Wysokociśnieniowe i swobodne spiekanie kompozytów cermetalowych z udziałem nanometrycznych proszków TiC

• Autorzy: Figiel P. , Jaworska L. , Putyra P. , Klimczyk P. , Bryła K.

Warianty tytułu

EN

High pressure and free sintering of cermet composites with nanometric TiC participation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cermetale charakteryzują się dobrą plastycznością i wysoką twardością. Dzięki małemu powinowactwu chemicznemu do żelaza i ich odporności na utlenianie w wysokich temperaturach cermetale cechują lepsze właściwości skrawne niż węgliki spiekane. Cermetale wykazują kilka wad w porównaniu z węglikami, na przykład: niższą odporność na kruche pękanie, mniejszą odporność na odkształcenia plastyczne, większy współczynnik rozszerzalności cieplnej. Celem przeprowadzonych badań było określenie parametrów wytrzymałościowych kompozytów cermetalowych z zastosowaniem różnych metod spiekania. Materiały składające się z: 70% obj. TiC i 30% obj. (Ni,Mo) oraz 56% obj. TiC i 44% obj. (Ni,Mo) były otrzymywane metodą spiekania swobodnego i wysokociśnieniowego proszków. Zastosowano proszki o wielkości: 2 žm, 130 i 20+30 nm. Po spiekaniu określono gęstość pozorną Pp poszczególnych materiałów, a także twardość Vickersa przy obciążeniu 9,8 N oraz, stosując metodę ultradźwiękową pomiaru prędkości przechodzenia fali poprzecznej i podłużnej, wartość modułu Younga. Dodatkowo, wykorzystując metodę wgłębnikową Vickersa, zmierzono długości pęknięć wokół odcisku w próbce, uzyskanych przy obciążeniu wgłębnika siłą 98,07 i 294,2 N, a następnie obliczono za pomocą wzoru Nihhary współczynnik odporności na kruche pękanie KIc. Wybrane materiały, różniące się wielkością cząstek proszku TiC, poddano w dalszej części badań obserwacji mikrostruktury przy użyciu mikroskopu skaningowego JEOL JA- -50A. Analizę poszczególnych faz powstających w cermetalach o mikronowych (2 žm) wielkościach cząstek TiC po spiekaniu wysokociśnieniowym w temperaturach 1720, 1850 i 1960 K oraz swobodnym w 1770 K wykonano przy użyciu dyfraktometru rentgenowskiego DRON 3. Najwyższą twardością charakteryzował się materiał z 2 žm TiC, wykazując przy tym strukturę pierścieniową z węglikiem złożonym (Ti,Mo)CX i TiC wewnątrz ziarna. Analiza rentgenowska wykazała zróżnicowany skład fazowy dla cermetali otrzymywanych metodą spiekania swobodnego i wysokociśnieniowego. Podczas krótkotrwałego spiekania wysokociśnieniowego w osnowie oprócz roztworów stałych występują czyste ziarna (obszary) niklu i molibdenu.

EN

Cermets are characterized very good plasticity and high hardness. Due to their low chemical affinity to Fe and the resistance for high temperatures oxidation, cermets have better cutting properties than carbides. Although having many good parameters with respect to their properties, cermets do have several properties which are not as good as those of cemented carbides, such as: lower fracture toughness, lower resistance for plastic deformation, higher thermal expansion. The aim of studies was to determine strength properties for materials obtaining using various methods of sintering. Materials with 70 vol.% of TiC and 30 vol.% of (Ni,Mo), and 56 vol.% of TiC and 44 vol.% of (Ni,Mo) were obtained using free sintering at vacuum and using HP HT apparatus. The various size of the TiC particles 2 žm, 130 nm and 20+30 nm were used. The influence of the size of TiC particles on microstructure, density, hardness, Young modulus and fracture toughness was investigated. Furthermore, fracture toughness was calculated from the length of cracks which develop during a Vickers indentation test. In our case, fracture toughness KIc was calculated from Niihara's equation. This paper also presents structure analysis of cermet composites with different size of TiC particles. This microstructure investigation was carried out with application of scanning microscope JEOL JA-50A. Phase analysis of cermet composites were carried out using X-Ray diffractometer DRON 3. For free sintering samples, with micrometric size of grains, the hardness of material is the highest. The ring structure of material and complex carbide (Ti,Mo)Cx formation was confirm. During free sintering, intermetalics compounds are formed. X-Ray diffraction confirmed various composition of (Ti,Mo)C cermets, obtained using the free sintering method compare to cermets from the HP-HT method. During the short time of the pressure sintering (60 s) process in the materials pure initial Mo and Ni are presence. In the high pressure sintered material with 130 nm TiC participation, there is small amount of TiC in the centre of carbide grains.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt cermetalowy; cząstka nanometryczna; spiekanie swobodne; spiekanie wysokociśnieniowe

EN

cermet composites; materials for cutting edges; nanometric particles; high pressure sintering

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 2
• Strony: 130--135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., zdj.

Twórcy

autor

Figiel P.

autor

Jaworska L.

autor

Putyra P.

autor

Klimczyk P.

autor

Bryła K.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków,

Bibliografia

• [1] Oczoś K., Cermetale - charakterystyka, zakres zastosowań i szlifowanie, Mechanik 1995, 2, 37-44.
• [2] Umansky A., Panasyuk A, Beloborodov L., Smirnov V., Sereda N., Study of structure and phase-formation in (TiC-Mo2C)-(Ni-Mo) composite materials, Proceedings of the 9th World Ceramic Congress and Forum on New Materials CIMTEC, Florence 1999, Part C, 723-728.
• [3] Jaworska L., Smuk B., Królicka D., Wszołek J., Cermets for cutting edges, Kompozyty (Composites) 2005, 3, 21-25.
• [4] Jaworska L. Rozmus M. Królicka B. Twardowska A., Functionally graded cermets, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2006, 17, 1-2, 73-76.
• [5] Figiel P., Jaworska L., Rozmus M., Klimczyk P., Królicka B., Porównanie wybranych właściwości tworzyw cermetalowych TiC (Ni, Mo) z udziałem cząstek TiC nano- i mikrometrycznych, CERAMIKA/CERAMICS 2007, Papers of The Commission on Ceramic Science, Polish Ceramic Bulletin Polish Academy of Science - Kraków Division, Polish Ceramic Society, materiały w druku.
• [6] Friak K., Calphad, SGTE Phase diagram collection 14(1990) 311-320.
• [7] Niihara K., Morena R., Hasselman D.P.H., Evaluation of Ku of brittle solids by the indentation method with low crack-to-indent ratios, Journal of Materials Science Letters 1982, 1, 13.