Investigating the Effect of Tungsten Element on the Microstructure and Mechanical Properties of Fe-C-Ni Hard Coating

Subject Areas :

Adel Mosadeghian ¹ , hamid nazemy ² , Mohammadreza Khanzadeh Gharahshiran ³ , Mansor SadeghiNasb ⁴

1 - Master of Material Engineering, Center for Advanced Engineering Research, Majlesi Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran.
2 - Assistant Professor, Center for Advanced Engineering Research, Majlesi Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran.
3 - Associate Professor, Center for Advanced Engineering Research, Majlesi Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran.
4 - PhD Student of Material Engineering, Shahreza Branch, Islamic Azad University, Shahreza, Iran.

Received: 2020-10-30 Accepted : 2021-02-21 Published : 2021-06-22

Keywords: Tungsten Carbide, Welding Coating, Hardness Testing,

Abstract :

In this paper, the effect of tungsten element on microstructure and mechanical properties of Fe-C-Ni hard coating was investigated. Two hard coating electrodes were made with 10 and 30 gr of tungsten powder. The microstructure of the welding metals included fine carbides in the area of ​​needle martensite and residual austenite. Electron microscopy studies showed that there were very fine cracks in the weld metal martensitic phase with 10 gr of tungsten but these microscopic cracks were not found in weld metal with 30 gr of tungsten. The results of the EDS analysis showed that the amount of soluble tungsten element in the austenite phase of both welding metals is high. This amount in weld metal with 30 gr of tungsten was about 3.66% higher than the weld metal with 10 gr of tungsten. The results of the XRD analysis showed that the phases present in the weld metal with 10 gr of tungsten included martensite, austenite and W2C carbide, but in the weld metal with 30 gr of tungsten in addition to these phases also iron oxides were observed. The results of hardness test showed that the average hardness of weld metal with 10 gr of tungsten is 42.5 RC and the average hardness of welding metal with 30 gr of tungsten is 49.6 RC.

References:

[1] ا. کوکبی، تکنولوژی جوشکاری، چاپ ششم. انتشارات آزاده. 1392.

 

[2] ح. ثابت، ش. خیراندیش، ش. ا. میردامادی و م. گودرزی، "بررسی ریزساختار و مشخصات کاربیدهای (Cr,Fe)₇C₃ در آلیاژ هایپریوتکتیک روکش سخت پایه Fe-Cr-C"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 5، شماره 1، صفحه 34-21، 1390.

 

[3]  J. Yang et al., "Microstructure and wear resistance of the hypereutectic Fe–Cr–C alloy hardfacing metals with different La2O3 additives", Appl. Surf. Sci., vol. 289, pp. 437–444, 2014.

 

[4] ح. ثابت، "اثر نسبت Cr/C بر ریزساختار و عمرخستگی حرارتی آلیاژ روکش سخت پایه Fe-Cr-C"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 2، صفحه 63-45، 1395.

 

[5]M. Kirchgaßner, E. Badisch & F. Franek, "Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact", Wear, vol. 265, no. 5–6, pp. 772–779, 2008.

 

[6]Y. Fei & E. Brosh, "Experimental study and thermodynamic calculations of phase relations in the Fe–C system at high pressure", Earth and Planetary Science Letters, vol. 408, pp. 155-162, 2014.

 

[7]M. Gouné, F. Danoix, S. Allain & O. Bouaziz, "Unambiguous carbon partitioning from martensite to austenite in Fe–C–Ni alloys during quenching and partitioning", Scripta Materialia, vol. 68, pp. 1004-1007, 2013.

 

[8]A. Rohrbach, S. Ghosh, M. W. Schmidt, C. H. Wijbrans & S. Klemme, "The stability of Fe–Ni carbides in the Earth's mantle: evidence for a low Fe–Ni–C melt fraction in the deep mantle", Earth and Planetary Science Letters, vol. 388, pp. 211-221, 2014.

 

[9] ح. ثابت، س. ر. امیرآبادی زاده، م. صادقی و ن. میرزا محمّد، "بررسی ریزساختار و مقاومت به سایش لایه رویه سخت پایه Fe-C-Nb بر روی فولاد ساده کربنی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 3، شماره 3، صفحه 50-43، 1388.

 

[10] م. محمّدی خواه، ح. ثابت، ن. میرزا محمّد، ا. هادی زاده، س. محرابیان و س. شکیب، "بررسی ریزساختار و مقاومت به سایش خراشان خشک و مرطوب لایه روکش سخت پایه Fe-C-B بر روی فولاد ساده کربنی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 6، شماره 1، صفحه 96-89، 1391.

 

[11]Y. Zhou, Y. Yang, J. Yang, P. Zhang, X. Qi, X. Ren, et al., "Wear resistance of hypereutectic Fe–Cr–C hardfacing coatings with in situ formed TiC", Surface Engineering, vol. 29, pp. 366-373, 2013.

 

[12] م. محمّدی خواه، ح. ثابت، ع. شکوه فر، س. محرابیان و ا. هادی زاده، "بررسی و مقایسه ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش لایه‌های سخت کامپوزیتی ایجاد شده به روش جوشکاری FCAW حاوی ذرات TiC و TiCN بر روی فولاد ساده کربنی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 4، شماره 1، صفحه 31-21، 1389.

 

[13] ع. بهرامی، ک. امینی و ح. ثابت، "تأثیر نوع الکترود و تعداد پاس بر خواص سایشی و ریزساختار روکش ایجاد شده به روش زیر پودری بر روی فولاد کم آلیاژ 42CrMo4"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 116-99، 1394.

 

[14] Y. Kathuria, "Nd–YAG laser cladding of Cr3C2 and TiC cermets", Surface and Coatings Technology, vol. 140, pp. 195-199, 2001.

 

[15] H. Zhang, Y. Zou, Z. Zou & D. Wu, "Microstructure and properties of Fe-based composite coating by laser cladding Fe–Ti–V–Cr–C–CeO2 powder", Optics & Laser Technology, vol. 65, pp. 119-125, 2015.

 

 [16]A. Standard, "E3, Standard guide for preparation of metallographic specimens", West Conshohecken, PA ASTM Int., 2001.

 

[17]E. ASTM, "18; Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials", Annu. B. ofASTM Stand., pp. 118–130, 2003.

[18]K. Herrmann, "Hardness testing: principles and applications", ASM International, 2011.

[19] م. گلعذار، "اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها"، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.