Metallurgical Characterization of a Weld Bead Coating Applied by the PTA Process on the D2 Tool Steel

Abstract In this investigation, a nickel-base powder mixed with tungsten carbide particles was applied by Plasma Transferred Arc welding (PTA) on the surface of the D2 cold work tool steel to improve surface quality and to extend its lifetime during applications. The Design of Experiment (DoE) method was applied to obtain the appropriate combination of hardfacing parameters and to run the minimum number of tests. Current, travel speed and preheat were considered as variable parameters. These parameters are important to reach a final layer with an appropriate bead geometry accompanied with good metallurgical properties. All samples were prepared for metallurgical investigations and the effect of process parameters on the weld bead geometry was considered. For each experiment run, weld bead geometry parameters were measured including dilution, penetration and reinforcement. Microstructures and the distribution of tungsten carbide particles after welding were analyzed by Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) equipped with an EDS microprobe. In addition, hardness tests were performed to evaluate the mechanical properties of the weld bead layers. Finally, among all the experiments, the best sample with appropriate bead geometry and microstructure was selected. Resumo Nesta investigação, uma mistura de pó a base de níquel com partículas de carboneto de tungstênio foi aplicada por Soldagem a Plasma com Arco Transferido (PTA), na superfície de um aço ferramenta trabalhado a frio D2, para melhorar a qualidade superficial e ampliar o tempo de vida durante as aplicações. Para obter a combinação de parâmetros de aplicação do revestimento apropriada e para executar um número mínimo de testes, foi aplicado o método de Desenho de Experimentos (DoE). Corrente, velocidade de soldagem e pré-aquecimento foram considerados como parâmetros variáveis. Estes parâmetros são importantes para alcançar uma camada final com uma geometria do cordão adequada acompanhada por boas propriedades metalúrgicas. Todas as amostras foram preparadas para investigações metalúrgicas e o efeito dos parâmetros de processo sobre a geometria do cordão de solda foi considerado. Para cada experimento, foram medidos as dimensões da geometria do cordão de solda, incluindo a diluição, penetração e reforço. Microestruturas e a distribuição das partículas de carboneto de tungstênio após a soldagem foram analisadas por Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura equi