Mikrostruktura i właściwości spiekanych reakcyjnie cermetali Fe-Fe2B.

• Autorzy: Nowacki J. , Klimek L.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and properties of multiphase sintered cermets Fe-Fe2B.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Analizowano proces spiekania reakcyjnego proszków żelaza i boru amorficznego w próżni, w wyniku którego wytworzono cermetale żelazo-borek żelaza Fe-Fe2B. Przeprowadzono próby spiekania w fazie stałej oraz z udziałem fazy ciekłej, którą była eutektyka Fe-F2B. W wyniku analizy metalograficznej jakościowej i ilościowej, rentgenowskiej analizy strukturalnej, określono mikrostrukturę spieków, jak również opisano kinetykę zmian mikrostruktury w funkcji parametrów spiekania. Stwierdzono, że struktura spieków zmienia się w bardzo szerokim przedziale ich składu chemicznego i parametrów spiekania. Przeprowadzone pomiary twardości i badania zużycia cermetali metodą trzpień-tarcza w procesie tarcia ślizgowego suchego wykazały korzystne właściwości analizowanych cermetali jako nowoczesnych tworzyw konstrukcyjnych. Twardość cermetali Fe-Fe2B zmienia się w szerokim zakresie i w zależności od ich składu chemicznego wynosi: !50-1500 HV, a ich odporność na zużycie cierne jest porównywalna z właściwościami dyfuzyjnie borowanych warstw na stalach. Cermetale Fe-Fe2B stanowią spiekany kompozyt, w którym borek żelaza Fe2B, o twardości około 1800 HV, pełni rolę fazy zbrojącej, a mieszanina eutektyczna Fe-Fe2B o twardości około 500 HV - rolę osnowy. Mieszanina eutektyczna złożona jest z płytek stałego roztworu boru w żelazie alfa o twardości około 250 HV i płytek borku żelaza o twardości około 1800 HV i wypełnia przestrzenie pomiędzy ziarnami borku żelaza. Połączenie komponentów o tak różnych właściwościach: twardego zbrojenia i stosunkowo ciągłej osnowy, decyduje o wysokich właściwościach mechanicznych, wysokiej twardości (1500 HV), stałej w całym przekroju spieku, wysokiej odporności na zużycie cierne i zadowalającej ciągliwości. Mikrostruktura spieków oraz charakter zmian składu fazowego spieków w funkcji temperatury i czasu spiekania proszków żelaza i boru wskazują na obecność w czasie spiekania szeregu procesów cząstkowych: dyfuzji boru do żelaza w fazie stałej poprzedzającej utworzenie się fazy ciekłej, utworzenia się na powierzchni naborowanych cząstek żelaza fazy ciekłej - eutektyki Fe-Fe2B, rozpuszczania się boru i żelaza w fazie ciekłej krystalizacji borku żelaza Fe2B z fazy ciekłej. Budowa cermetali Fe-Fe2B ich właściwości mechaniczne, możliwość zmiany tych właściwości w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego i parametrów spiekania oraz możliwość wytworzenia spieków nieporowatych i porowatych wytycza możliwe kierunki zastosowań tych spieków na elementy wysoko obciążonych łożysk ślizgowych i elementy maszyn podlegające silnemu zużyciu ciernemu.

EN

The process of the multiphase sintering of iron and boron in the vacuum has been analysed. As a result of the process iron-iron boride cermets have been produced. Fe-Fe2B cermets were obtained as a result of sintering of the Fe and B pure elements in the vacuum. Attempts at sintering in the solid phase and with the participation of the liquid phase, the Fe-Fe2B eutectic, have been made. Metallographic qualitative and quantitative studies, X-ray structural qualitative and quantitative analysis allowed to determine of the structure of Fe2B cermets, as well as a description of the kinetics of quantitative changes in phase proportions in the course of sintering. It has been found that their structure varies widely depending on sintering parameters and the composition of the sinters. Measurements of Fe-Fe2B cermets hardness and measurements on wear during dry friction by the pin-on-disc method have shown distinct advantages of the cermets as a modern constructional materials. The hardness of Fe-Fe2B cermets, depending on their chemical composition and sintering parameters, ranges widely from 150 to 1500 HV, and their resistance to wear is comparable to that of diffusively boronized steels. Fe-Fe2B cermets are a composite material in which iron boride, Fe2B, with a hardness of about 1800 HV plays the role of the reinforcement, while iron-iron boride, Fe-Fe2B, with a hardness of about 500 HV plays the role of matrix. The eutectic in the spaces between iron boride grains is composed of boron solid solution plates in iron with a hardness of around 250 HV, and iron boride, Fe2B, plates with a hardness of approximately 1800 HV. The combination of such different materials, a hard reinforcement and a relatively plastic matrix produces favourable properties of the cermet thus produced: high hardness (1500 HV), constant over the whole cross section of the material, resistance to abrasive wear and acceptable ductility. The properties mentioned above, resulting from the cermet structure, depend (apart of their chemical composition) on the phenomena occuring while sintering: diffusion of boron in iron in the solid phase, formation of the liquid phase - the eutectic mixture Fe-Fe2B dissolution of iron and boron in the liquid phase and crystallisation of iron boride, Fe2B from the liquid phase. It determines the unique character of multiphase sintering of iron and boron. The mechanism of this process is suggested. The properties as well as the possibility of obtaining required porosity and considerable chemical resistance point to the perspective trend of their use in the construction of elements of highly loaded side bearings.

Słowa kluczowe

PL

mikrostruktura; cermetal; spiek; borki żelaza

EN

microstructure; cermets; sinters; iron borides

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 1998
• Tom: R. XIX, nr 1
• Strony: 4--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Nowacki J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Szczecińskiej

autor

Klimek L.

• Instytut Inżynierii Materiałowej i Technik Bezwiórowych Politechniki Łódzkiej

Bibliografia

• [1] Frees N: P/M Metal Matrix Composites, Journal of The Metallurgical Club, University of Strathclyde, 26, (1992), p. 28–33
• [2] Nowacki J. Spieki w budowie maszyn, Wydawnictwo Politechniki 1 Łódzkiej, 1997
• [3] Nowacki J.; Materiały kompozytowe, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 1993
• [4] Askeland D. R.: The Science and Engineering of Materials, Van Nonstrand Reinhold Co, Hong Kong, 1990
• [5] Nowacki J., Klimek L.: The Structure and Properties of Fe-Fe2B Cermets, J. of Mat. Science 27, (1992), p. 3651-3656
• [6] Matuszka V. Borieren, C. Hanser Verlag., München, 1977
• [7] Broviskaja I. P., Mierjanow A. G.: Metallotermiczeskie procesy w chimii i metalurgii, Nauka, Nowosybirsk, 1971
• [8] Sorokin L. M.: Uproczienie detalej borrirowaniem, Izd. Maszinostrojenie, Moskwa, 1972
• [9] Calister W. Materials Science and Engineering, John Willey and Sons, York, 1990
• [10] Pertek A.: Wpływ borowania na wybrane właściwości stali konstrukcyjnej, III Ogólnopolska Konferencja Obróbka Powierzchniowa, Częstochowa-Kule, 1996, Materiały Konf., s. 177-182
• [11] Nowacki J.: Klimek L.: The Mechanism of Reaction Sintering of Iron-Iron Boride Cermets, Journal of Materials Science, 28, (1993), p. 3939-3944
• [12] Massalski T. B.: Binary Alloys Diagrams, American Society for Metals, Metals Park, Ohio, 1986