The properties and microstructure of austenitic stainless steels reinforced with Al2O3 particles

• Autorzy: Sulima I.

Warianty tytułu

PL

Właściwości i mikrostruktura stali austenitycznej umacnianej cząstkami Al2O3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of the investigation on the influence of Al2O3 particles on the microstructure and properties of composites with an austenitic steel matrix. Two different composites were studied: AISI 316L stainless steel reinforced with 10 vol. % and 20 vol. % of Al 2O3. The samples were prepared by means of the powder metallurgy process using pressure sintering (HP-HT). The sintering process was carried out at the temperature of 1200°C and pressure of 7±0.2 GPa for 60 seconds. The analysis of the composites included: microstructural investigation by means of SEM and examination of the physical and mechanical properties (density, measurements of Young’s modulus, hardness, and compression strength). The results showed that the Al 2O3 particle addition was very effective to improve the properties of the composites with an austenitic steel matrix. The increase of Young’s modulus, hardness and compression strength with an increase of Al2O3 phase content was shown . The composites with 20 vol. % of Al2O3 achieved the highest properties. The microstructural investigations revealed that the Al2O3 phases are dispersed uniformly in the stainless steel matrix. These results can be useful in determining the conditions for sintering austenitic AISI 316L stainless steel reinforced with various volume fractions of Al 2O3 ceramics. The presented studies are the introduction to the manufacturing of materials with better corrosion and wear resistance in relation to AISI 316L steel.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu ceramiki Al 2O3 na właściwości i mikrostrukturę kompozytów. Zbadano dwa warianty kompozytów o osnowie stali austenitycznej AISI 316L zawierających 10% obj. oraz 20% obj. ceramiki Al 2O3. Próbki wytworzono na drodze metalurgii proszków, stosując spiekanie ciśnieniowe (HP-HT). Proces spiekania przeprowadzono w temperaturze 1200°C, stosując ciśnienie 7±0,2 GPa oraz czas spiekania 60 sekund. Przeprowadzono badania mikrostrukturalne za pomocą SEM oraz badania właściwości fizycznych i mechanicznych (gęstość, pomiar modułu Younga i twardości oraz próba ściskania). Wyniki badań wykazały, że dodatek ceramiki Al 2O3 poprawia właściwości kompozytów o osnowie stali austenitycznej. Wraz ze zwiększeniem zawartości ceramiki Al 2O3 zaobserwowano zwiększenie wartości modułu Younga, twardości oraz wytrzymałości na ściskanie. Dla kompozytów umacnianych 20% obj. ceramiki Al2O3 uzyskano najlepsze właściwości. Badania mikrostrukturalne potwierdziły jednorodne rozmieszczenie ceramiki Al2O3 w osnowie stali austenitycznej. Otrzymane wyniki stanowią podstawę do określenia najkorzystniejszych warunków spiekania stali austenitycznej AISI 316L z różnym udziałem objętościowym ceramiki Al2O3. Przedstawione badania stanowią wstęp do otrzymania materiału charakteryzującego się lepszymi właściwościami (odpornością na korozję i odpornością na ścieranie) w porównaniu ze stalą AISI 316L.

Słowa kluczowe

EN

composites; Al2O3; ceramics; austenitic AISI 316L stainless steel; sintering; compression strength

PL

kompozyty; ceramika; Al2O3; stal austenityczna AISI 316L; spiekanie; wytrzymałość na ściskanie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 1
• Strony: 46--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sulima I.

• Instytut Techniki, Uniwersytet Pedagogiczny im KEN, Kraków

Bibliografia

• [1] Pagonis E., Lindroos V. K.: Processing and properties of particulate reinforced steel matrix composites. Materials Science and Engineering A246 (1998) 221÷234.
• [2] Chen Ch., Yang J., Chu C., Qiao G., Bao Ch.: Porous nano-Al2O3/Fe-Cr-Ni composites fabricated by pressureless reactive sintering. Materials Chemistry and Physics 128 (2011) 24÷27.
• [3] Tjong S. C., Lau K. C.: Abrasion resistance of stainless-steel composites reinforced with hard TiB2 particles. Composites Science and Technology 60 (2000) 1141÷1146.
• [4] Wasilkowska A., Bartsch M., Messerschmidt U., Herzog R., Czyrska-Filemonowicz A.: Creep mechanisms of ferritic oxide dispersion strengthened alloys. Journal of Materials Processing Technology 133 (2003) 218÷224.
• [5] Indra J., Leżański J.: Wpływ dodatku węglika WC i parametrów wytwarzania na strukturę i własności węglikostali na osnowie stali szybkotnącej. Kompozyty (Composites) 3 (2003) 7÷13.
• [6] Akhtar F., Peizhong F., Xueli D., Askari S. J., Jianjun T., Shiju G.: Microstructure and property evolution during the sintering of stainless steel alloy with Si3N4. Materials Science and Engineering A472 (2008) 324÷331.
• [7] Sulima I., Figiel P., Jaworska P., Hyjek P.: The properties of AISI 316L stainless steel reinforced with TiB2 ceramics sintered by the HT-HP process. Inżynieria Materiałowa 1 (2011) 40÷44.
• [8] CRC Materials Science and Engineering Handbook, Third Edition Edited by James F. Shackelford and William Alexander CRC Press (2001) 509.
• [9] Vardavoulias M., Jeandin M., Velasco F., Torralba M.: Dry sliding wear mechanism for P/M austenitic stainless steel and their composites containing A2O3 and Y2O3 particles. Trybology International 29 (6) (1996) 499÷506.
• [10] Imbaby M. F., Jiang K.: Fabrication of free standing 316-L stainless steel- Al2O3 composite micromachine parts by soft moulding. Acta Materialia 57 (2009) 4751÷4757.
• [11] Quadakkers W. J.: Oxidation of ODS alloys. Journal de Physique IV Colloque C9, supplement au Journal de Physique 111 (3) (1993) 177÷186.
• [12] Miller M. K., Russell K. F., Hoelzer D. T.: Characterization of precipitates in MA/ODS ferritic alloys. Journal of Nuclear Materials 351 (2006) 261÷268.
• [13] Kishimoto H., Yutani K., Kasada R., Hashitomi O., Kiura A.: Heavy-ion irradiation effects on the morphology of complex oxide particles in oxide dispersion strengthened ferritic steels. Journal of Nuclear Materials 367- 370 (2007)179÷184.
• [14] Dubiel B., Czyrska-Filemonowicz A.: Żarowytrzymałe stopy umocnione dyspersyjnie cząstkami tlenków (stopy ODS) (Oxide dispersion strengthened (ODS) superalloys). Inżynieria Materiałowa 1 (2000) 20÷28.
• [15] Wasilkowska A., Bartsch, Messerschmidt U., Herzog R., Czyrska-Filemonowicz A.: Creep mechanisms of ferritic oxide dispersion strengthened alloys. Journal of Materials Processing Technology 133 (2003) 218÷224.
• [16] Czyrska-Filemonowicz A., Clemens D., Quadakkers W. J.: The effect of high temperature exposure on the structure and oxidation behaviour of mechanically alloyed ferritic ODS alloys. Journal of Materials Processing Technology 53 (1995) 93÷100.
• [17] Sulima I., Jaworska L., Wyżga P., Perek-Nowak M.: The influence of reinforced particles on mechanical and tribological properties and microstructure of the steel-TiB2 composites. Archives of Materials Science and Engineering 48 (1) (2011) 52÷57.