Study of the mechanical and tribological properties of carbide tungsten base materials

Ce travail cherche à étudier la microstructure, les propriétés mécaniques et tribologiques de deux types de WC-Co déposés sur un acier SAE 1045. Les caractérisations microstructurale et mécanique ont été menées pour relier la morphologie, la rugosité, la dureté, la ténacité à la rupture et les contraintes résiduelles aux performances tribologiques. Des essais d'indentation conventionnelle et instrumentée sont réalisés pour déterminer la dureté et le module d'élasticité. La diffraction X a été utilisée pour déterminer les contraintes résiduelles en surface et la technique du trou incrémentaI pour leur répartition dans l'épaisseur. Les résultats indiquent des contraintes résiduelles plutôt de compression à la surface et la technique du trou révèle que la répartition des contraintes n'est pas uniforme dans l'épaisseur. Le revêtement WC-10Co-4Cr a des contraintes résiduelles de compression alors que, dans le revêtement WC-12Co, elles sont de traction. Des essais d'érosion à sec ont été menés selon la norme ASTM G-76 et avec des angles d'attaque de 30 et 90°. Nous avons trouvé que le taux d'érosion est plus élevé lorsque l'angle d'impact est de 90°. Une combinaison des types d'usure, fragile et ductile, a été observée. Les résultats indiquent que pour le matériau massif de WC-Co, plus le libre parcours moyen d'agglomérat est faible plus le taux d'usure est faible. De plus, il a été déterminé que le revêtement WC-10Co-4Cr présente une résistance à l'usure élevée due à la faible quantité de phase fragile présente W2C et des valeurs de contraintes résiduelles de compression élevées comparativement au revêtement WC-12Co.The present investigation is conducted to determine the microstructural, mechanical and tribological features of two different WC-Co systems deposited onto SAE 1045 steel. Microstructural and mechanical characterization was carried out in order to relate their morphology, roughness, hardness, fracture toughness and residual stresses to their tribological performance. Both conventional and instrumented indentation tests were also carried to measure hardness and elastic modulus. X-ray diffraction techniques were used to determine the surface residual stresses and the incremental hole drilling technique for their repartition through the thickness. The results indicate that both the bulk samples and the coatings exhibit compressive residual stresses on the surface and the hole-drilling technique indicates that the profile is not uniform. The WC-10Co-4Cr coatings displays compressive residual stresses, whereas the WC-12Co coating presents tensile residual stresses. Dry erosion tests according to the ASTM G-76 standard were carried out at 30° and 90° angle of impingement. The erosion rate for both coated systems was higher when the erosion test was carried out at an angle of 90°, and a combination between brittle and ductile wear type mechanisms was observed. The results also indicate that the bulk WC-Co materials with lower the mean free path of binder exhibited the lower mean rate erosion wear. Also, it was determined that the WC-10Co-4Cr coating presented a highest erosive wear resistance as consequence of both a smaller W2C brittle phase content and a higher through-thickness residual compressive stresses values, when compared to the WC-12Co coating