Effectivness of dispersion strengthening in the NiAl intermetallic alloy produced by self-sustaining high-temperature synthesis

• Autorzy: Witczak Z. , Dymek S.

Warianty tytułu

PL

Efektywność dyspersyjnego umocnienia reaktywnie spiekanego związku międzymetalicznego NiAl

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The stoichiometric NiAl intermetallic alloy strengthened by nano-particles of Al2O3 was produced by self-sustaining high-temperature synthesis (SHS). The particles, in the volume quantity of 2.5 and 5%, were introduced into the material at the stage of mechanical mixing of elemental nickel and aluminium powders. Two methods of mechanical mixing of powders were employed: a conventional one, where the powders were mixed in a ball rotational mixer (in air) and the ultrasonic method, where the powders were mixed by high intensity ultrasound in a liquid (acetone) or gaseous (helium) medium. The mixed powders were subjected to the SHS process. All synthesised materials were densified by hot hydrostatic extrusion (hydroextrusion) at the same conditions (1000C, 4:1 reduction ratio). The effectiveness of the applied technological procedure was estimated from the mechanical properties of the produced materials. Mechanical properties were measured by means of uniaxial compression tests. Beside the as-received materials, the materials after high-temperature annealing were tested. This permitted evaluation of the thermal stability of the materials. Strength and plastic properties of the materials were determined from an acoustic emission being monitored during the test. As a measure of the quality of the synthesized alloys, the product of the yield strength and the maximal true plastic strain was proposed. Using this measure, it was established that the ultrasonic method of doping nano-particles is more effective, and that the most desireable quantity of the Al2O3 dispersoid in the NiAl matrix is less than 5% by volume.

PL

Zbadano wpływ technologii wprowadzania nanocząstek Al2O3 do osnowy stechiometrycznego związku międzymetalicznego NiAl na efektywność procesu dyspersyjnego umacniania stopu. Nanocząstki, w ilosci 2,5 i 5% obj., były wprowadzane mechanicznie do materiału na etapie mieszania proszków wyjściowych niklu i aluminium przed procesem samopodtrzymującej się wysokotemperaturowej syntezy (SHS). Zastosowano dwie procedury mieszania: tradycyjna, w mieszalniku kulowym (w powietrzu) oraz ultradźwiękowa w ośrodku ciekłym (aceton) i gazowym (hel). Po procesie syntezy wszystkie materiały były dogęszczane przez wyciskanie hydrostatyczne na goraco (1000 C, współczynnik wyciskania 4) w jednakowych warunkach. Efektywność całego procesu technologicznego oceniano na podstawie własności mechanicznych wytworzonych materiałów, bezpośrednio po hydroekstruzji oraz, w celu oszacowania ich stabilności termicznej, po wysokotemperaturowym wyżarzaniu. Własności mechaniczne mierzone były w próbie jednoosiowego ściskania. Dzięki monitorowaniu, metodą emisji akustycznej, całego procesu odkształcania materiału można było okreslić nie tylko jego wytrzymałościowe, ale również plastyczne własności. Zaproponowano używanie iloczynu granicy plastyczności i odkształcenia plastycznego w próbie ściskania jako miare jakości materiałów półkruchych, takich jak związki międzymetaliczne. Przy użyciu tego wskaźnika stwierdzono, że metodą ultradźwiękowa jest efektywniejsza od tradycyjnej, oraz, że pozadana zawartość cząstek umacniajacych Al2O3 w osnowie NiAl mieści się w przedziale 0-5% objętościowych.

Słowa kluczowe

EN

intermetallic NiAl; dispersion strengthening; ductility; microcracking; acoustic emission

PL

związek międzymetaliczny NiAl; umacnianie dyspersyjne; plastyczność; mikropękanie włókien; emisja akustyczna

• 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. 3
• Strony: 747--753
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Witczak Z.

autor

Dymek S.

• INSTITUTE OF HIGH PRESSURE PHYSICS, POLISH ACADEMY OF SCIENCES, 01-142 WARSZAWA, 29/37 SOKOŁOWSKA STR., POLAND

Bibliografia

• [1] D. B. Miracle, The Physical and Mechanical Properties of NiAl, Acta Metall. 41, 649-684, (1993).
• [2] Z. Witczak, P. Witczak, R. Jemielniak, Mechanical anisotropy of NiAl alloys processed by hot hydrostatic extrusion, Mater. Sci. Forum 475-479, 759-762 (2005).
• [3] S. Dymek, Z. Witczak, M. Dollar, Influence of the processing route on microstructure and mechanical properties of the polycrystalline NiAl, J. Microsc-Oxford 224 Pt 1, 12-14 (2006).
• [4] M. Dollar, S. Dymek S. J. Hwang, P. Nash, The Role of Microstructure in Mechanically Alloyed NiAl, Metallurgical Transactions 24A, 1993-2000 (1993).
• [5] C.-T. Hu, S. Lee, Exothermic behavior of several elemental powder mixes, Mater. Sci. Eng. A329-331, 69-77 (2002).
• [6] M. L. Weaver, M. J. Kaufman, R. D. Noebe, Kinetics of static strain aging in polycrystalline NiAl-based alloys, Intermetallics 4, 121-129 (1996).
• [7] D. Goldberg, G. Sauthoff, Effects of stoichiometry, microalloying and aging heat treatments on the compressive behavior of NiAl alloys, Scripta Mat 36, 1451-1466 (1997).
• [8] Z. Witczak, R. Jemielniak, J. Szczepek, The apparatus for mechanical testing of materials under high hydrostatic pressure with the in-situ acoustic emission analyzer, in High Pressure Science and Technology, ed. S.C.Schmidt et al., American Institute of Physics, New York 1601-1604 (1994).
• [9] Z. Witczak, Acoustic emission investigations of the ductility of L12 Al3Ti + Cr under high hydrostatic pressure, Mater. Sci. Eng. A239-240, 206-212 (1997).
• [10] P. Witczak, Z. Witczak, Bulk modulus as a material characteristic independent of texture, Archives Met. Mater. 53, 283-288 (2008).
• [11] P. Zhu, J. C. M. Li, C. T. Liu, Reaction mechanizm of combustion synthesis of NiAl, Mater. Sci. Eng. A329-331, 57-68 (2002).
• [12] M. S. Paterson, Experimental rock deformation the brittle field, Springer Verlag, Berlin, 1978.