Wpływ temperatury i czasu spiekania na właściwości spieków z proszku Mg wytworzonych metodą SPS

• Autorzy: Garbiec D. , Heyduk F. , Pachutko B. , Andrzejewski D.

Warianty tytułu

EN

Effects of sintering temperature and holding time on properties of sintered Mg powder produced by SPS

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Magnez ze względu na małą gęstość wynoszącą 1 /4 gęstości stali i 2 /3 gęstości aluminium znajduje coraz szersze zastosowanie jako materiał na elementy maszyn, głównie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Do najważniejszych metod wytwarzania magnezu zalicza się metody odlewnicze i metalurgię proszków. Spośród metod metalurgii proszków za wysoce perspektywiczną uważa się metodę iskrowego spiekania plazmowego. W artykule przedstawiono wyniki badań nad wpływem temperatury i czasu spiekania na gęstość, twardość oraz wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie spieków z proszku magnezu wytworzonych metodą iskrowego spiekania plazmowego. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 prowadzono w próżni w temperaturze 500 oraz 550°C w czasie 2,5, 5 i 10 min z szybkością nagrzewania wynoszącą 100°C/min i ciśnieniem prasowania wynoszącym 50 MPa. Z wytworzonych spieków wycięto za pomocą wycinania elektroerozyjnego próbki do badań, które następnie poddano pomiarom gęstości zgodnie z normą ISO 2738:2001 i twardości metodą Vickersa zgodnie z normą ISO 6507-1:2007, obserwacjom struktury za pomocą mikroskopii świetlnej oraz badaniom wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie. Przeprowadzono także obserwacje powierzchni przełomów próbek po statycznej próbie rozciągania za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, co pozwoliło ujawnić międzykrystaliczny charakter powstałych pęknięć. Wykazano, że najkorzystniejszymi właściwościami odznaczają się spieki z proszku magnezu wytworzone w temperaturze 550°C w czasie 5 min, charakteryzujące się gęstością względną wynoszącą 99,83% i twardością wynoszącą 53 HV0,5 oraz wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 46 MPa i wytrzymałością na ściskanie wynoszącą 221 MPa.

EN

Magnesium, due to its low density of 1/4 the density of steel and 2/3 the density of aluminum, is increasingly used as a material for machine parts, mainly in the automotive and aerospace industries. The most important methods for the production of magnesium parts include casting and powder metallurgy methods. Among the powder metallurgy methods, spark plasma sintering is considered as a highly prospective method. The article presents the results of research on the influence of sintering temperature and holding time on the density, hardness, ultimate tensile strength and compressive strength of spark plasma sintered magnesium powder. Sintering using an HP D 25-3 was carried out in vacuum at 500 and 550°C for 2.5, 5 and 10 min, at a heating rate of 100°C/min and a compaction pressure of 50 MPa. Samples were cut by wire electrical discharge machining from the sintered compacts, which were then subjected to density measurements in accordance with ISO 2738:2001, Vickers hardness in accordance with ISO 6507-1:2007, observation of the structure using light microscopy, as well as tensile and compressive tests. Observations of sample fracture surfaces were also conducted after the tensile test using a scanning electron microscope, which revealed the nature of the formed intergranular cracks. It was shown that the magnesium spark plasma sintered at 550°C for 5 min demonstrates the most advantageous properties: a relative density of 99.83%, hardness of 53 HV0.5, ultimate tensile strength of 46 MPa and a compressive strength of 221 MPa.

Słowa kluczowe

PL

magnez; metalurgia proszków; iskrowe spiekanie plazmowe; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

EN

magnesium; powder metallurgy; spark plasma sintering; microstructure; mechanical properties

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 27, nr 3
• Strony: 263--272
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Garbiec D.

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

autor

Heyduk F.

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

autor

Pachutko B.

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

autor

Andrzejewski D.

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

Bibliografia

• [1] Muhammad W.N.A.W., Z. Sajuri, Y. Mutoh, Y. Miyashita. 2011. „Microstructure and mechanical properties of magnesium composites prepared by spark plasma sintering technology”. Journal of Alloys and Compounds 509 (2): 6021–6029.
• [2] Wolff M., T. Ebel, M. Dahms. 2010. „Sintering of magnesium”. Advanced Engineering Materials 12 (9): 829–836.
• [3] Fajkiel A., A. Białobrzeski, P. Dudek, T. Reguła. 2009. „Nowoczesne stopy oraz metody odlewania magnezu w zastosowaniach motoryzacyjnych”. Przegląd Mechaniczny 2: 30–36.
• [4] 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”. Materials Science and Engineering: A 2013 (559): 462-466.
• [5] Garbiec D., T. Rybak, F. Heyduk, M. Janczak. 2011. „Nowoczesne urządzenie do iskrowego spiekania plazmowego proszków SPS HP D 25 w Instytucie Obróbki Plastycznej”. Obróbka Plastyczna Metali XXII (3): 221–225.
• [6] Garbiec D. 2015. „Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS). Teoria i praktyka”. Inżynieria Materiałowa, 204 (2): 60–64.
• [7] Paraskevas D., S. Dadbakhsh, J. Vleugels, K. Vanmeensel, W. Dewulf, J.R. Duflou. 2016. „Solid state recycling of pure Mg and AZ31 Mg machining chips via spark plasma sintering”. Materials & Design 109: 520–529.
• [8] Zhang Z.H., F.Ch. Wang, J. Luo, S.K. Lee, L. Wang. 2010. „Microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered Al-SiC composites containing high volume fraction of SiC”. Materials Science and Engineering A 527 (27–28): 7235–7240.
• [9] Xiong G., Y. Nie, D. Ji, J. Li, Ch. Li, W. Li, Y. Zhu, H. Luo, Y. Wan. 2016. „Characterization of biomedical hydroxyapatite/magnesium composites prepared by powder metallurgy assisted with microwave sintering” Current Applied Physics 15 (8): 830–836.