The properties of AISI 316L stainless steel reinforced with TiB2 ceramics sintered by the HT-HP process

• Autorzy: Sulima I. , Figiel P. , Jaworska L. , Hyjek P.

Warianty tytułu

PL

Właściwości stali austenitycznej AISI 316L umacnianej ceramiką TiB2 otrzymanej metodą spiekania HT-HP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Powder metallurgy (P/M) is an ideal technique for producing the dispersion- strengthened materials as it produces a homogeneous distribution of dispersoids in the matrix. Dispersion strengthening by addition of the ceramic particles improves the mechanical properties of the sintered stainless steels. In this work, the AISI 316L stainless steel was chosen as a matrix alloy and was reinforced with TiB2 particles. The titanium diboride (TiB2) was selected as reinforcement because it exhibits a very high hardness, high strength at elevated temperature and good thermal stability. The influence of TiB2 ceramics on the properties and microstructure of the AISI 316L stainless steel was investigated. In the present study, the high temperature-high pressure (HT-HP) method to prepare the austenitic AISI 316L stainless steel reinforced with 2 vol. % TiB2 ceramics was used. Materials were sintered at pressure of 5 Pa and 7.5 GPa and at temperature of 900÷1300°C. The duration of sintering was 60 seconds. Mechanical properties were determined by Vickers hardness test and the compression test. Young's modulus measurements were carried out using ultrasonic method. The microstructure features of the sintered materials were revealed by means of the light microscope and scanning electron microscope. The results show that the properties of the sintered materials depends on the applied conditions of the sintering. The hardness and the compression strength decrease with increasing temperature, while the Young's modulus increases. The materials sintered at pressure of 7.5 GPa exhibit better properties compared to the samples sintered at 5 GPa. The microstructural investigations indicated that the TiB2 ceramics was distributed not evenly along the grain boundaries of steel.

PL

Metalurgia proszków jest efektywną technologią wytwarzania materiałów umacnianych dyspersyjnie, gwarantującą jednorodne rozmieszczenie fazy umacniającej w osnowie. Umocnienie dyspersyjne cząstkami ceramicznymi pozwala poprawić właściwości mechaniczne spiekanych stali. W pracy zastosowano stal austenityczną AISI 316L jako osnowę oraz ceramikę TiB2 jako fazę umacniającą. Diborek tytanu (TiB2) został wybrany jako umocnienie, ponieważ charakteryzuje się bardzo wysoką twardością, wysoką wytrzymałością w podwyższonej temperaturze oraz dobrą stabilnością cieplną. Głównym celem pracy było zbadanie wpływu ceramiki TiB2 na właściwości i mikrostrukturę stali austenitycznej AISI 316L. Spiekanie przeprowadzono metodą wysokociśnieniowego-wysokotemperaturowego spiekania (HP-HT). Spiekanie materiałów przeprowadzono pod ciśnieniem 5 GPa i 7,5 GPa oraz w temperaturze 900÷1300°C. Czas spiekania wynosił 60 s. Badania właściwości mechanicznych obejmowały próbę mikrotwardości sposobem Vickersa oraz wytrzymałość na ściskanie. Pomiar modułu Younga przeprowadzono metodą ultradźwiękową. Mikrostrukturę umacnianej stali autentycznej AISI 316L obserwowano za pomocą mikroskopu świetlnego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Wykazano, że właściwości spiekanej stali AISI 316L umacnianej TiB2 zależą od zastosowanych parametrów spiekania. Wraz ze wzrostem temperatury zaobserwowano zmniejszenie się twardości i wytrzymałości na ściskanie oraz zwiększenie wartości modułu Younga. Stal austenityczna spiekana pod ciśnieniem 7,5 GPa uzyskała lepsze właściwości w porównaniu z materiałami spiekanymi pod ciśnieniem 5 GPa. Badania mikrostruktury wykazały niejednorodne rozmieszczenie ceramiki TiB2 wzdłuż granic ziaren stali austenitycznej.

Słowa kluczowe

EN

high temperature-high pressure (HT-HP) sintering; TiB2 ceramics; austenitic AISI 316L stainless steel; powders

PL

wysokotemperaturowe wysokociśnieniowe spiekanie (HT-HP); ceramika TiB2; stal austenityczna AISI 316L; proszki

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 1
• Strony: 40--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sulima I.

autor

Figiel P.

autor

Jaworska L.

autor

Hyjek P.

• Instytyt Techniki, Uniwersytet Pedagogiczny, Kraków,

Bibliografia

• [1] Material Science and Engineering Handbook. Ed. James F. Shackelford, Second Edition by CRC Press, Florida (1994).
• [2] Weimin W., Zhengyi F., Hao W., Runzhang Y.: Influence of hot pressing sintering temperature and time on microstructure and mechanical properties of TiB2 ceramics. J. Europ. Cer. Soc. 22 (2002) 1045÷1049.
• [3] Konigshofer R., Furnsinn S., Steinkellner P., Lengauer W., Haas R., Rabitsch K., Scheerer M.: Solid-state properties of hot-pressed TiB2 ceramics. Inter. J. Refr. Met. and Hard Mater. 23 (2005) 350÷357.
• [4] Sulima I., Figiel P., Suśniak M., Świątek M.: Sintering of TiB2 ceramics. Archives of Materials Science and Engineering 28 (11) (2007) 687÷690.
• [5] Mikułowski B.: Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe – nadstopy. Wyd. AGH, Kraków (1997).
• [6] Miller M. K., Russell K. F., Hoelzer D. T.: Characterization of precipitates in MA/ODS ferritic alloys. J. Nucl.Mater. 351 (2006) 261÷268.
• [7] Czyrska-Filemonowicz A., Clemens D., Quadakkers W. J.: The effect of high temperature exposure on the structure and oxidation behaviour of mechanically alloyed ferritic ODS alloys. J. Mater. Proc. Techn. 53 (1995) 93÷100.
• [8] Durejko T., Sulej S., Zarański Z.: Structure of Fe40Al oxide dipspersion- -stregthened (ODS) sinters. Inżynieria Materiałowa 27 (3) (2006) 588÷5900.
• [9] Kishimoto H., Yutani K, Kasada R., Hashitomi O., Kiura A.: Heavy- -ion irradiation effects on the morphology of complex oxide particles in oxide dispersion strengthened ferritic steels. J. Nucl. Mater. 367-370 (2007)179÷184.
• [10] Vardavoulias M., Jeandin M., Velasco F., Torralba M.: Dry sliding wear mechanism for P/M austeitic stainless steel and their composites containing A2O3 and Y2O3 particles. Trybology International 28 (6) (1998) 499÷506.
• [11] Sulima I., Klimczyk P., Hyjek P.: The influence of the sintering conditions on the properties of the stainless steel reinforced with TiB2 ceramics. Archives of Materials Science and Engineering 39 (2) (2009) 103÷107.