Modelización computacional del metal duro WC-Co considerando orientación de grano y anisotropía elástica a partir de tomografía FIB

Abstract

En aquest estudi, es busca simular la microestructura del metall dur WC-Co, considerant l’orientació dels grans i l’anisotropia del WC. Per a això, és necessari crear una malla del material amb cada gra identificat de manera independent i, a més, afegir un comportament anisotròpic al model utilitzat en la simulació. Partim d’imatges obtingudes mitjançant FIB/SEM (Focused Ion Beam/Microscopi electrònic de rastreig) i analitzades per EBSD (Difracció d’Electrons Retrodispersats) de dos graus diferents. Cada grau del material es caracteritza per a comprovar que la reconstrucció s’hagi fet correctament. Utilitzem la base del model de microplans M7WC per a simular la geometria, afegint-li anisotropia a diversos dels seus paràmetres i ajustant-los a les dades experimentals. S’aconsegueix caracteritzar correctament cada grau i, per tant, es valida la reconstrucció. A més, s’afegeix anisotropia al model M7WC i s’ajusta a les dades experimentals per a controlar l’orientació dels grans. Finalment, es genera una malla a partir de la reconstrucció per a simular diferents sol·licitacions mecàniques en la microestructura. S’utilitza el model M7WC amb l’anisotropia implementada i amb la possibilitat de controlar l’orientació de cada gra.

En este estudio, se busca simular la microestructura del metal duro WC-Co, considerando la orientación de los granos y la anisotropía del WC. Para ello, es necesario crear una malla del material con cada grano identificado de forma independiente y, además, añadir un comportamiento anisotrópico al modelo utilizado en la simulación. Partimos de imágenes obtenidas mediante FIB/SEM (Focused Ion Beam/Microscopio Electrónico de Barrido) y analizadas por EBSD (Difracción de Electrones Retrodispersados) de dos grados distintos. Cada grado del material se caracteriza para comprobar que la reconstrucción se haya hecho correctamente. Utilizamos la base del modelo de microplanos M7WC para simular la geometría, añadiéndole anisotropía a varios de sus parámetros y ajustándolos a los datos experimentales. Se logra caracterizar correctamente cada grado y, por lo tanto, se valida la reconstrucción. Además, se añade anisotropía al modelo M7WC y se ajusta a los datos experimentales para controlar la orientación de los granos. Finalmente, se genera una malla a partir de la reconstrucción para simular distintas solicitaciones mecánicas en la microestructura. Se utiliza el modelo M7WC con la anisotropía implementada y con la posibilidad de controlar la orientación de cada grano.

In this study, the aim is to simulate the microstructure of WC-Co hard metal, considering the orientation of the grains and the anisotropy of WC. For this purpose, it is necessary to create a mesh of the material with each grain identified independently and, in addition, to add an anisotropic behavior to the model used in the simulation. We start from images obtained by FIB/SEM (Focused Ion Beam/Scanning Electron Microscope) and analyzed by EBSD (Electron Backscattered Diffraction) of two different grades. Each grade of the material is characterized to check that the reconstruction has been done correctly. We use the basis of the M7WC microplane model to simulate the geometry, adding anisotropy to several of its parameters and adjusting them to the experimental data. Each degree is correctly characterized and, therefore, the reconstruction is validated. In addition, anisotropy is added to the M7WC model and fitted to the experimental data to control the orientation of the grains. Finally, a mesh is generated from the reconstruction to simulate different mechanical stresses on the microstructure. The M7WC model is used with the anisotropy implemented and with the possibility of controlling the orientation of each grain.