Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Characterization of Tribological Properties of Oxide Layers Obtained on Titanium in Different Friction Couples

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Kaptacz S., Czajerek P.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

5--11

EN

The paper presents the characterization of tribological properties of titanium Grade 2 before and after isothermal oxidation in different friction couples. Examinations of the surface morphology after oxidation at a temperature of 600°C showed the presence of scratches on the surface, which indicated a low thickness of the oxide layers obtained. On the surface oxidized at 700°C, the morphology was characterized by the presence of small clusters of oxides which formed into shapes resembling flakes. In that case, no scratches were found, which testified to a higher thickness of the oxide layer. Tribological tests were conducted for different friction couples (Al2O3, ZrO2, and 100Cr6 balls). It was found that isothermal oxidation is an effective method to improve the resistance of titanium Grade 2 to sliding wear. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed achieving a considerable reduction of volumetric wear. The best resistance to sliding wear was achieved during a tribological interaction of oxidized titanium Grade 2 with bearing steel 100Cr6. Examination of the morphology of the wear trace surface showed the presence of “corrugation wear” on the non-oxidized surface, regardless of the counter-specimen used. It was found that the presence of oxide layers on the surface of titanium Grade 2 effectively eliminated this adverse phenomenon.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Badania morfologii powierzchni po utlenianiu w temperaturze 600°C wykazały obecność rys na powierzchni, co świadczyło o niewielkiej grubości otrzymanych warstw tlenkowych. Na powierzchni utlenionej w temperaturze 700°C morfologia charakteryzowała się występowaniem drobnych skupisk tlenków uformowanych w kształty przypominające „płatki”. W tym przypadku nie stwierdzono obecności rys, co świadczyło o większej grubości warstwy tlenkowej. Badania tribologiczne realizowano w różnych skojarzeniach ciernych (kulki Al2O3, ZrO2 oraz 100Cr6). Stwierdzono, że utlenianie izotermiczne jest skuteczną metodą w zakresie poprawy odporności na zużycie ścierne tytanu Grade 2. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 oraz 700°C pozwoliły uzyskać znaczą redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odporność na zużycie ścierne uzyskano podczas współpracy tribologicznej utlenionego tytanu Grade 2 ze stalą łożyskową 100Cr6. Badania morfologii powierzchni śladów zużycia wykazały na powierzchni nieutlenionej obecność tzw. zużycia falistego niezależnie od zastosowanej przeciwpróbki. Stwierdzono, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni tytanu Grade 2 skutecznie eliminuje to niekorzystne zjawisko.

2

Thermal, mechanical, and tribological properties of PTFE composite with 20% graphite content irradiated with an electron beam

Barylski A., Kaptacz S., Skoneczny W., Kupka M., Aniołek K.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

17--20

EN

The paper investigated the effect of irradiation with an electron beam of energy 10 MeV in doses of 26–156 kGy on polytetrafluoroethylene with a 20% graphite additive. The tests have shown that changes in thermal properties of the composite (heat of crystallization, melting point, and degree of crystallinity) directly affected mechanical properties and contributed to the significant improvement of tribological properties. Tribological tests were performed on a pin-on-disc (T-01) test stand and counter-specimens were made of 1H18N9T steel. The load applied in the friction pair was 1 and 2 MPa (20 and 40 N). A nearly fourfold reduction in linear wear compared to the initial state for a load of 1 MPa has been shown. On the other hand, a more than 20-fold decrease in wear was found during tribological tests when the load was increased to 2 MPa. The most advantageous results were obtained for specimens irradiated with a dose of 104 kGy, and irradiation with a higher dose led to the degradation of the polymer and caused its wear to increase again. The obtained results hold promise for a significant improvement of the operational life of friction couples that do not require lubrication used, for example, in air compressors and engines, and for the possible application of thus modified polymers in nuclear and space industries.

PL

W artykule zbadano wpływ napromieniowania strumieniem elektronów o energii 10 MeV i dawkach 26–156 kGy na politetrafluoroetylen z 20% dodatkiem grafitu. Badania wykazały, że zmiany właściwości termicznych kompozytu (ciepło krystalizacji, temperatura topnienia, stopień krystaliczności) miały bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne oraz znaczną poprawę właściwości tribologicznych. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku trzpień-tarcza (T-01) przeciwpróbki wykonano ze stali 1H18N9T. Nacisk w węźle tarcia wynosił 1 i 2 MPa (20 i 40 N). Wykazano blisko 4-krotne ograniczenie zużycia liniowego w porównaniu do stanu wyjściowego dla nacisku 1 MPa. Przy zwiększeniu nacisku do 2 MPa podczas badań tribologicznych stwierdzono natomiast ponad 20-krotne zmniejszenie zużycia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla próbek napromieniowanych dawką 104 kGy; napromieniowanie większą dawką prowadziło do degradacji polimeru i ponownego wzrostu zużycia. Otrzymane wyniki rokują na znaczną poprawę trwałości eksploatacyjnej węzłów tarcia niewymagających smarowania stosowanych np. w sprężarkach powietrza, silnikach, a także możliwość zastosowania tak zmodyfikowanych polimerów w przemyśle jądrowym oraz kosmicznym.

3

The influence of isothermal oxidation parameters on the tribological properties of titanium

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

5--9

EN

The paper presents the results of tests concerning the tribological properties of titanium Grade 2 subjected to thermal oxidation at a temperature of 600°C and 700°C for 72 hours. The morphology of the obtained oxide scale was determined using a scanning electron microscope. After oxidation at 600°C, the resultant oxides concentrated mostly on the roughness elevations formed during the grinding of samples. On raising the temperature to 700°C, finer and more agglomerated oxide particles were formed. Tribological tests have shown that titanium Grade 2 in a non-oxidised condition is characterised by very poor resistance to sliding wear. It has been found that the presence of an oxide layer on the surface of titanium significantly improves its poor tribological properties. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed obtaining as much as a triple reduction of volumetric wear. Analysis of the morphology of the wear trace surface has shown the presence of corrugation wear on a non-oxidised specimen in the form of two alternate regions with different morphologies. It has been demonstrated that oxide layers obtained during thermal oxidation eliminate the phenomenon of corrugation wear.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 poddanego procesowi utleniania termicznego w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanej zgorzeliny tlenkowej. Po utlenianiu w temperaturze 600°C powstałe tlenki koncentrowały się głównie na wzniesieniach nierówności powstałych w trakcie procesu szlifowania próbek. Podwyższenie temperatury do 700°C prowadziło do powstawania drobniejszych, skupionych cząstek tlenków. Badania tribologiczne wykazały, że tytan Grade 2 w stanie nieutlenionym charakteryzuje się bardzo słabą odpornością na zużycie ścierne. Stwierdzono, że obecność warstwy tlenkowej na powierzchni tytanu w sposób znaczący poprawia jego słabe właściwości tribologiczne. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 i 700°C pozwoliły uzyskać redukcję zużycia objętościowego nawet 3-krotnie. Badania morfologii powierzchni śladów wytarcia wykazały występowanie zużycia falistego na próbce nieutlenionej w postaci dwóch naprzemianległych obszarów o różnej morfologii. Wykazano, że warstwy tlenkowe uzyskane w procesie utleniania termicznego skutecznie eliminują zjawisko zużycia falistego.

4

The effect of load on the tribological properties of magnesium alloy WE54 after precipitation hardening

Barylski A., Aniołek K., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

11--15

EN

The paper presents the effect of precipitation hardening on the mechanical and tribological properties of magnesium alloy WE54. Mechanical tests have shown that the hardness and Young’s modulus of the alloy increased as the ageing time became longer. Improvement of the mechanical properties had a direct influence on the tribological properties. Tribological tests were performed on a ball-on-disk tribometer, applying variable loads of 2, 5, and 10 N. In the tests, a more than fourfold decrease in the specific wear rate, a threefold reduction in the linear wear, and a ca. 20% reduction of the friction coefficient were observed. The best results were obtained for ageing time of 24 h. The extension of the heat treatment time to 48h caused overageing of the alloy, which resulted in the deterioration of its mechanical and tribological properties.

PL

W artykule przedstawiono wpływ utwardzania wydzieleniowego na właściwości mechaniczne i tribologiczne stopu magnezu WE54. Badania mechaniczne wykazały, że wraz ze wzrostem czasu starzenia rosła twardość i moduł Younga stopu. Poprawa właściwości mechanicznych miała bezpośredni wpływ na właściwości tribologiczne. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku ball-on-disk, zastosowano zmienne obciążenie (2, 5 i 10 N). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono ponad 4-krotne obniżenie specific wear rate, 3-krotne ograniczenie zużycia liniowego i ok. 20% spadek współczynnika tarcia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla czasu starzenia 24 h. Wydłużenie czasu obróbki cieplnej do 48 h powodowało przestarzenie stopu, co skutkowało pogorszeniem właściwości mechanicznych i tribologicznych.

5

The effect of irradiation with an electron beam on mechanical, sclerometric, and tribological properties of PTFE with a graphite additive

Barylski A., Kaptacz S., Aniołek K., Kupka M.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

29--36

EN

Polytetrafluoroethylene (PTFE) with a 15% graphite additive was subjected to irradiation using an electron beam of energy of 10 MeV in doses of 26, 52, 78, 104, and 156 kGy. The effect of electron beam irradiation on the mechanical, sclerometric, and tribological properties of the material was examined. It was found that the modification through irradiation entailed a gradual increase in the microhardness and Young's modulus as the absorbed dose of irradiation increased. A stereometric analysis of the scratch traces on the material allowed for the determination of the coefficients of the wear micromechanism, β, and resistance to wear, Wβ. After irradiation (especially with a dose of 104 kGy), a significant quantity of the material showed traces of ploughing; the value of the wear resistance coefficient Wβ for the PTFE subjected to cross-linking also increased considerably, which indicated a significant reduction of the tribological wear in relation to the initial material. Examination of abrasive wear of PTFE was performed for the polymer in its initial state and after modification through radiation on a pin-on-disc test stand, T-01. The tests have shown more than a five times reduction of the linear wear during the interaction with a titanium counter-specimen.

PL

Politetrafluoroetylen z 15% dodatkiem grafitu poddano napromieniowaniu strumieniem elektronów o energii wiązki 10 MeV, w dawkach 26, 52, 78, 104, 156 kGy. Zbadano wpływ napromieniowania na właściwości mechaniczne, sklerometryczne i tribologiczne tworzywa. Stwierdzono, że modyfikacja radiacyjna powoduje stopniowe podwyższenie mikrotwardości oraz modułu Younga w miarę wzrostu pochłoniętej dawki napromieniowania. Stereometryczna analiza śladów zarysowania materiału umożliwiła wyznaczenie wskaźnika mikromechanizmu zużycia β i odporności na zużycie Wβ. Po napromieniowaniu (zwłaszcza dawką 104 kGy) znacząca ilość materiału ulega bruzdowaniu; silnie rosła także wartość wskaźnika odporności na zużycie Wβ PTFE poddanego sieciowaniu, co wskazywało na znaczne ograniczenie zużycia tribologicznego w stosunku do materiału wyjściowego. Badania zużycia ściernego politetrafluoroetylenu wykonano dla polimeru w stanie wyjściowym oraz po zmodyfikowaniu radiacyjnym na stanowisku T-01 w skojarzeniu trzpień–tarcza. Testy wykazały ponadpięciokrotne zmniejszenie zużycia liniowego podczas współpracy z tytanową przeciw-próbką.

6

Mechanical and tribological properties of oxide layers obtained on Ti-6Al-7Nb alloy

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

9--17

EN

The research presented in the paper was focused on determining the effects of thermal oxidation parameters on the mechanical and tribological properties of oxide layers formed on Ti-6Al-7Nb titanium alloy for biomedical applications. Titanium alloy was oxidized at 600 and 700°C for 72h. The study found that, at lower temperatures, the oxidized alloy surface was covered by a nonuniform oxide layer. A 100°C increase in the treatment temperature yielded a uniform layer covering the whole surface of the alloy. Hardness measurements showed that thermal oxidation resulted in the formation of oxide layers characterized by a 3-fold higher hardness compared to untreated alloy. Tribological tests showed that thermal oxidation effectively improves the resistance of Ti-6Al-7Nb alloy to sliding wear. Tribological tests demonstrated that an increased oxidation temperature was associated with improved resistance to sliding wear.

PL

Przedstawione w pracy badania koncentrują się nad określeniem wpływu parametrów utleniania termicznego na właściwości mechaniczne i tribologiczne warstw tlenkowych otrzymanych na biomedycznym stopie tytanu Ti-6Al-7Nb. Proces utleniania termicznego przeprowadzono w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Stwierdzono, że w niższej temperaturze utleniania powierzchnia stopu była pokryta nierównomiernie warstwą tlenkową. Podwyższenie temperatury utleniania termicznego o 100°C pozwoliło uzyskać jednolitą warstwę, w całości pokrywającą powierzchnię stopu. Pomiary twardości wykazały, że proces utleniania termicznego umożliwił otrzymanie warstw tlenkowych charakteryzujących się 3-krotnie wyższą twardością w porównaniu z twardością stopu niepoddanego utlenianiu. Badania tribologiczne wykazały, że utlenianie termiczne stanowi skuteczną metodę poprawy odporności na zużycie ścierne stopu Ti-6Al-7Nb. W testach tribologicznych wykazano, że wraz ze wzrostem temperatury utleniania odporność na zużycie ścierne ulegała zwiększeniu.

7

Characteristic of Oxide Layers Obtained on Titanium in the Process of Thermal Oxidation

Aniołek K., Kupka M., Barylski A., Mieszczak Ł.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

853--856

EN

Thermal oxidation in air may be one method to improve the properties of titanium and its alloys through its influence on the structure and properties of the material’s surface layer. This paper presents a description of oxide layers obtained on the surface of Grade 2 titanium as a result of oxidation at temperatures of 600 and 700°C. On the basis of kinetic curves, it was found that the intensity of oxide layer growth increased with oxidation temperature. Studies of the surface morphology of oxide layers showed that the size of the formed oxide particles was greater following oxidation at 600°C. The obtained layers were subjected to X-ray phase analysis and microhardness measurements. Irrespective of oxidation temperature, the scale consisted of TiO2 oxide in the crystallographic form of rutile and of Ti3O oxide. The hardness of oxide layers amounted to around 1265 HV and was more than 4 times higher compared to the material in i ts initial state.

8

Dimensional Changes, Microstructure, Microhardness Distributions And Corrosion Properties Of Iron And Iron-Manganese Sintered Materials

Kupková M., Hrubovčáková M., Zeleňák A., Sułowski M., Ciaś A., Oriňáková R., Morovská Turoňová P., Žáková K., Kupka M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

639--642

EN

Iron samples and Fe-Mn alloys with Mn content of 25 wt.% and 30 wt.% were prepared by blending, compressing and sintering with the aim to study their dimensional changes, microstructure, microhardness distribution and primarily the electrochemical corrosion behaviour in a simulated body environment. The light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and micro-hardness measurements revealed a microheterogeneous multiphase structure of sintered Fe-Mn samples. The potentiodynamic tests have demonstrated that the corrosion rates of such Fe-Mn alloys immersed in Hank’s solution were higher than those for a pure iron, and also higher than the rates reported for homogeneous Fe-Mn alloys.

PL

Próbki żelazne oraz stopy Fe-Mn, zawierające 25 i 30% mas. Mn, przeznaczone na biomateriały, zostały przygotowane na drodze mielenia, prasowania oraz spiekania w celu zbadania ich zmian wymiarowych, mikrostruktury, rozkładu mikrotwardości oraz odporności korozyjnej w skumulowanych w warunkach laboratoryjnych, panujących w ciele człowieka. Badania z wykorzystaniem mikroskopii optycznej i skaningowej, wraz z EDX oraz pomiary mikrotwardości ujawniły mikroniejednorodność wielofazowej struktury spiekanych stopów Fe-Mn. Testy potentiometryczne wykazały, że współczynniki korozji spieków Fe-Mn były wyższe niż spieków wykonanych z czystego żelaza oraz z jednorodnych stopów Fe-Mn.

9

Modyfikacja powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb w procesie utleniania izotermicznego

Mierzwa M., Aniołek K., Kupka M.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2014

|

R. 59, nr 6

279--284

PL

Celem pracy było określenie zmian struktury stopu tytanu podczas izotermicznego utleniania. Badano stop Ti-6Al-7Nb w stanie wyjściowym i po utlenianiu w zakresie temperatury 500-800 °C, w czasie do 72 h. Opisano kinetykę utleniania stopu oraz skład fazowy i morfologię powierzchni tworzącej się zgorzeliny. W temperaturze utleniania 700 i 800 °C proces utleniania miał przebieg paraboliczny. Skład fazowy warstw tlenkowych był złożony i zmieniał się wraz z temperaturą utleniania, przy czym przeważająca fazą był rutyl. Ciągłą i równomierną warstwę zgorzeliny otrzymano w wyniku utleniania w temperaturze 700 i 800 °C.

EN

Titanium and its alloys are nowadays the most prospective engineering materials and biomedical materials. Despite its advantages,titanium alloys are characterized by low resistance to abrasive wear. One of the most effective methods of the surface engineering for improving the properties of the surface layer on titanium and its alloys is the isothermal oxidation.Changes in the structure and properties of the surface layer can influence in a wide range on processes occurring on the surface of titanium and its alloys. The aim of the study was defining the changes in the structure of titanium alloy during isothermal oxidation. The alloy Ti-6Al-7Nb (before and after oxidation in 500-800 °C for up to 72 hours) was examined.Then, the kinetics of oxidation, phase composition and morphology of the surface were described. At 700 and 800 °C the oxidation process had a parabolic course. The highest weight gain was observed at 800 °C. It was more than twice higher than that obtained at 700 °C in the same time interval. It has been proven that the intensity of the weight gain goes up with temperature and time of oxidation. The morphology of the obtained oxide layer structure was tested in a scanning electron microscope. The layer formed at 600 °C did not cover the whole surface of the sample. Along with the increase of annealing temperature the continuity of the oxide layer also increased. After oxidation at 800 °C the surface of the oxide layer was more developed. For identifying the phases occurring in the obtained oxide layers the phase composition was tested using X-ray diffractometer. The phase analysis revealed that after oxidation at 600 °C four phases were formed: TiO2 as anatase and rutile, NbO, and α-titanium. After oxidation at 700 °C there were detected two phases: TiO2 as rutile and α-titaniu while after oxidation at 800 °C revealed the presence of three phases: TiO2 as rutile, α-Al2O3 and α-Ti. The phase composition of oxide layers was complex and varied with the temperature of the oxidation, but the vast majority of it was dominated by the rutile. It turned out that the oxidation at 700 and 800 °C during 72 h was very effective treatment method because the layer — compact crystalline layer of TiO2 as rutile and a mixture of rutile and stable α-Al2O3 was obtained.

10

Modyfikacja powierzchni tytanu w procesie utleniania izotermicznego

Aniołek K., Kupka M., Dercz G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 8

509--512

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące modyfikacji powierzchni tytanu Grade 2 w procesie utleniania izotermicznego. W badaniach eksperymentalnych opisano kinetykę utleniania badanego materiału w zakresie temperatury 500÷800°C. Wykazano, że im wyższa temperatura, tym intensywniej zachodzą procesy tworzenia się zgorzeliny tlenkowej. Największy przyrost masy stwierdzono w przypadku próbek utlenianych w temperaturze 800°C. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanych warstw tlenkowych. Po utlenianiu w temperaturze 600°C cząstki wytworzonych tlenków były wyraźnie większe. Podwyższenie temperatury prowadziło do powstawania drobnych, zwartych cząstek w warstwie tlenkowej. W celu identyfikacji faz otrzymanych warstw tlenkowych wykonano badania składu fazowego z wykorzystaniem dyfraktometru rentgenowskiego. Stwierdzono, że w temperaturze 600 i 700°C dominującą fazą jest TiO2 w odmianie krystalograficznej rutylu oraz Ti3O. W temperaturze 800°C obserwowano tworzenie się samego rutylu.

EN

The paper presents results of research on surface modification of titanium Grade 2 by isothermal oxidation. Experimental studies described the oxidation kinetics of the test material in the temperature range 500÷800°C. It was shown that the higher the temperature, the more intensive processes occur in the oxide scale formation. The largest weight gain was observed for the samples oxidized at 800°C. The morphology of the layers of oxide was determined by scanning electron microscope. Oxidation at 600°C produced clearly larger oxide particles, while increasing the temperature leads to the formation of small, dense particles in the oxide layer. In order to identify the ingredients of the oxide layers the phase composition was performed using X-ray diffractometer. It was found that at 600 and 700°C the dominant phase is a rutile as variety of crystallographic of the TiO2 and Ti3O. At a temperature of 800°C solely the rutile formation was observed.

11

Utlenienie wieloskładnikowego aluminidku żelaza na osnowie fazy FeAl

Kulak K., Kupka M., Dercz G.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

510-513

PL

Szerokie zainteresowanie stopami na osnowie faz międzymetalicznych, w tym na bazie fazy FeAl, wynika z ich unikalnych właściwości fizykochemicznych, które wzbudziły uzasadnione oczekiwania na opracowanie nowej grupy wysokotemperaturowych materiałów konstrukcyjnych. W literaturze brak jest wyczerpujących informacji na temat wpływu dodatków stopowych na proces utleniania aluminidków żelaza. W pracy przedstawiono właściwości utleniania aluminidku żelaza (FeAl) z makrododatkiem Cr oraz mikrododatkami Zr i B, w zakresie temperatury od 700°C do 1100°C w ciągu do 200 h. Produkty procesu utleniania badano metodą dyfrakcji rentgenowskiej i za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego. Otrzymane wyniki porównano z danymi literaturowymi dla stopów FeAl. Stwierdzono, że dodatek chromu może przyczynić się do zwiększenia odporności na utlenianie aluminidku żelaza. Obserwowano miejscowe łuszczenie się zgorzeliny w temperaturze 1100°C. Pękanie zgorzeliny mogło być spowodowane przez naprężenia cieplne indukowane podczas chłodzenia stopu z temperatury utleniania. Oddziaływanie cyrkonu może poprawić przyczepność zgorzeliny do podłoża FeAl.

EN

Widely interest in alloys based on the matrix of ordered intermetallic phases, including on the FeAl base, due to their unique physicochemical properties, which excited a justified expectations of a development of new high-temperature construction materials. In a literature is not much information about influence of alloy additions on the oxidation process of iron aluminides. The paper presents the oxidation behaviour of iron aluminide (FeAl) with Cr macroaddition and Zr, B microadditions in the temperature range of 700°C to 1100°C, during up to 200 hours. The oxidation products were identified examined by X-ray diffraction (XRD) and using scanning electron microscopy (SEM). The results obtained have been compared with the data, available in the literature, for the FeAl alloys. It has been found that the chromium addition perhaps contributes to increasing the iron aluminide oxidation resistance. Limited scale spallation was obserwed at 1100°C. Scale failure can results from the thermal stresses in the scale induced during cooling of the alloy from the oxidation temperature. The zirconium action can caused of increased adhesion of the scale to the FeA l substrate.

12

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

Kupka M., Stępień K., Kulak K.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 5

1324-1327

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.

13

Modified method of Burger’s vector identification in a B2 structure

Kupka M., Nieśpiałowski N.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 2

99-103

EN

Certain ambiguity of dislocation's Burger's vector identification methodology used so far, with the utilisation of so-called 'two-beam' diffraction, has been encountered during the studies on the mechanism of iron aluminides of B2 FeAl structure deformation [1]. It allowed a possibility of making an error at Burger's vector determination despite the correctness of all related actions performance. This paper is aimed at presentation of a new approach to the problem of studied dislocation Burger's vector determination in B2 alloys, based on the contrast decay criterion, eliminating a possibility to assign incorrect Burger's vector to specific dislocation and at the same time substantially facilitating and accelerating the process of identification. Relevant tables (1 and 2) have been proposed, which provide the values of vector products (b×g) of diffraction vectors g and Burger's vectors b of dislocations for orientation <001>, [111] and <101>, helpful in obtaining an unambiguous result. The last part of the paper presents an example of using the modified method of Burger's vector determination for dislocations existing in the structure of undeformed Fe-38.4Al-4.98Cr-0.17Zr-0.016B (at. %) alloy.

PL

Podczas badania mechanizmu odkształcania aluminidków żelaza o strukturze B2 FeAl [1], napotkano na pewną niejednoznaczność stosowanej dotąd metodyki identyfikacji wektora Burgersa dyslokacji, z wykorzystaniem tzw. dyfrakcji "dwuwiązkowej". Dopuszczała ona możliwość popełnienia błędu przy wyznaczaniu wektora Burgera, mimo poprawności wykonania wszystkich związanych z tym czynności. Celem obecnej pracy było przedstawienie nowego sposobu podejścia do problemu wyznaczania wektora Burgersa badanej dyslokacji w stopach o strukturze B2, opartego o kryterium zaniku kontrastu, eliminującego możliwość przypisania danej dyslokacji niewłaściwego wektora Burgersa, a jednocześnie znacznie ułatwiającego i przyśpieszającego proces identyfikacji. Zaproponowano stosowne tabele (1 i 2), w których podano wartości iloczynów wektorowych (b×g) wektorów dyfrakcji g i wektorów Burgera b dyslokacji dla orientacji <001>, [111] oraz <101>, pomocne w uzyskaniu jednoznacznego wyniku. Ostatnia część artykułu zawiera przykład wykorzystania zmodyfikowanej metody do określenia wektorów Burgersa dyslokacji obecnych w strukturze nieodkształconego stopu Fe-38,4Al-4,98Cr-0,17Zr-0,016B (% at.).

14

Electrodeposition of composite Ni+FeAl gradient coatings

Łosiewicz B., Budniok A., Stępień K., Kupka M.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 1

94-98

EN

An electrolytic co-deposition technique has been successfully used to prepare the composite Ni+FeAl gradient coatings with a continuous compositional gradient. Production of this functional gradient material (FGM) was carried out by simultaneous electrodeposition of nickel with FeAl powder on a copper substrate from a bath in which iron aluminide particles concentration was increased gradually and suspended by mechanical stirring (Fig. 1). Electroplating of the Ni+FeAl FGMs was conducted under constant current conditions at room temperature (Tab. 1). The microstructure, distribution and percentage volume fraction of FeAl powder in the deposit, were analyzed and determined by metallographic microscope. Surface morphology was carried out using a scanning electron microscope (SEM). Structural investigations were conducted by XRD. The microhardness (žHV) of the deposit was determined with a Vickers diamond testing machine. The percentage volume fraction of iron aluminide for composite Ni+FeAl gradient coatings plated under proposed conditions indicated that the FeAl particle content in the deposit increased gradually in the direction of the deposit growth from 0 to 39.3 vol.% (Fig. 2). The microstructure of a cross-section (Fig. 3) and SEM observations of the deposit surface morphology (Fig. 4) revealed that FeAl particles were uniformly distributed in the Ni matrix and their content increased gradually throughout the thickness. Microstructural transition with composition of the FeAl FGM including a nickel matrix, a dispersive structure, a network structure, and an alternative dispersive structure, have been discussed. The phase composition investigations of the Ni+FeAl FGM exhibited a diphase composite structure with a polycrystalline nickel matrix into which the solid crystalline FeAl particles with the B2 structure were embedded (Fig. 5). The Vickers microhardness as a function of the thickness of the gradient deposit has been also determined (Fig. 6). It increased with a gradual increase in the thickness from 196.9 for pure nickel up to 453.1 žHV for the top layer of the deposit. It was found that embedding of FeAl particles with high intensity and hardness in the Ni matrix, started to harden and strengthen the deposit.

PL

Warstwy kompozytowe Ni+FeAl o ciągłym gradiencie składu chemicznego otrzymywano techniką elektrolitycznego współosadzania. Otrzymywanie takiego funkcjonalnego materiału gradientowego (FMG) realizowano poprzez jednoczesne współosadzanie niklu i proszku FeAl na podłożu miedzi z kąpieli zawiesinowej, w której zawartość cząstek aluminidku żelaza była stopniowo zwiększana. W celu utrzymania proszku FeAl w postaci zawiesiny stosowano mieszanie mechaniczne (rys. 1). Elektroosadzanie FMG Ni+FeAl prowadzono w warunkach galwanostatycznych w temperaturze pokojowej (tab. 1). Mikrostrukturę, rozkład i procentowy udział objętościowy cząstek FeAl w warstwach analizowano za pomocą mikroskopu metalograficznego. Badania morfologii powierzchni realizowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Badania strukturalne prowadzono metodą rentgenowskiej analizy fazowej. Pomiary mikrotwardości (žHV) warstw wykonano za pomocą mikrotwardościomierza Vickersa. Procentowy udział objętościowy aluminidku żelaza w kompozytowych warstwach gradientowych Ni+FeAl, otrzymanych w proponowanych warunkach, wskazuje, że zawartość cząstek FeAl w warstwie wzrasta stopniowo w kierunku wzrostu warstwy od 0 do 39,3% obj. (rys. 2). Obserwacje mikrostruktury zgładu poprzecznego (rys. 3) i morfologu powierzchni warstw (rys. 4) wykazują, że cząstki FeAl są jednorodnie rozmieszczone w osnowie Ni i ich zawartość wzrasta stopniowo ze wzrostem grubości warstwy. W pracy dyskutowane są przemiany mikrostrukturalne FMG Ni+FeAl wywołane zmianą składu chemicznego z uwzględnieniem osnowy niklowej, struktury dyspersyjnej, struktury komórkowej i alternatywnej struktury dyspersyjnej. Badania składu fazowego FMG Ni+FeAl wykazują dwufazową strukturę kompozytu o osnowie polikrystalicznego niklu, w której zabudowane są krystaliczne cząstki stałe FeAl o strukturze B2 (rys. 5). Określono także mikrotwardość Vickersa jako funkcje grubości warstw gradientowych (rys. 6). Mikrotwardość rośnie ze stopniowym wzrostem grubości warstwy od 196,9 dla czystego niklu do 453,1 žHV dla górnej warstwy FMG. Stwierdzono, że zabudowanie w osnowie Ni cząstek FeAl o wysokiej gęstości i twardości powoduje utwardzenie i umocnienie warstwy.

15

Próby plastometryczne stopu na osnowie fazy międzymetalicznej FeAl

Kupka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

788-790

PL

Przedstawiono wyniki prób skręcania na gorąco stopu Fe40Al5Cr0,2Mo0,2Zr0,02B otrzymanego metodą indukcyjnego topienia. Próby prowadzono na plastometrze typu Sataram w zakresie temperatur 1123-1273 K, przy prędkościach odkształcania 0,06, 0,24, 0,48 i 2,42 s do -1, zbliżonych do stosowanych w procesach przeróbki plastycznej. Zaobserwowano zjawisko nadplastyczności w badanym stopie. Kształt uzyskanych krzywych płynięcia wskazywał na wystąpienie rekrystalizacji dynamicznej podczas nadplastycznego odkształcania. Potwierdziły to wyniki badań struktury stopu. Obserwowano również oznaki dynamicznego zdrowienia. Wyznaczona wartość energii aktywacji Q=343 kJ/mol potrzebnej do zapoczątkowania rekrystalizacji dynamicznej jest bliska do energii aktywacji dyfuzji aluminium w fazie FeAl. Na podstawie otrzymanych wyników należy stwierdzić, że odlany stop na osnowie fazy międzymetalicznej FeAl może być przerabiany plastycznie na gorąco przez nadplastyczne kształtowanie.

EN

The results of hot torsion tests of the Fe-40Al-5Cr-0.2Mo-0.2Zr-0.02B alloy obtained by means of the inductive melting method, have been presented. Tests were carried out using a Sataram plastometer in the temperatures range of 1123-1237 K, under a deformation speed of 0.06, 0.24, 0.48 and 2.42 s to the -1 close to speed values applied in a plastic working. An effect of the superplasticity in the tested alloy was observed. A shape of obtained flow curves indicated an occurrence of the dynamic recrystallization during the superplastic deformation. It was also proved in the alloy structural investigations. Symptoms of a dynamic recovery were also observed. The evaluated value of the activation energy of Q=343 kJ/mol indispensable to the dynamic recrystallization initiation was close to the activation energy of an aluminium diffusion in the FeAl phase. On the ground of obtained results it has been found that the tested alloy based on the intermetallic phase FeAl can be hot-worked applying a superplastic forming.

16

Temperature changes of yield strength of alloy on the matrix of FeAl phase.

Kupka M., Nieśpiałowski N.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 4

514-516

EN

Dislocation structure was studied in Fe-45Al-4Cr-0,1Zr-0,02B alloy plastically deformed in the temperature range from room temperature to 1073K. The yield stress in the whole studied temperature range was found to increase compared to binary FeAl alloys and the peak of yield stress was found to be shifted towards higher temperatures. Observations of the dislocation structure have shown that movement of <111> type dislocations plays a leading role in the deformation both at higher temperatures, and at room temperature.

PL

Badano strukturę dyslokacyjną stopu Fe-45Al-4Cr-0,1Zr-0,02B odkształcanego plastycznie w zakresie od temperatury pokojowej do 1073K. Stwierdzono zwiększenie wartości granicy plastyczności stopu w całym badanym zakresie temperatur w porównaniu do podwójnych stopów FeAl i przesunięcie w stronę wyższych temperatur piku granicy plastyczności. Obserwacje struktury dyslokacyjnej wykazały, że wiodącą rolę w procesie odkształcenia plastycznego zarówno w podwyższonych temperaturach, jak i w temperaturze pokojowej, odgrywa ruch dyslokacji typu <111>.

17

Technologiczne aspekty wytapiania i odlewania stopów na osnowie fazy międzymetalicznej typu FeAl

Barcik J., Gierek A., Kupka M., Mikuszewski T., Prandzioch T., Stępień K.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2001

|

Vol. 68, nr 6

214-223

PL

W artykule zamieszczono wyniki badań nad opracowaniem technologii wytwarzania stopów FeAl na drodze wytapiania i odlewania. Za kryterium oceny warunków technologicznych procesu posłużyły struktura i właściwości mechaniczne fazy Fe -40Al (% at). Faza FeAl o takim składzie chemicznym stanowi osnowę wiekszości auminidków żelaza.

EN

Testing results of melting and casting FeAl alloys are presented. Engineering conditions were estimated on the basis of structure and mechanical properties of Fe - 40Al (% at) phase. Such chemical analysis of FeAl phase is the groundmass in majority of ferro - aluminium.

18

Some factors plastifying alloys on the matrix of intermetallic FeAl compound.

Barcik J., Kupka M., Nieśpiałowski N.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

897-900

EN

The effect of alloying elements, heat treatment, deformation rate and plastic working on mechanical properties of alloys on the matrix of intermetallic FeAl compound vacuum cast to sand moulds. It has been found that the introduction of such elements as Cr, Ni, Ti, Nb or Mn to the alloy has caused only a strengthening without improvement of plasticity. The homogenizing has noticeably improved plasticity. The largest increase in plasticity was caused by hot rolling that has also resulted in substantial grain refining in the FeAl alloy.