Wytwarzanie kompozytowych materiałów gradientowych na osnowie faz z układu Fe-Al

• Autorzy: Durejko T. , Lipiński S.

Warianty tytułu

EN

Fabrication of composite graded materials based on Fe-Al phases

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki prób wytwarzania kompozytowych materiałów gradientowych Fe-Al metodą metalurgii proszków z ciągła i dyskretną zmianą składu granulometrycznego i chemicznego. Efekty gradientowe uzyskano, stosując dwie metody komponowania wsadu - metodę ultradźwiękową i zasypywanie warstwowe. Wypełnianie objętości matrycy (zasypywanie warstwowe) zrealizowano, wykorzystując sterowany numerycznie ploter 3D z głowicą zasypową własnej konstrukcji, umożliwiającą płynną zmianę udziału składników w mieszaninie proszkowej. Po wypełnieniu matrycy wsad proszkowy prasowano jednoosiowo na zimno, a następnie spiekano w temperaturze 620°C w atmosferze powietrza i czasie 1 h. Efekty prze-prowadzonych prób analizowano poprzez obserwację zgładów metalograficznych spieków oraz analizę składu chemicznego. W przypadku metody ultradźwiękowej zaobserwowano jedynie lokalne efekty gradientowe. Umożliwia to stosowanie tej metody dla warstwowo posegregowanego wsadu proszkowego pod względem wielkości cząstek w celu wymieszania ich na granicach warstw o różnej granulacji. Skanowanie objętości matrycy umożliwiło natomiast uzyskanie gradientu składu chemicznego w całej objętości wypraski. W zależności od sposobu podawania proszków żelaza i aluminium z zasobników głowicy zasypowej otrzymano ciągły lub dyskretny efekt gradientowy. Dodatkowo dla gradientów o dyskretnie zmieniającym się składzie chemicznym określono grubość zasypywanej warstwy w zależności od szybkości przemieszczania głowicy zasypowej w płaszczyźnie roboczej XY. Po wstępnej obróbce cieplnej uzyskanych wyprasek stwierdzono, że efekt gradientu składu został zachowany. W strukturze spieków odnotowano występowanie obszarów czystego żelaza, wysokoaluminiowych faz międzymetalicznych oraz dyspersyjnych tlenków Al2O3, stanowiących fazę umacniającą.

EN

According to data published in subject literature, we have concluded that, application of Fe-Al intermetallic phases in graded system could be an interesting and innovative solution. Actually, only Fe3Al and FeAl phases have found some application, due to their excellent corrosion resistance and high-temperature structural stability. Other phases - Fe2Al5 and FeAl2, with high aluminium content, are extremely brittle and can't be widely used. In spite of this, it's supposed that application of that phases in graded systems improve their properties, because proper arrangement of hard high-aluminium phases could increase abrasive resistance of entire material. Results of our previous research indicate that both mechanical strength and structural stability of Fe-Al intermetallic phases are higher comparing to conventional materials and some superalloys. Proposed graded systems should fulfill requirements for high-temperature material. Manufacturing of Fe-Al continuous and non-continuous (chemical composition and particle size of powders) composite graded materials was presented in this paper. The gradient effect was obtained by two methods - ultrasonic and layered filling of matrix. The layered filing was fabricated by using numerical controllable head charge (own construction). The used device made possible fabrication of chemical continuous Fe-Al graded material. After matrix filling process the powders mixture was cold pressed and presintered at 620°C. The structure of obtained samples was examined by microscopy observation and chemical analysis. It was stated that ultrasonic method made possible only local gradient effect. This method can be used for early segregated (particles size) powder charge in order to powder particles mixed on boundary between layers. The matrix filling method made possible gradient effect in all compact volume. Depending on delivery of powders from charge head feeder was obtained continuous or non-continuous gradient effect. Additionally for non-continuous graded material was determined thickness of powder layer vs. charge head feed in XY working plane. It was taken that after preliminary heat treatment of compacts gradient effect remained. There are iron and high aluminium intermetallic phases with dispersion Al2O3 oxide distributed along grain boundaries observed.

Słowa kluczowe

PL

metalurgia proszków; faza międzymetaliczna FeAl; kompozytowy materiał gradientowy Fe-Al

EN

powder metallurgy; Fe-Al intermetallic phase; Fe-Al composite graded material

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 3
• Strony: 297--301
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Durejko T.

autor

Lipiński S.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, Katedra Zaawansowanych Materiałów i Technologii, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Sobczak J., Drenchev L., Functionally Graded Materials - Processing and Modeling, Warsaw 2008.
• [2] Kawasaki A., Watanabe R., Finite element analysis of thermal stress of the metals/ceramics multi-layer composites with controlled compositional gradients, Journal of Japan Institute of Metals 1987, 51, 525-529.
• [3] Niino M., Hirai T., Watanabe R., Functionally gradient materials, Journal of Japanese Society of Composite Material 1987, 13, 257-264.
• [4] Major B., Projektowanie i wytwarzanie funkcjonalnych materiałów gradientowych, Kraków 2007.
• [5] Kawasaki A., Watanabe R., Concept and P/M fabrication of functionally gradient materials, Ceram. International 1997, 23, 73-83.
• [6] Deevi S., Sikka V., Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing, and application, Intermetallics 1996, 4, 357-364.
• [7] Goonzález-Carrasco J., The high temperature oxidation behavior of an ODS FeAl alloy, Intermetallics 2000, 8, 439-445.
• [8] Bojar Z., Przetakiewicz W., Materiały metalowe z udziałem faz międzymetalicznych, Warszawa 2006, 89-91.
• [9] Lipiński S., Durejko T., Analiza struktury spiekanych materiałów gradientowych Fe-Al, Krynica 2008, 256-260.
• [10] Lipiński S., Durejko T., Komponowanie układów gradientowych Fe-Al na etapie formowania wsadu wejściowego, Olsztyn 2008, 351-353.