Właściwości mechaniczne kompozytów narzędziowych z tlenku glinu, wzmacnianych węglikoazotkiem tytanu

• Autorzy: Szutkowska M. , Boniecki M. , Podsiadło M. , Kalinka A.

Identyfikatory

DOI

doi.org/10.17814/mechanik.2018.5-6.55

Warianty tytułu

EN

Mechanical properties of titanium carbonitride reinforced alumina tool composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie z tlenku glinu, wzmacnianych Ti(C,N) w ilości 30% masy, wytworzonych na bazie proszków komercyjnych, o mikrometrycznych i nanometrycznych rozmiarach cząstek. Zastosowano bezciśnieniowe spiekanie PS w próżni i spiekanie reakcyjne SPS. Wykonano pomiary: twardości Vickersa, gęstości, modułu Younga i odporności na ścieranie. Odporność na pękanie (KIC) wyznaczono w temperaturze pokojowej i podwyższonej do 1073 K – charakterystycznej dla pracy narzędzia. Właściwości fizyczne i mechaniczne kompozytów Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2, wytworzonych na bazie mikroproszków, porównano z właściwościami kompozytów zawierających proszki mieszane, mikrometryczne i nanometryczne, z udziałem proszków nanometrycznych od 17% do 36% masy. Kompozyty Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2 z udziałem proszków nanometrycznych wykazują w temperaturze otoczenia niższe wartości KIC (o ok. 10÷30%) w porównaniu z kompozytami wytworzonymi na bazie proszków mikrometrycznych. Natomiast w temperaturze podwyższonej do 1073 K ich odporność na pękanie wzrasta nawet o 30%. Obserwacje mikrostruktury badanych kompozytów przeprowadzono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

EN

The present study reports mechanical properties obtained by reinforcing alumina composites with Ti(C,N) in amount 30 wt.% prepared on the basis micro and nanoscale trade powders. The pressureless sintering PS in a vacuum and SPS method of sintering were used. Vickers hardness, density, Young modulus, wear resistance were evaluated. Fracture toughness (KIC) at ambient and elevated temperatures up to 1073 K, characteristic for tool work was measured. Physical and mechanical properties of the composites Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2 based on the powders in microscale were compared with composites containing nanoscale powders in a range from 17 to 36 wt.%. Tested composites with nanoscale powders content reveal lower KIC (approx. 10÷30%) at ambient temperature in comparison to composites based on powders in microscale. However, in the elevated temperatures their fracture toughness increases up to 30%. The observation of the microstructure of tested composites was carried out using scanning electron microscopy.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty ceramiczne; nanoproszki; mikroproszki; spiekanie reakcyjne; SPS; spiekanie bezciśnieniowe; PS; odporność na pękanie

EN

ceramic composites; nanopowders; micro-powders; reaction sintering; SPS; pressureless sintering; PS; fracture toughness

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Mechanik
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 91, nr 5-6
• Strony: 438--442
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tabl.

Twórcy

autor

Szutkowska M.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania

autor

Boniecki M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych

autor

Podsiadło M.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania

autor

Kalinka A.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania

Bibliografia

• 1. N.N. Cutting Tools. New York: Dedalus Consulting, 2014, www.dedalusconsulting.com.
• 2. Bobzin K. “High-performance coatings for cutting tools”. CIRP J. Manuf. Sci. and Tech. 18 (2017): s. 1–9.
• 3. Pampuch R. „Kompozyty ceramiczne”. Kompozyty (Composites). 2 (2002): s. 3–16.
• 4. Yin Z., Huanda Ch., Zoua B., Liua H., Zhua H., Wang J. “Preparation and characterization of Al2O3/TiC micro-nano-ceramic tool materials”. Ceramics International. 39, 4 (2013): s. 4253–4262.
• 5. Acchar W., Cairob C.A. “The influence of (Ti,W) C and NbC on the mechanical behavior of alumina”. Materials Research. 9, 2 (2006): s. 171–176.
• 6. Song S.-X., Ai X., Zhao J., Huang Ch.-Z. “Al2O3/Ti(C0.3N0.7) cutting tool material”. Materials Science Engineering. A-Structure. 356 (2002): s. 43–47.
• 7. Wu F., Chen T., Wang H., Liu D. “Effect of Mo on microstructures and wear properties of in situ synthesized Ti(C,N)/Ni-based composite coatings by laser cladding”. Materials. 10, 9 (2017): s. 1–12.
• 8. Peng Y., Miao H.Z., Peng Z.J. “Development of TiCN-based cermets: mechanical properties and wear mechanism”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 39 (2013): s. 78–89.
• 9. Jemielniak K. „Obróbka skrawaniem”. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1998.
• 10. Zengbin Y., Juntang Y., Zhenhua W., Hanpeng H., Yu Ch., Xiaoqiu H. “Preparation and properties of an Al2O3/Ti(C,N) micro-nano-composite ceramic tool material by microwave sintering”. Ceramics International. 42 (2016): s. 4099–4106.
• 11. Xiong H., Zhi You Li., Gan X., Chai L. “Morphology evolution of TiC-based cermets via different sintering schedules”. Ceramics International. 43 (2017): s. 5805–5812.
• 12. Zheng Y., Wang S., You M., Tan H., Xiong W. “Fabrication of nanocomposite Ti(C,N)-based cermet by spark plasma sintering”. Materials Chemistry and Physics. 92 (2005): s. 64–70.
• 13. Szutkowska M., Smuk B., Boniecki M. “Titanium carbide reinforced composite tool ceramics based on alumina”. Advances in Science and Technology. 65 (2010): s. 50–55.
• 14. PN-EN 623-2-2001. Techniczna ceramika zaawansowana. Ceramika monolityczna. Właściwości ogólne i strukturalne. Część 2: Oznaczanie gęstości i porowatości.
• 15. PN-EN ISO 15732:2005(U). Ceramika wysokiej jakości (ceramika zaawansowana, techniczna ceramika zaawansowana) – Metoda badania odporności na kruche pękanie ceramiki monolitycznej w temperaturze pokojowej metodą belki wstępnie pękniętej z jednej strony (SEPB).
• 16. Fett T., Munz D. “Subcritical crack growth of macrocracks in alumina with R-curve behavior”. Journal of American Ceramic Society. 75, 4 (1992): s. 958–963.

Uwagi

PL

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