Copper Infiltrated High Speed Steel Based Composites with Iron Additions

• Autorzy: Madej M.

Warianty tytułu

PL

Infiltrowane miedzią kompozyty na osnowie stali szybkotnącej z dodatkiem żelaza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High hardness, mechanical strength, heat resistance and wear resistance of M3/2 grade high speed steel (HSS) make it an attractive materiał for manufacture of valve train components [1,2]. In this application, the materiał must exhibit resistance to oxidation, high hot strength and hardness, and superior wear resistance. Metal matrix composites were produced by the infiltration techniąue. Since technological and economical considerations are eąually important, infiltration of high-speed steel based skeleton with liąuid cooper has proved to be a suitable technique whereby fully dense materiał is produced at Iow cost [l-=-5]. An ability to press and sinter to near net shape reąuires good compressibility of the powder. Even after annealing, tool steel powders can be pressed to only about 80% of the theoretical density by most commercial facilities. On sintering and infiltration, little or no shrinkage can be tolerated and so the necessary strength and toughness may be achieved without removal of the remaining porosity. A reasonable compromise between all of these reąuirements may be achieved by using mixtures of high speed steel powders with softer Iow alloy or pure iron powder. During sintering and infiltration of such mixtures, interdiffusion of both carbon and metallic alloying elements occurs. Infiltration is a process that has been practiced for many years. It is defined as''a process of filling the pores of a sintered or unsintered compact with a metal or alloy of a lower melting point" [6,7]. In the particular case of copper infiltrated iron and steel compacts, the base iron matrix, or skeleton, is heated in contact with the copper alloy to a temperaturę exceeding the melting point of copper, normally to between 1095 and 1150°C. Attempts have been madę to establish the influence of the production process parameters and amount of alloying additives, such as iron and electrolytic cooper, on the microstructure and mechanical properties of copper infiltrated HSS based composites.

PL

Nowoczesne metody wytwarzania stali szybkotnących i kompozytów na osnowie stali szybkotnących różnych gatunków oparte są na procesach metalurgii proszków. Kompozyty na osnowie stali szybkotnących to materiały odznaczające się dużą odpornością na zużycie cierne, wynikającą przede wszystkim z odporności na zużycie cierne stali szybkotnącej tworzącej osnowę kompozytów. Przez regulację liczby i udziału komponentów oraz ich wzajemnego oddziaływania można wpływać na strukturę i własności kompozytu, w celu uzyskania materiału o regulowanych własnościach, w szczególności o wysokiej odporności na zużycie cierne, dobrym przewodnictwie cieplnym, małym współczynniku tarcia i wysokich własnościach wytrzymałościowych. W artykule przedstawiono wyniki badań w zakresie wytwarzania i badania własności infiltrowanych kompozytów stal szybkotnąca - żelazo - miedź. Materiał badawczy stanowiły kształtki ze stali szybkotnącej gatunku M3/2 i stali szybkotnącej z dodatkiem 20% i 50% proszku żelaza gatunku NC 100.24. Porowate kształtki przeznaczone do infiltracji prasowano pod ciśnieniem 800 MPa, część z nich poddano spiekaniu w piecu próżniowym w temperaturze 1150°C przez 60 minut. Następnie porowate kształtki niespiekane i spiekane infiltrowano miedzią, metodą nakładkową w piecu próżniowym w temperaturze 1150°C przez 15 minut . Dodatek żelaza stosowano w celu oddziaływania na własności oraz obniżenia kosztów wytwarzania infiltrowanych kompozytów na osnowie stali szybkotnącej ze względu na niższą cenę proszku żelaza od proszku stali szybkotnącej. Dodatek proszku żelaza do proszku stali szybkotnącej powoduje zwiększenie zgęszczalności mieszanki, tym bardziej im większy jest dodatek żelaza. Gęstość kształtek M20Fe uległa nieznacznym zmianom podczas spiekania. Dodatek 50% Fe powoduje nieznaczne zwiększenie stopnia wypełnienia kapilar infiltrowanych kompozytów z wyprasek M50Fe w porównaniu do infiltrowanych kompozytów ze spieków M. Gęstość względna infiltrowanych komopozytów z wyprasek i spieków M20Fe jest nieznacznie mniejsza od gęstości względnej kompozytów z wyprasek i spieków M. Twardość infiltrowanych kompozytów z wyprasek i spieków M20Fe zmniejsza się ze wzrostem zawartości żelaza. Infiltrowane kompozyty z wyprasek mają mniejszą wytrzymałość na zginanie od kompozytów ze speków M20Fe i M50Fe, które odznaczają się większą wytrzymałością na zginanie od infiltrowanych kompozytów ze spieków M. Dodatek żelaza korzystnie wpływa na zwiększenie odporności na utlenianie infiltrowanych kompozytów z wyprasek M50Fe w podwyższonych temperaturach. Ubytek masy infiltrowanych kompozytów z wyprasek M20Fe podczas testu odporności na zużycie cierne jest nieznacznie mniejsze od ubytku masy infiltrowanych kompozytów z wyprasek M, natomiast ubytek masy infiltrowanych kompozytów ze spieków M20Fe i M50Fe jest większy w porównaniu do infiltrowanych kompozytów ze spieków M.

Słowa kluczowe

EN

high-speed steel; composites; sintering; infiltration

PL

stal szybkotnąca; kompozyty; infiltracja

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 4
• Strony: 1083--1091
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Madej M.

• University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering And Industrial Computer Science, 30-059 Kraków, 30 Mickiewicz Av., Polan

Bibliografia

• [1] G. Greetham, Development and performance on in-filtrated and non-infiltrated valve seat insert materials and their performance. Powder Metallurgy 3, 2, 112-114 (1990).
• [2] Rodrigo H. Palma, Tempering response of copper alloy-infiltrated Tl5 high- speed steel, The International Journal of Powder Metallurgy.
• [3] M. Madej, J. Leżański, Copper infiltrated high speed steel based composites, Archives of Metallurgy and Materials 50, 4, 871-877 (2005).
• [4] M. Madej, J. Leżański, The structure and proper-ties of copper infiltrated HSS based, Archives of Metallurgy and Materials 53, 3, 839-845 (2008).
• [5] C. S. Wright, The production and application of PM high-speed steels. Powder Metallurgy 3, 937-944 (1994).
• [6] J. Leżański, Infiltracja cieczy w porowatych materiałach. Metalurgia i Odlewnictwo, 118, (1988).
• [7] J. M. Torralba, Sinterability study of PM M2 and Tl5 HSS reinforced with tungsten and titanium carbides 36, 55-66 (1993).