On the character of matrix-reinforcing particle phase boundaries in MeC and MeB (Me= W, Zr, Ti, Nb, Ta) in-situ composites

• Autorzy: Janas A. , Kolbus A. , Olejnik E.

Warianty tytułu

PL

Charakter granic międzyfazowych osnowa-cząstka wzmacniająca w kompozytach "in-situ" MeC i MeB (Me=W, Zr, Ti,Nb, Ta)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In metal matrix composites (MMCs), the character of the matrix-reinforcing particle phase boundaries has very important effect on the utilisation properties of these materials. For some composites like Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC, AlSi/SiC and Za27/NiAl, the properties of these phase boundaries were discussed in detail in study [1]. From this study it follows that during the in-situ composite synthesis by SHSB route, the solidification process results in the formation of large internal stresses, due to differences that have been observed to exist in the values of the coefficients of thermal expansion and elastic modulus between the matrix and reinforcing particles [2,3]. According to A. Mortensen [4], the differences in the thermal expansion that occur between the matrix and the reinforcing phase increase the density of dislocations in the structure, which may lead to the formation of microcracks. Besides these effects, alien phases, formed additionally in the process of composite synthesis, may appear at the phase boundaries. These are usually the undesired phases, weakening the bond that should exist between the matrix and the reinforcing particle. Both alien precipitates and the stresses have an important effect on the character of the phase boundaries and, indirectly, on the mechanical properties of composites fabricated by SHSB route [5,6,7]. The application of modern research methods, e.g. high-resolution electron microscopy (HREM), enables better understanding of the phenomena taking place at the matrix-reinforcing particle phase boundary. This study describes the investigations that have been carried out to prove the presence of internal stresses in the in situ composites. They are meant to complete the results presented in [1]. The main aim of the present study was to investigate the character of the matrix-ceramic particle phase boundary in, fabricated by the SHSB method, new composites from the group of the "in situ" materials, i.e. Ni3Al/WC, Ni3Al/ZrC, Ni3Al/NbC, Ni3Al/NbB [8] as well as Ni3Al/TaC and Ni3Al/TaB. Like in [1], also in this case, the techniques used in investigations included electron microscopy, scanning microscopy and X-ray microanalysis.

PL

Charakter granic międzyfazowych osnowa – cząstka w kompozytach metalowych typu MMCs ma zasadniczy wpływ na właściwości użytkowe tych materiałów. Charakter tych granic dla niektórych kompozytów: Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC, Al-Si/SiC oraz Za27/NiAl zostały szczegółowo przedstawione w pracy [1]. Wynika z niej, że przy syntezie kompozytów "in situ" metodą SHSB, po procesie krystalizacji, powstają duże naprężenia wewnętrzne wynikajace z różnic wartości współczynników rozszerzalności termicznej, oraz modułów sprężystości osnowy i cząstek wzmacniających [2,3]. Według A. Mortensena [4] to niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy osnową a umocnieniem jest przyczyną wzrostu gęstości dyslokacji w strukturze, co w następstwie może prowadzić do powstawania mikropeknięć. Oprócz tego na granicy rozdziału, mogą pojawiać się obce fazy, powstające dodatkowo w procesie syntezy kompozytu. Są to fazy zwykle niepożądane, osłabiające wiązanie osnowa -cząstka wzmacniająca. Zarówno obce wydzielenia jak i naprężenia mają decydujący wpływ na charakter granicy fazowej czyli pośrednio na właściwości mechaniczne otrzymywanych ta metoda kompozytów [5,6,7]. Zastosowanie nowoczesnych metod badawczych, m.in. wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej HREM, pozwala poznać opisane zjawiska na granicy międzyfazowej osnowa-cząstka wzmacniająca. W niniejszej pracy przedstawiono badania potwierdzające występowanie naprężeń wewnetrznych w kompozytach "in situ". Uzupełniają one wyniki badań prezentowanych w pracy [1]. Głównym celem prezentowanej pracy jest badanie charakteru granic osnowa – cząstka ceramiczna w wytworzonych metodą SHSB, innych, nowych materiałach kompozytowych, z grupy kompozytów "in situ" t.j. Ni3Al/WC, Ni3Al/ZrC, Ni3Al/NbC, Ni3Al/NbB [8] oraz Ni3Al/TaC i Ni3Al/TaB. Podobnie jak w pracy [1], do badań wykorzystano metody mikroskopii elektronowej, mikroskopii skaningowej i mikroanalizy rentgenowskiej.

Słowa kluczowe

EN

phase boundary; in-situ composites

PL

granica międzyfazowa; kompozyty in-situ

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 2
• Strony: 319--327
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Janas A.

autor

Kolbus A.

autor

Olejnik E.

• FACULTY OF FOUNDRY ENGINEERING, AGH – UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 30-059 KRAKÓW, 23 REYMONTA STR., POLAND

Bibliografia

• [1] E. Fraś, A. Janas, A. Kolbus, E. Olejnik, Archiwum Odlewnictwa 18, 297(2006).
• [2] F. S. Ohuchi, M. Kohyama, J.Am.Ceram.Soc. 74, 1163 (1991).
• [3] X. G. Ning, H. G. Xu, H. Q. Ye, J. Zhu, K. Y. Hu, Y. X. Lu, J. Bi, Phil.Mag.A. 63, 727 (1991).
• [4] A. Mortensen, J. A. Cornie, M. C. Flemings, Journal of Metals 2, 12 (1988).
• [5] T. Christman, A. Needleman, S. Suresh, Acta metall. Mater. 37, 3029 (1989).
• [6] Y. L. Klipfel, M. T. He, R. H. Mc Meeking, A. G. Evans, R. Mehrabian, Acta Metall. Mater. 38, 1063 (1990).
• [7] V. Tvergaard, Acta metall. Mater. 38, 185 (1990).
• [8] E. Fraś, A. Janas, A. Kolbus, E. Olejnik, Archiwum Odlewnictwa 18, 317 (2006).
• [9] A. Janas, Praca doktorska, AGH, Kraków 1998.
• [10] J. K. Kim, Y. W. Mai, Engineered interfaces in fiber reinforced composites, Elsevier 2 (1998).
• [11] D. C. Dunand, A. Mortensen, Acta metall. Mater. 39, 127 (1991).
• [12] E. Fraś, A. Janas, A. Kolbus, H. Lopez, VI Seminarium kompozyty 2000.
• [13] E. Fraś, S. Wierzbiński, A. Janas, H. F. Lopez, Archives of Metallurgy 46, 4 (2001).
• [14] E. Fraś, A. Janas, P. Kurtyka, S. Wierzbiński, Inżynieria Materiałowa. NOT SIGMA, 1( 2004).
• [15] E. Fraś, A. Kolbus, A. Janas, II Cast Composites Conference 98, 9, 4-6 (1998).