Resumen de Numerical simulation of WC-Co hardmetal with microplane approach and realistic meshes

P. V. Sousa Machado, F. Caner, Emilio Jiménez Piqué, Luis Miguel Llanes Pitarch

• español

  Se puede utilizar análisis de elementos finitos para modelar el comportamiento de los metales duros a microescala y mejorar el rendimiento de las herramientas y superficies fabricadas con estos materiales. Para ello, se utilizan reconstrucciones tomográficas de la microestructura del WC-Co para construir mallas 3D reales, que capturan la verdadera naturaleza del material. Luego, se realizan simulaciones numéricas de micropilares en compresión y vigas con flexión de tres puntos con fisura utilizando modelos de microplanos definidos por separado para las fases de partículas y ligantes. El enfoque de microplano impone el equilibrio entre el tensor de tensión macroscópico y los vectores de tensión en diferentes planos de deformación inelástica en la microestructura utilizando el principio del trabajo virtual. Para el ligante cobalto, se utiliza el modelo de plasticidad J2 de microplano, en el que la integración de los vectores de deformación plástica obtenidos en planos de diferentes orientaciones en la microestructura utilizando la plasticidad J2 clásica produce el tensor de deformación plástica macroscópica. Para los carburos de tungsteno se emplea el modelo de microplano M7 recalibrado para adaptarse a su comportamiento mecánico. Se compara los resultados con experimentos de compresión de micropilares de muestras con diferentes contenidos de carburo de tungsteno. Además, se compara la energía de fractura obtenida en la simulación de flexión de tres puntos con datos experimentales. Se muestra buena concordancia entre simulaciones y datos experimentales.

• English

  Finite element analysis can be used to model the behavior of hard metals at microscale and enhance the performance of tools and surfaces made of these materials. To this end, tomography reconstructions of the microstructure of the WC-Co are used to build realistic 3D meshes, which capture the true nature of the material. Then, numerical simulations of micropillars in compression and three-point-bend beams with a crack are carried out using microplane models defined separately for particle and binder phases. The microplane approach impose the equilibrium between the macroscopic stress tensor and the stress vectors on different planes of inelastic deformation in the microstructure using the principle of virtual work. For the cobalt binder, it is used the microplane J2-plasticity model, in which the integration of the plastic strain vectors obtained on planes of different orientations in the microstructure using the classical J2-plasticity yields the macroscopic plastic strain tensor. For the tungsten carbides the microplane model M7 recalibrated to fit their mechanical behavior is employed. The results are compared with micropillar compression experiments of samples with different tungsten carbide contents. Moreover, the fracture energy obtained in the three-point-bend simulation is compared with experimental data from similar grade. It is shown good agreement between simulations and experimental data.