Breaking the hardness–toughness trade-off in WC–Co hardmetals: Introduction of dual-scale plate-like WC and modification of prediction models

材料科学 韧性 对偶(语法数字) 比例(比率) 冶金 艺术 物理 文学类 量子力学
作者
LU Zhong-chen,Wei Wang,Meiqin Zeng,Min Zhu
出处
期刊:International Journal of Refractory Metals & Hard Materials [Elsevier BV]
卷期号:108: 105910-105910 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ijrmhm.2022.105910
摘要

The hardness–toughness trade-off relationship is an essential challenge when creating high-performance WC–Co hardmetals. In this work, by combining plasma milling and low-pressure sintering, a dual-scale plate-like WC–8Co hardmetal is fabricated. The hardmetal simultaneously exhibits ultra-high strength (1701 kgf/mm 2 ) and fracture toughness (21.77 MPa*m 1/2 ), with bimodal grain size distributions of plate-like WC with average diameter of 1.1 μm and 1.4 μm, respectively. This breaks the normal trade-off relationship between the strength and the fracture toughness, which is because of the enhancement of crack propagation resistance owing to the synergetic effect of the plate-like WC and the bimodal grain structure. Existing models for hardness and fracture toughness prediction are invalid for WC–Co hardmetals with oriented plate-like WC grains. Modified models, based on the Lee-Gurland hardness model and the Ravichandran fracture toughness model, are developed by inducing factors R, which is the proportion of the WC(0001) plane in the indented plane, and can be determined by XRD analysis, to represent morphology features of WC. The modified models are universal and can reliably predict the hardness and fracture toughness of WC–Co hardmetals with both equiaxial and plate-like WC grains. • Dual scale plate-like WC breaks trade-off between hardness and toughness of WC-Co. • Hardness and fracture toughness simultaneous increase to extremely high for WC-8Co. • Morphologic feature of WC is induced to modify predicting hardness and toughness models. • The modified predicting models of hardness and toughness are universal for hardmetals.
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