Solidification process of sintered AISI 316L austenitic stainless steel powder modified with boron-containing master alloy

• Autorzy: Skałoń M. , Hebda M. , Nykiel M. , Szewczyk-Nykiel A. , Kazior J.

Warianty tytułu

PL

Konsolidacja proszków stali nierdzewnej AISI316L modyfikowanej borem w postaci zaprawy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Sintered AISI 316L austenitic stainless steel powder modified with boroncontaining master alloy micropowder was investigated. Master alloy amount was precisely calculated to assure boron amount in resulting alloy on 0,4 wt % level, added through 24 h mixing in Turbula™ mixer to assure good uniform distribution of master alloy in the base powder. Such amount of boron provides high final densification of sinter but leaves almost continuous network of borides surrounding grains. Sintering was performed at 1240°C in pure hydrogen. The main goal of investigation was to understand and thoroughly describe solidified phases along with their solidification process to obtain in this way data useful for their further transformation. Investigation was focused on solidification process of liquid eutectic phase appearing during sintering. The calorimetric tests were used for determined exo- and endothermic reactions occurring during sintering process, while the dilatometric tests were mainly adopted to discover the start of intensified sintering process which occurs when liquid phase appears. The phase identification was carried out through SEM EDS examination. Porosity and microstructural observations were performed using light microscope in metallographic cross-section. All the received data was compared with thermodynamic simulation solidification process performed in Thermo- Calc® software. Simulation was carried out according to Scheil-Gulliver Modified solidification model (TCFE6 database was used) with backdiffusion of boron and carbon. Two-step solidification process of complex borides was found and described. The combined data from DSC, SEM EDS and Thermo-Calc® simulation confirmed presence of (Cr, Fe)2B and (Mo, Cr, Fe)2B borides. As a result a very good correlation was obtained between thermodynamic simulation effects and investigation results.

PL

Przeprowadzono badania proszku spiekanej austenitycznej stali nierdzewnej AISI 316L modyfikowanej borem wprowadzonym w postaci mikroproszku zaprawy. Ilość dodanej zaprawy została dobrana tak, by ilość boru w mieszance proszków była równa 0,4% cięż. W celu zapewnienia równomiernego rozprowadzenia boru w mieszance, zastosowano mieszanie w mieszalniku typu Turbula®. Czas mieszania mieszanek proszków wynosił 24 godziny. Zaproponowana ilość boru zapewnia pożądane, wysokie zagęszczenie kształtki po spiekaniu – otrzymywana gęstość spieku jest zbliżona do gęstości materiału litego. Modyfikacja składu proszku austenitycznej stali nierdzewnej przyczyniła się do wydzielenia borków na granicach ziaren. Spiekanie przeprowadzono w temperaturze 1240°C w atmosferze czystego wodoru. Głównym celem badań było wyjaśnienie i opisanie mechanizmów konsolidacji proszków stali nierdzewnej. W pracy skoncentrowano się głównie na procesie krzepnięcia eutektyki po procesie spiekania. Przeprowadzone badania kalorymetryczne pozwoliły na wyznaczenie efektów egzo-, a także endotermicznych towarzyszących procesowi spiekania. Badania dylatometryczne pozwoliły między innymi na wskazanie temperatury, w której pojawia się faza ciekła w trakcie nagrzewania do temperatury izotermicznego spiekania. Pośrednia identyfikacja wydzielonych faz została przeprowadzona za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego z przystawką EDS. Otrzymane wyniki badań porównano z wynikami symulacji termodynamicznej przeprowadzonej za pomocą oprogramowania Thermo-Calc. Symulacja została przeprowadzona zgodnie ze zmodyfikowanym modelem krzepnięcia wg Scheila-Gullivera (została użyta baza TCFE6) z uwzględnieniem dyfuzji w fazie stałej pierwiastków międzywęzłowych, tj. boru i węgla. Zaobserwowano i opisano dwuetapowy proces krzepnięcia złożonych borków. Zebrane dane z DSC, SEM EDS i symulacji termodynamicznej Thermo-Calc potwierdzają obecność borków (Cr, Fe)2B o sieci ortogonalnej oraz (Mo, Cr, Fe)2B o sieci tetragonalnej. Zaobserwowano i wyjaśniono zmiany składu chemicznego wydzielonych borków. Uzyskano bardzo dobrą korelację między otrzymanymi efektami symulacji termodynamicznych a rzeczywistymi wynikami badań.

Słowa kluczowe

EN

sintering; stainless steel; boron; thermodynamic; solidification model

PL

spiekanie; stal nierdzewna; bor; termodynamika; model krzepnięcia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 194--198
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Skałoń M.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

autor

Hebda M.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

autor

Nykiel M.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

autor

Szewczyk-Nykiel A.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

autor

Kazior J.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Menapace C., Molinari A., Kazior J., Pieczonka T.: Surface selfdensification in boron alloyed austenitic stainless steel and its effect on corrosion and impact resistance. Powder Metallurgy 50 (4) (2007) 326÷335.
• [2] Dudrova E., Selecka A., Bures R., Kabatova M.: Effect of boron addition on microstructure and properties of sintered Fe-1.5Mo powder materials. ISIJ International 37 (1) (1997) 59÷64.
• [3] Saunders N., Li X., Miodownik A. P., Schillé J.-Ph.: Modelling of the thermo-physical and physical properties relevant to solidification. Advanced Solidification Processes X (2003) 669.
• [4] Busy P. E., Warga M. E., Wells C.: Diffusion and solubility of boron in iron and steel. Journal of Metals Transactions, AIME (1953) 1463÷1468.
• [5] Hallemans B., Wollants P., Roos J. R.: Thermodynamic reassessment and calculation of the Fe-B phase diagram. International Journal of Materials Research 85 (1994) 676÷682.
• [6] German R. M; Liquid phase sintering. Plenum Press, New York (1985).
• [7] Lozada L., Castro F.: Controlled densification of boron-containing stainless steels. Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, ed. MPIF (2011).