Original Article

Manufacturing of WC-17Co 3D-objects by Laser Powder Bed Fusion followed by heat-treatment

Fabrication d'objets 3D à partir de poudre de WC-17Co par procédé de fusion laser sur lit de poudre suivi d'un traitement thermique

¹ University of Lyon, École Centrale de Lyon – ENISE, LTDS, UMR CNRS 5513, Saint-Étienne, France
² Mines Saint-Étienne, Univ Lyon, CNRS, UMR 5307 LGF, Centre SMS, 42023 Saint-Étienne, France
³ Technogenia, Saint-Jorioz, France

^* e-mail: kevin.papy@ec-lyon.fr

Received: 26 September 2022
Accepted: 2 May 2023

Abstract

Conventional tungsten carbide (WC) cermet parts containing a cobalt matrix phase are generally produced via powder sintering. In this study it is shown that cermet parts can also be produced by laser powder bed fusion from WC-17Co powder precursor. Optimal process parameters were found for manufacturing without preheated building plate. Micro-structural analysis revealed noteworthy porosity fraction (1.41%) as well as the presence of small-scale cracks in the as-built specimens. It is further shown that most of these defects can be eliminated by heat treatment at ambient pressure or by hot isostatic pressing. Heat treatment also led to the dissolution of the fragile W₂C phase. Hardness test results indicate that the performance of the AM parts was comparable to that of a reference produced via powder sintering. The work is a successful demonstration of manufacturing of cermet parts using laser powder bed fusion.

Résumé

Les pièces conventionnelles en carbure de tungstène (WC) contenant un liant cobalt sont généralement produites par procédé de frittage conventionnel. Cette étude montre que les pièces en cermet peuvent également être produites par fusion laser sur lit de poudre à partir de poudre de WC-17Co. Les paramètres optimaux du processus ont été trouvés pour la fabrication sans utilisation de plateau chauffant. L’analyse microstructurale a révélé une fraction de porosité notable (1,41 %) ainsi que la présence de petites fissures dans les spécimens tels que construits. Il est également démontré que la plupart de ces défauts peuvent être éliminés par un traitement thermique à la pression ambiante ou par un pressage isostatique à chaud. Le traitement thermique a également entraîné la dissolution de la phase W2C fragile. Les résultats des essais de dureté indiquent que les performances des pièces obtenues par procédé de fabrication additive sont comparables à celles produite par frittage conventionnel. Les résultats démontrent la fabrication de pièces de cermet par fusion laser sur lit de poudre.