Modyfikacja właściwości TiAl cząstkami ZrO2

• Autorzy: Biesiada K. , Olszyna A.

Warianty tytułu

EN

Modification of the properties of TiAl by introducing ZrO2 particles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją właściwości TiAl, przede wszystkim zwiększeniem odporności materiału na kruche pękanie poprzez wprowadzenie do osnowy cząstek ceramicznych tetragonalnego tlenku cyrkonu (TZ-3Y). Technika wytwarzania materiałów kompozytowych TiAl + x% ZrO2 obejmuje: mieszanie proszków, suszenie, granulowanie, prasowanie jednoosiowe (p = 20MPa), dogęszczanie izostatyczne (p = 120 MPa), oraz spiekanie swobodne próbek( T=1300°C ÷ 1350°C/ 1 h w próżni p = 10^-4 Pa, argonie) lub spiekanie pod ciśnieniem (T = 1250°C/ 1 h, p = 35 MPa) (rys. 3). Oznaczono właściwości fizyczne kompozytów TiAl + x% ZrO2, takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość metodą hydrostatyczną (rys. 4 - 7). Przeprowadzono jakościową analizę fazową kompozytu TiAl -I- 40 % wag. ZrO2, która wykazała występowanie następujących faz: tetragonalny, jednoskośny tlenek cyrkonu (śladowe ilości), TiAl, Al2TiO5, Al2O3 (rys. 8). Zbadano własności wytrzymałościowe: stałe sprężystości (E, G, v) (rys. 10-12) twardość (HV) i odporność na kruche pękanie sposobem Vickersa (rys. 13-14). W wyniku spiekania kompozytu TiAl + x %ZrO2 (x = 0, 10, 20, 30, 40% wag. ZrO2) pod ciśnieniem (p = 35 MPa), otrzymano materiały o twardości 586 HV10 i wysokim współczynniku intensywności naprężeń, K(IC) = 126 MPa x m^1/2 (wartość dla kompozytu TiAl + 40 % wag. ZrO2). Bardzo wysokie wartości współczynnika intensywności naprężeń obserwowane w kompozytach TiAl-ZrO2 spowodowane są obecnością ziaren tetragonalnego tlenku cyrkonu - wzmocnienie w wyniku przemiany fazowej t-ZrO2 ->j-ZrO2, a także obecnością ziaren Al2TiO5 oraz ZrO2 - odchylanie i mostkowanie pęknięć.

EN

The study is concerned with the modification of the properties of TiAl, in particular aimed at improving the fracture toughness of this material, by introducing ceramic particles of the tetragonal zirconium oxide (TZ-3Y) into its matrix. The technological operations involved in the production of the TiAl + x %ZrO2 composite are: mixing of starting powders, drying the mixture at T = 90 °C, granulating, uniaxial pressing at p = 20 MPa, isostatic compacting at p = 120 MPa, and free sintering at T= 1300 ÷ 1350°C in vacuum or argon for 1 h or hot pressing at T = 1250°C, p = 35 MPa for 1 h (Fig. 3). The physical properties of the TiAl + x % ZrO2 composites thus produced, such as the density, porosity and absorptivity were determined using the hydrostatic method (Figs. 4 -7). The phases identified in the TiAl + 40 wt. % ZrO2 composite by a qualitative phase analysis were: tetragonal and monoclinic (traces) zirconium oxides, TiAl, Al2TiO5, Al2O3 (Fig. 8). The strength properties of the composite, such as the modulus of elasticity (E, G, v), hardness (HV) and fracture toughness, were examined using the Vickers method (Figs. 10-14). The TiAl+x%ZrO2 (x = 0, 10, 20, 30, 40 wt.%) composites hot-pressed under a pressure of 35 MPa show a high hardness of 586 HV10 and a high stress intensity factor K(IC) of 126 MPa ź m^1/2 (the latter value was measured in the TiAl + 40 wt. % ZrO2 composite). The very high values of the stress intensity factor measured in the TiAl-ZrO2 composites can be attributed to the presence of the tetragonal zirconium oxide grains (hardening due to the phase transformation t-ZrO2 ->j-ZrO2) and also presence distribution of the Al2TiO5 and Al2O3 grains (crack deviation and bridging).

Słowa kluczowe

PL

modyfikacja; faza międzymetaliczna; tetragonalny tlenek cyrkonu; tlenek cyrkonu; kompozyt; pękanie; właściwości fizyczne; właściwości wytrzymałościowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 5
• Strony: 823--828
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Biesiada K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Olszyna A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• [1] Bystrzycki J., Bojar Z., Przetakiewicz W., Varin R. A.: Intermetale, Wojskowy Przegląd Techniczny, 6, 1993, s. 15
• [2] Bystrzycki J., Varin R. A., Bojar Z.: Postępy w badaniach stopów na bazie uporządkowanych faz międzymetalicznych udziałem aluminium, Inżynieria Materiałowa, 5, 1996, s. 137
• [3] Garbacz H.. Wyrzykowski J. W.: Nowoczesne metody uplastyczniania stopów na bazie uporządkowanych faz międzymetalicznych Ti-Al, Inżynieria Materiałowa, 3, 1997, s. 85
• [4] Liu C. T., Stringer J., Mundy J. N., Horton L. L., Angelini P.: Ordered intermetallic alloys: an assessment, Intermetallics, 5, 1997, s. 579
• [5] Stoloff N. S., Liu C. T., Deevi S. C.: Emerging applications of intermetallics, Intermetallics, 8, s. 2000, 1313-1320
• [6] Stroosnijder M. F., Haanappel V. A. C., Clemens H.: Oxidation behaviour of TiAl-based intermetallics - influency of heat treatment, Materials Science and Engineering. A239-240, 1997. s. 842-846
• [7] Pampuch R.: Budowa i właściwości materiałów ceramicznych, Kraków, Wyd. AGH 1995
• [8] Kelly P. M., Rosę F. L. R.: The martensitic transformation in ceramics - its role in transformation toughening, Progress in Materials Science, 47,2002, s. 463-557
• [9] Shi J. L., Li B. S.. Lu L., Xuang X. X.: Correlation between Microstructure, Phase Transformation during Fracture and the Mechanical Properties of Y-TZP Ceramics, Journal of the Ceramic Society, 16, 1996, s. 795-798
• [10] Lange F. F.: Transformation Toughening, Journal Materials of Science, 1982, 17, s. 225-262
• [11] Miller R. A., Śmiałek J. L., Garlick T. G.: Phase Stability in Plasma Sprayed Partially Stabilized Zirconia, Advances in Ceramics, tom 3, Science and Technology of Zirconia, A. H. Heuer, L. W. Hobbs, American Ceramic Society Inc., Columbus OH, 1981, s. 241-253
• [12] Annual Book of ASTM Standards, publ. by American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1991