems show a huge potential for this intended application. It would be possible to achieve the right balance of the required thermomechanical properties using cermet as temperature protective outer layers and hardmetal as reinforcement layers. In this work, preliminary results on the microstructural and mechanical characterisation of a multilayer TiCxN1-x-Co/WC-Co composite densified by hot pressing are presented, with special attention to the properties of the interface. Microstructural observations revealed the existence of strong bonding interfaces between cermet and hardmetal layers due to chemical interaction during the sintering process. As a consequence, owing to the different coefficient of thermal expansion between cermet and hardmetal, a tensile and compressive biaxial residual stress of σres,Cermet≈+260±50MPa and σres,WC-Co≈-350±70MPa was estimated in the corresponding layers. Microindentation cracks introduced in the cermet layers (the less toughness material) and propagated transversely to the layers were arrested at the interface, showing the combined effect of toughness and compressive stresses on crack shielding.Gobierno de España No. MAT2011-22981Junta de Andalucía No. P12-TEP-262

Diseño, fabricación y ensayo de materiales laminados basados en el metal duro con propiedades mecánicas mejoradas

Los metales duros (WC-Co) y cermets son materiales muy usados como materiales de herramientas. Sin embargo, los WC-Co presentan pérdidas de propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, mientras que la fragilidad elevada de los segundos compromete su empleo en este tipo de aplicaciones. El uso de materiales con función gradiente y laminados se plantean como una potencial solución. En este trabajo se fabrican distintos tipos de diseños de laminados (WC-Co/WC-Co y Cermet/WC-Co), que permiten alcanzar los equilibrios de comportamiento tribomecánico y termo-mecánico deseados. En este contexto, se realiza la caracterización macroestructural (homogeneidad e integridad estructural de las capas) y microestructural (composición química, análisis de fases, fenómenos de difusión en las intercaras). La caracterización mecánica incluye la resistencia a flexión y la tenacidad de fractura, así como la resistencia al rayado. Los resultados se discuten en el marco de la mecánica de la fractura elástica lineal, los mecanismos de aumento de tenacidad (desvío y bifurcación de las grietas) y la presencia de un umbral de resistencia mecánica asociado a la distribución de tensiones de compresión y tracción en los laminados diseñados y fabricados en este trabajo.Junta de Andalucía P12-TEP-262

Diseño, procesamiento y caracterización de laminados de tipo CERMET/WC-CO y WC-CO/WC-CO para aplicaciones de herramientas

Las herramientas para mecanizado de alta velocidad están sometidas a condiciones de servicio extremas y variables, requiriéndose el desarrollo de materiales con composiciones y microestructuras que varíen localmente (función gradiente) según la aplicación. En este trabajo, se presenta un novedoso diseño multicapa con forma de prisma basado en la disposición alternada de capas de cermet y metal duro. Las capas externas de cermet confieren resistencia a la oxidación y al desgaste, mientras que las de WC-Co aportan una mejora de la tenacidad de fractura y de la resistencia a la propagación de grietas. El material laminado debe combinar las capas a distinto estado tensional (tracción o compresión). Se han estimado dos distribuciones de tensiones posibles en el laminado (σR (WC-Co) = -742 MPa y σR (Cermet) = 82,5 MPa) y (σR (WC-Co) = -666 MPa y σR (Cermet) = 166 MPa). Las tensiones de compresión de las capas tenaces y la fuerte intercara actúan como barrera contra la propagación de los defectos presentes o generados en la capa externa.Cutting tools used for high-speed machining are subjected to extreme and variable operating conditions, which requires the development of materials with compositions and microstructures that change locally depending on the application (gradient function). In this work, we propose a novel multilayer design in the shape of prism, based on the alternate arrangement of cermets and hard metals layers. The cermet outer layers provide oxidation and wear resistance, while WC-Co layers improve fracture toughness and crack propagation resistance. The laminate must combine the layers at different stress state (tensile or compressive stress). We calculated two possible stress distributions (σR (WC-Co) = -742 MPa y σR (Cermet) = 82,5 MPa) and (σR (WC-Co)= -666 MPa y σR (Cermet)= 166 MPa). The compression stress acts as a barrier to the propagation of the existing or created defects on the external cermet layers