The application of the hardness indentation method for the evaluation of the fracture toughness of B2 iron aluminides

• Autorzy: Kupka M. , Stępień K. , Kulak K.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody wciskania penetratora twardości do oceny odporności na kruche pękanie aluminidków żelaza typu B2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Iron-aluminium alloys containing 37-50 at. % Al (based on B2 FeAl phase) are a potential structural material for high temperature applications. These materials show high tendency to create a stable protecting layer of the aluminium oxide, which provides perfect resistance to oxidation, carburization and sulphurisation. A low weight density of the Fe-Al alloys and the price of their components are the additional advantages of these materials. The main obstacle in the practical usage of iron aluminides is their brittleness at room temperature which has an effect on formability as well as on applicability. For brittle materials, which undoubtedly comprise alloys based on ordered intermetal- lic phases, there are problems with specimens preparation related to difficult machinability. In this study a method of the fracture toughness of B2 iron aluminides determination by means of Vickers hardness indentation test has been presented. During the hardness testing, cracks were observed to emanate from the indentations of some of the samples. This was particularly evident in the Fe-50 at. % Al alloy. It is possible to estimate the fracture toughness from the lengths of such cracks. It has been found that the Vickers indenter method may be applied to determine the fracture toughness of the iron aluminides with the aluminium content equal to or higher than 46 at. %.

PL

Stopy żelazo-aluminium zawierające 37÷50% at. Al. (na bazie fazy B2 FeAl) są potencjalnym tworzywem konstrukcyjnym do zastosowania w wysokiej temperaturze. Te materiały wykazują silną tendencję do tworzenia stabilnej warstwy ochronnej tlenku aluminium, co powoduje ich doskonałą odporność na utlenianie, nawęglanie i nasiarczanie. Niewielka gęstość stopów Fe-Al i niska cena składników to dodatkowe zalety tych materiałów. Główną przeszkodą w praktycznym wykorzystaniu aluminidków żelaza jest ich kruchość w temperaturze pokojowej, która utrudnia ich kształtowanie i zmniejsza możliwość zastosowania. W przypadku materiałów kruchych, do których należą niewątpliwie stopy na bazie uporządkowanych faz międzymetalicznych występują problemy z przygotowaniem próbek, związane z ich trudną obrabialnością. W pracy do oceny odporności na kruche pękanie aluminidków żelaza B2 zastosowano metodę wciskania penetratora twardości Vickersa. Podczas badania twardości w nie- których próbkach zaobserwowano tworzenie się pęknięć rozprzestrzeniających się od wierzchołków odcisków twardości. Było to szczególnie widoczne w stopie Fe-50% at. Al. Na podstawie długości tych pęknięć możliwa jest ocena odporności na kruche pękanie. Stwierdzono, że zastosowanie techniki wciskania penetratora twardości Vickersa umożliwia określenie odporności na kruche pękanie aluminidków żelaza o zawartości aluminium równej lub wyższej od 46% at.

Słowa kluczowe

EN

iron aluminides (B2 FeAl); fracture toughness; hardness indentation method

PL

aluminidki żelaza; B2 FeAl; odporność na kruche pękanie; metoda wciskania penetratora twardości

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 5
• Strony: 1324--1327
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kupka M.

autor

Stępień K.

autor

Kulak K.

• Institute of Materials Science, The University of Silesia, Katowice,

Bibliografia

• [1] Szutkowska M.: Zastosowanie krytycznego współczynnika intensywności naprężeń do oceny odporności na kruche pękanie. (The application of the critical stress intensity factor KIC for the evaluation of the fracture toughness). Prace Instytutu Obróbki Skrawaniem 78 (1995) 1-71 (in Polish).
• [2] Ponton C. B., Rawlings R. D.: Fracture Toughness Determination by Indentation. Mater. Sci. Tech. 5 (1989) 961.
• [3] Ponton C. B., Rawlings R. D.: Elastic-plastic Indentation Hardness and Fracture. Mater. Sci. Tech. 5 (1989) 865.
• [4] Varin R. A., Li G., Gill H. S.: In: V. A. Ravi, T. S. Srivatsan (Eds.): Processing and fabrication of advanced materials for high temperature application II. TMS, Warrendale, PA (1993) 127.
• [5] Kim Y., Thom A. J., Akinc M.: In: V. A. Ravi, T. S. Srivatsan (Eds.): Processing and fabrication of advanced materials for high temperature application II. TMS, Warrendale, PA (1993) 189.
• [6] Mao S. X., McMinn N. A., Wu N. Q.: Processing and mechanical behaviourof TiAl/NiAl intermetallic composites produced by cryogenic mechanical alloying. Mater. Sci. Eng. A363 (2003) 275.
• [7] Liu C. T., George E. P., Maziasz P. J., Schneibel J. H.: Recent advances in B2 iron aluminide alloys: deformation, fracture and alloy design. Mater. Sci. Eng. A258 (1998) 84.
• [8] Kupka M.: Struktura i właściwości stopów na osnowie fazy FeAl otrzymanych w procesach metalurgicznych (Structure and properties of the FeAl phase based alloys obtained by metallurgical processing). Wyd. Uniwersytet Śląski, Katowice (2005) 1-126 (in Polish).
• [9] Niihara K., Morena R., Hasselman D. P. H.: Further reply to „Comment on elastic/plastic indentation damage in ceramics: The median/radial crack system”. Communications of the American Ceramic Society c-116 (1982).
• [10] Anstis G. R. et al.: A critical evaluation of indentation techniques for measuring fracture toughness: I. Direct crack measurements. J. Am. Ceram. Soc. 64 (1981) 533.
• [11] Mc Kamey C. G.: Iron aluminides. In: N. S. Stoloff, V. K. Sikka: Physical metallurgy and processing of intermetallic compounds. Chapman & Hall (1996) 351.
• [12] Baker I., Horton J. A.: Intrinsic ductility of FeAl single crystals. Philos. Mag. A67 (2) (1993) 479.
• [13] Pollock T. M., Lu D. C., Shi X., Eow K.: A comparative analysis of low temperature deformation in B2 aluminides. Mater. Sci. Eng. 317A (2001) 241.
• [14] Chang K., Darolia R., Lipsitt H.: Complex faults in a B2 iron aluminide alloys. Acta Metall. Mater. 10 (1992) 2727.
• [15] Morris D. G., Morris-Munoz M. A.: The influence of microstructure on the ductility of iron aluminides. Intermetallics 7 (1999) 1121.
• [16] Stępień K., Kupka M.: Room air embrittlement of B2 iron aluminides. Scripta Mater. (to be published).
• [17] Binczyk F.: Czynniki kształtujące strukturę wysokoaluminiowych stopów układu Fe-Al-C i analiza zjawisk destrukcyjnych prowadzących do ich samorzutnego rozpadu (The factors which determine the structure of the Fe-Al-C alloys with high content of aluminium and the analysis of the phenomena leading to their self-decomposition). Wyd. Pol. Śl. Vol. 40, Gliwice (1991) 102.
• [18] Yoo M. H., Fu C. L.: Deformation behaviour of B2 type aluminides. Mat. Sci. Eng. A153 (1992) 470.