Dry sliding characterization of WC-Co dies for cold forging of steel fasteners

A series of literature searches, field tests and laboratory tests have been carried out and reported here in order to study and characterize the response of enriched WC-Co grades as cold working dies and compare it to the standard WC-Co grades one. Chemical and metallurgical analysis of enriched die are presented together with the results of a series of corrosion related tests. Then, dies made of enriched grades have been tested by a customer in real working conditions, in order to compare their behavior with reference dies. To further study and compare standard and enriched grades in a more controlled environment, an analysis based on computer simulations of the specific cold working process (upsetting) have been carried out. This analysis allowed the obtainment of some key process parameters such as speed, maximum stresses and maximum temperatures which have then been used as ideal ones in laboratory dry sliding test, which are the argument of the last part of this work. These tests have been carried out comparing the behavior of standard upsetting WC-Co grade vs. a non-commercial enriched version. The effect of two different frequencies has been investigated and all tests have been performed twice for data-repeatability purpose, for a total of 8 different combinations and dry sliding tests. The presented results include online recorded friction coefficient curves, stereoscope images of both pins and tracks, metallographic microscope images of the latter and wear volumes.

Una serie di ricerche in letteratura, prove sul campo e prove in laboratorio sono state compiute con l’obiettivo di studiare e caratterizzare la risposta di gradi di metallo duro WC-Co arricchiti nell’utilizzo come matrici per lo stampaggio a freddo, e di comparare poi i risultati ottenuti con quelli dei gradi standard normalmente utilizzati per questo tipo di applicazioni. Vengono presentati i risultati delle analisi chimiche e metallurgiche eseguite su una matrice in metallo duro arricchito, insieme a quelli relativi a una serie di test atti a determinare se le aggiunte in queste matrici si limitano a proteggere il materiale dalla corrosione oppure se vanno oltre. A questo punto, una serie di matrici sono state sinterizzate utilizzando i gradi arricchiti e testate da un cliente nelle reali condizioni di lavoro. Questo è stato fatto per ottenere dati utili a un confronto con una matrice di riferimento. Per uno studio più approfondito e per poter confrontare il comportamento dei gradi standard e arricchiti in un ambiente più controllato, un’analisi dello specifico processo di stampaggio a freddo (intestatura) è stata condotta avvalendosi di simulazioni al computer di cui qui si presentano i risultati. Quest’analisi ha permesso l’ottenimento di alcuni parametri chiave relativi al processo come la velocità, lo sforzo massimo nel materiale e la massima temperatura raggiunta, che sono poi stati usati come parametri ideali verso cui tendere nei test in laboratorio, che sono l’argomento dell’ultima parte di questo lavoro. Per questi test ci si è avvalsi del tribometro disponibile in laboratorio e la risposta sia di gradi standard sia di gradi arricchiti è stata valutata. L’effetto di due diverse frequenze di rotazione è stato analizzato e ogni prova è stata ripetuta due volte per permettere una conferma nella riproducibilità dei dati ottenuti, per un totale di 8 differenti combinazioni e relativi test. I risultati presentati includono le curve del coefficiente d’attrito, immagini allo stereoscopio sia delle balls che delle tracce, ulteriori immagini al microscopio metallografico di queste ultime e i volumi d’usura calcolati.