Materiały na bazie faz międzymetalicznych z układu Fe-Al otrzymywane zmodyfikowaną metodą prasowania w podwyższonej temperaturze

• Autorzy: Durejko T. , Bojar Z.

Warianty tytułu

EN

Fe-Al - based intermetallics materials obtained by modified method of pressing at elevated temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaproponowano autorski dwuetapowy proces otrzymywania spieków na bazie fazy międzymetalicznej FeAl. Etap pierwszy obejmuje przygotowanie wypraski wstępnej z mieszaniny proszków składników elementarnych, o składzie stechiometrycznym 60% Fe i 40% Al atomowo, w podwyższonej temperaturze. Zastosowanie obciążenia cyklicznie zmiennego podczas prasowania w podwyższonej temperaturze intensyfikuje fragmentację błonek tlenkowych oraz ułatwia procesy dyfuzyjnego nasycania ziaren czystego żelaza atomami aluminium. Procesy mechanicznej fragmentacji zachodzą również w ziarnach uzyskanego spieku. Wraz ze wzrostem częstotliwości obciążenia średnia średnica ekwiwalentna ziaren w strukturze wypraski zmniejsza się i osiąga poziom pięciokrotnie niższy w stosunku do wsadu wejściowego. Procesy dyfuzyjne zachodzące na etapie prasowania wstępnego prowadzą do powstania wysokoaluminiowej fazy Fe2Al5. Ze względu na niskie właściwości mechaniczne faza ta nie może zostać wykorzystana jako finalny składnik struktury. Kolejnym etapem procesu technologicznego musi być wiec odpowiednia obróbka cieplna. Na podstawie analizy układu równowagi Fe-AI zaproponowano parametry spiekania swobodnego (zasadniczego), umożliwiającego przebudowe dwufazowej struktury osnowy wypraski wstępnej (z udziałem czystego żelaza i wysokoaluminiowej fazy Fe2Al5) w jednofazową strukturę osnowy finalnego spieku w postaci ziaren wtórnego roztworu na bazie fazy międzymetalicznej FeAl. Sprzyja temu odpowiednio dobrany skład stechiometryczny wsadowej mieszaniny proszków. Naturalnym ubocznym efektem przetwarzania proszkowej mieszaniny żelazowo--aluminiowej w wysokoaluminiowy spiek jest powstanie (w znacznej części raczej zachowanie wcześniej istniejących) cząstek stabilnych tlenków, głównie Al2O3. Dzięki zastosowanemu wariantowi obciążenia cyklicznie zmiennego pierwotne blonki tlenkowe ulegają fragmentacji i nie stanowią bariery dyfuzyjnej, natomiast wyraźnie korzystnie wpływają na blokowanie zjawiska rozrostu ziarna - uzyskane spieki cechują się średnią średnicą ziarna na poziomie 10:15um. Struktura spieku, dwuskładnikowy kompozyt o intermetalicznej osnowie zbrojonej cząstkami AI2O3, po pełnym cyklu obróbki cieplnej składa się z drobnodyspersyjnych tlenków Al2O3, rozmieszczonych na granicach drobnoziarnistej intermetalicznej osnowy.

EN

Nowadays Fe-AI - based intermetallics are one of the most interesting new materials for high temperature application. Excellent oxidation and carburization resistance, very good corrosion and wear resistance and low cost of production are their most important advantages in comparison to another groups of intermetallics and other special alloys. The cost of manufacturing process is essential part of all cost, especially for new materials, so there are many trials to introduce unconventional solutions of processing or to modificate well known technologies, such powder metallurgy. Two stage manufacturing process of FeAl phase based internictallic sinters was described in this work. The initial stage of manufacturing was mechanical forming of iron and aluminium elemental powders mixture (60/40 at. %) by pressing at pressure of 300 MPa, at the temperature of 620°C. Various value of cyclic pressure frequency was used - from static version up to 60 Hz. It was stated that application of cyclic loading during initial pressing at elevated temperature intensified of oxides film fragmentation and made easier the process of aluminium diffusion. The processes of mechanical fragmentation of grains at pre-sinter structure were also observed. The higher was a frequency of applied loading the smaller was grain average diameter in final sinter (up to 5 times smaller than average diameter of initial powders particle). The structure of pre-sintered sample, after finishing the first stage of manufacturing was consisted of Fe2Al5 intermetallic phase and remaining part of pure iron. On the basis of Fe-AI equilibrium system analysis the temperature of 1250°C was choose for second stage of manufacturing and chemically and structurally heterogeneous pre-sintered materials were changed into homogeneous Fe-AI - based intermetallics. Natural by - product of iron-aluminium powder mixture conversion into aluminium-rich sinter is rising (or rather remaining of previously existing) oxides particles, mainly Al2O3. Thanks to application of technological variant with cyclic loading, the films of oxides became fragmented and not play a role of diffusion barrier. Additionally, they distinctly influenced grain coarsening-average grain size of intermetallic matrix not exceed (10:15 um). The final structure of sinter, which may be treated as complex composite material is consisted of Al2O3 particles distributed in fine-grained FeAl inter­metallic matrix.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; spiekanie; spieki; metoda prasowania

EN

composites; intermetallic materials; pressing

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2002
• Tom: R. 2, nr 5
• Strony: 323--327
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., wykr., rys.

Twórcy

autor

Durejko T.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Bojar Z.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Bystrzycki J., Varin R.A, Bojar Z., Postępy w badaniach stopów na bazie uporządkowanych faz międzymetalicznych z udziałem aluminium, Inżynieria Materiałowa 1996, 5, 137-149.
• [2] Deevi S.C., Sikka V.K., Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing and applications, Intermetallics 1996, 4, 357.
• [3] Williama J.C., Intermetallics for structural applications: potential, reality and road ahead, Structural Intermetallics 1997, ed. M.V. Nathal at al., TMS 1997, 3-8.
• [4] Durejko T., Problem tlenków w spiekach na osnowie faz z układu Fe-Al, II Szkoła Letnia Inżynierii Powierzchni, Młodzi Inżynierowie w Integracji z Unią Europejską, Ameliówka 2001.
• [5] Bojar Z., Durejko T., Jóźwiak S., Czujko T., Varin R.A., Microstructure and wear resistance of sintered intermetallics in Fe-Al system, 25th Canadian Metal Chemistry Conference, Sudbury 2001.