Kompozyty na osnowie stali szybkotnącej wytwarzane metodą SPS

• Autorzy: Madej Marcin , Leszczyńska-Madej Beata , Garbiec Dariusz

Warianty tytułu

EN

High speed steel matrix composites fabricated by spark plasma sintering

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury spiekania w zakresie 900–1000°C na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów na osnowie stali szybkotnącej M3/2 z 50% dodatkiem wagowym żelaza wytworzonych metodą spiekania iskrowo-plazmowego. Proszek stali szybkotnącej gatunku M3/2 oraz proszek żelaza gatunku NC 100.24 mieszano w mieszalniku Turbula T2F. Przygotowane mieszaniny proszków spiekano z wykorzystaniem urządzenia HP D 25–3. W efekcie spiekania metodą SPS uzyskano kompozyty M3/2–Fe. W mikrostrukturze tych kompozytów występują zarówno ziarna żelaza, jak i ziarna stali szybkotnącej z charakterystycznymi wydzieleniami węglików typu MC i M6C. Osnowa stali szybkotnącej to prawdopodobnie ferryt i bainit. W mikrostrukturze widoczne są także małe pory, w miarę równomiernie rozmieszczone, co świadczy o tym, że temperatura spiekania wynosząca 1000°C jest nieznacznie niższa od optymalnej temperatury spiekania kompozytów M3/2–Fe metodą SPS. Na podstawie wykonanych pomiarów gęstości wykazano, że gęstość względna uzyskanych kompozytów wynosi od 92 do 98% i wzrasta wraz ze wzrostem temperatury spiekania. Ponadto wykazano, że od gęstości względnej zależy twardość oraz wytrzymałość na zginanie. Wraz ze zwiększeniem gęstości względnej od 92 do 98%, uzyskano wzrost twardości od 237 do 367 HBW 2,5/187,5 oraz wytrzymałości na zginanie od 956 do 1107 MPa. Najlepszą relacją gęstość–twardość–wytrzymałość na zginanie odznacza się kompozyt M3/2–Fe uzyskany w temperaturze 1000°C, którego gęstość względna wynosi 98%, twardość wynosi 367 HBW 2,5/187,5, a wytrzymałość na zginanie wynosi 1107 MPa.

EN

The paper presents the results of investigations on the influence of sintering temperature in the range of 900–1000°C on the microstructure and selected properties of composites on an M3/2 high speed steel matrix with a 50 wt% addition of iron produced by spark plasma sintering. M3/2 high speed steel powder and NC 100.24 iron powder were mixed in a Turbula T2F shaker/mixer. The prepared powder mixtures were sintered using an HP D 25–3 furnace. As a result of spark plasma sintering, M3/2–Fe composites were obtained. The microstructure of these composites includes both iron grains and high speed steel grains with characteristic precipitates of MC and M6C carbides. The high speed steel matrix is probably ferrite and bainite. Small evenly spaced pores are also visible in the microstructure, which indicates that the sintering temperature of 1000°C is slightly lower than the optimal sintering temperature of M3/2–Fe composites using the spark plasma sintering. Based on the performed density measurements, it was shown that the relative density of the ob-tained composites is from 92 to 98% and grows with increasing the sintering temperature. In addition, it was shown that the relative hardness and bending strength depend on the relative density. Together with the rise in the relative density from 92 to 98%, increases in the hardness from 237 to 367 HBW 2.5/187.5 and the bending strength from 956 to 1107 MPa were obtained. The M3/2–Fe composite obtained at the temperature of 1000°C is characterized by the best density–hardness–bending strength relation, which amounts a relative density of 98%, hardness of 367 HB 2.5/187.5, and bending strength of 1107 MPa.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; stal szybkotnąca; żelazo; spiekanie iskrowo-plazmowe

EN

composite; high speed steel; iron; spark plasma sintering

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 30, nr 2
• Strony: 95--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Madej Marcin

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, ul. Czarnowiejska 66, 30-054 Kraków, Poland

autor

Leszczyńska-Madej Beata

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Metali Nieżelaznych, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Garbiec Dariusz

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Greetham G. 1989. „Mechanically locked sinteredvalve seat inserts”. Met. Powder Rep. 44: 110–111.
• [2] Greetham G. 1990. „Development and performance of infiltrated and non–infiltrated valve seat insert materials and their performance”. Powder Metall.33: 112–114.
• [3] Palma R.H. 2001. „Tempering response of copper alloy–infiltrated T15 high–speed steel.” International Journal of Powder Metallurgy 37: 29–36.
• [4] Igharo M., J.V. Wood. 1990. „Effects of Consolidation Parameters on Properties of Sintered High Speed Steels”. Powder Metall. 33: 70–76. [5] Greetham G. 1990. „High density high speed steels”. International Conference on Powder Metallurgy, 206–216. London: The Institute of Metals.
• [6] Bolton J.D., A.J. Gant. 1993. „Phase reactions and chemical stability of ceramic carbide and solid lubricant particulate additions within sintered high speed steel matrix”. Powder Metall. 36: 267–274.
• [7] Madej M., D. Garbiec. 2015. „Stale szybkotnące spiekane metodą SPS”. Rudy i Metale Nieżelazne 60: 379–385.
• [8] Garbiec D. 2015. „Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS): teoria i praktyka”. Inżynieria Materiałowa 36 (2): 60–64.
• [9] Garbiec D. 2018. „SPS: Spiekanie iskrowo–plazmowe”. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 133: 22–26.
• [10] Liu L., Z. Hou, B. Zhang, F. Ye, Z. Zhang, Y. Zhou. 2013. „A new heating route of spark plasma sintering and its effect on alumina ceramic densification”. Mat. Sci. Eng. A–Struct 559: 462–466.
• [11] Madej M. 2015. „Some aspects of infiltration of high speed steel based composites with iron addition”. Arch. Metall. Mater. 60: 1017–1021.
• [12] Madej M. 2009. „Własności i struktura infiltrowanych kompozytów stal szybkotnąca–żelazo–miedź: Część II” Rudy i Metale Nieżelazne 54: 625–635.
• [13] Madej M. 2009. „Własności i struktura infiltrowanych kompozytów stal szybkotnąca–żelazo–miedź: Część I”. Rudy i Metale Nieżelazne 54: 572–579.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).