Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

New diamond composite tools and their impact on AISI 4140 alloy steel surface after slide burnishing

Szutkowska Magdalena, Toboła Daniel, Jaworska Lucyna, Rozmus Marcin

Mechanik

|

2019

|

R. 92, nr 10

610--615

EN

Working parts of slide burnishing tools were made from two new diamond composites with ceramic bonding: MAX Ti3GeC2 and TiB2nano phases, respectively. Microstructure and micro composition were analyzed by scanning and transmission electron microscopy and X-ray diffraction. Vickers hardness HV1 values were 36 and 46 GPa, Young’s moduli 490 and 560 GPa, tensile strengths 400 and 560 MPa, fracture toughness 8.4 and 11.0 MPa·m1/2 and friction coefficient values 0.63 and 0.56, respectively for the composites with MAX Ti3GeC2 and TiB2nano phases. The tools were tested by slide burnishing on previously turned AISI 4140 alloy steel bar. Improvement in the surface geometric structure was demonstrated for both materials, more so in the case of TiB2nano phase, as compared to burnishing bycomposites with MAX Ti3GeC2 phase.

PL

Części robocze narzędzi do nagniatania ślizgowego zostały wykonane z dwóch nowych kompozytów diamentowych ze spoiwem ceramicznym, odpowiednio z fazą MAX Ti3GeC2 i TiB2nano. Mikrostrukturę i skład chemiczny w mikroobszarach analizowano za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz dyfrakcji rentgenowskiej. Parametry kompozytów z fazami MAX Ti3GeC2 i TiB2nano wynosiły odpowiednio: twardość Vickersa HV1 – 36 i 46 GPa, moduł Younga – 490 i 560 GPa, wytrzymałość na ściskanie promieniowe – 400 i 560 MPa, odporność na pękanie – 8,4 i 11,0 MPa·m1/2, współczynnik tarcia – 0,63 i 0,56. Narzędzia testowano poprzez nagniatanie ślizgowe na uprzednio toczonym pręcie ze stali stopowej AISI 4140. Wykazano poprawę struktury geometrycznej powierzchni dla obu materiałów – większą dla końcówki z fazą TiB2nano w porównaniu do nagniatania końcówką z fazą MAX Ti3GeC2.

2

Structure and properties of the graphene and diamond–copper composites fabricated by the high pressure – high temperature method

Janik K., Czeppe T., Jaworska L., Figiel P., Lityńska-Dobrzyńska L., Ozga P.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

502--503

EN

The paper presents results of microstructural examina-tion as well as chosen mechanical properties of graphene and diamond rich-copper composites fabricated by the high pressure-high temperature method. The composites were tested for density and elastic properties of the sintered compacts by use ultrasonic flaw detector.

PL

Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i wybranych właściwości kompozytów grafen-miedź oraz diament syntetyczny-miedź, o wysokiej zawartości grafenu oraz diamentu, wytworzonych za pomocą metody wysokiego ciśnienia-wysokiej temperatury. Wyznaczono gęstości pozorne spieków oraz własności sprężyste metodą defektoskopii ultradźwiękowej.

3

Nowe możliwości badawcze Centrum Badań Materiałów i Technologii Spiekania SINTERCER

Putyra P., Jaworska L., Klimczyk P., Cyboroń J., Cygan S., Skrabalak G.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

430--437

PL

Przedstawiono założenia realizowanego przez Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania międzynarodowego projektu pt.: „Rozwój centrum procesów spiekania i wymiana wiedzy dotyczącej metod spiekania specjalnych materiałów kompozytowych o osnowie ceramicznej w warunkach braku równowagi termodynamicznej” – REGPOT-CT-2013-316232-SINTERCER. Scharakteryzowano zakres prac obejmujących modernizację aparatury do spiekania wysokociśnieniowego materiałów supertwardych oraz przedstawiono cel i możliwości aparatury badawczej zakupionej w ramach projektu.

EN

Presented are the requirements for the international cooperation Project entitled: “Development of a SINTERing CEntRe and exchange of know-how on the methods of advanced ceramic composite materials sintering process under non-equilibrium conditions of, REGPOT-2012-2013-1 EU FP7 Research Potential” – REGPOT-CT-2013-316232-SINTERCER. The scope of modernization of equipment used for high-pressure sintering of super-hard materials is specified as well as the purpose and capacities of the research equipment procured under this project.

4

Wpływ warunków procesu spiekania na wybrane właściwości kompozytu TiN-TiB2

Wyżga P., Zybura-Skrabalak M., Jaworska L., Szutkowska M.

Prace Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Zeszyty Naukowe

|

2015

|

nr 91

125--125

PL

Azotki i borki metali przejściowych z grupy IV, V, VI układu okresowego (np. Ti, Zr, Nb, Ta) charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, takimi jak twardość, moduł Younga czy odporność na działanie wysokich temperatur. W porównaniu z tlenkami odznaczają się lepszą stabilnością chemiczną w wysokich temperaturach i odpornością na pękanie powierzchniowe. Kombinacja tych właściwości powoduje, że coraz częściej podejmowane są próby otrzymania kompozytów o osnowie borków i azotków, o jak najlepszym zagęszczeniu, do zastosowań wysokotemperaturowych oraz do pracy w warunkach zużycia ściernego. Dotychczasowe badania wykazały, że kompozyt TiN–TiB2 charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami tribologicznymi w wysokich temperaturach. Niska spiekalność azotków i borków wynika z ich wysokiej temperatury topnienia oraz niskiego współczynnika dyfuzji. Według danych literaturowych trudności w otrzymywaniu kompozytów TiN–TiB2 wiążą się również z utratą azotu podczas spiekania, które to zjawisko obserwujemy w temperaturach powyżej 1800°C. Proces ten wpływa na wzrost porowatości i obniżenie właściwości mechanicznych kompozytu. Otrzymanie kompozytu składającego się z tych dwóch faz, o wysokim stopniu zagęszczenia, w tym przypadku jest trudne do realizacji metodami konwencjonalnymi, dlatego prowadzone są próby spiekania z wykorzystaniem reakcyjnej metody SHS, która wymaga zastosowania prekursorów Ti, BN, B lub TiH2 i BN. Mieszanki proszków TiN–TiB2 spiekane są zazwyczaj metodami HP, HIP, ciśnieniowymi z bezpośrednim grzaniem przepływającym prądem SPS/FAST lub reakcyjnie (SPS–SHS). Wytworzenie kompozytu TiN–TiB2 o dobrych właściwościach mogłoby poszerzyć zastosowanie TiN i TiB2, ograniczone ze względu na trudną spiekalność. W prezentowanej pracy przeprowadzono analizę wpływu dodatku TiB2 na spiekalność i właściwości fizyczno-mechaniczne kompozytów TiN–TiB2 z wykorzystaniem różnych metod spiekania tj. swobodnego, mikrofalowego, SPS/FAST, HP–HT. Przeprowadzono analizę spiekalności mieszanek mikrometrycznych i nanometrycznych proszków TiN–TiB2. Zastosowano dwa rodzaje mieszanek: 70% mas. TiN – 30% mas. TiB2, 50% mas. TiN – 50% mas. TiB2. Z analizy wykresu fazowego materiałów TiN–TiB2 wynika, że temperatura topnienia wytypowanych mieszanek powinna być niższa od temperatury topnienia każdej z faz TiN i TiB2. Badania wykazały, że kompozyt z 30% mas. TiB2 ma wyższą gęstość względną od kompozytów z 50% masy TiB2. Materiały o najwyższych właściwościach fizycznych i mechanicznych otrzymano z proszków mikrometrycznych o składzie 70% mas. TiN – 30% mas. TiB2 i 50% mas. TiN – 50% mas. TiB2. Uzyskane właściwości fizyczne i mechaniczne w spiekach TiN–TiB2 otrzymanych metodami wykorzystującymi podwyższone ciśnienie SPS/FAST, HP–HT, wskazuje na możliwość spiekania tych materiałów w temperaturze niższej o 600°C w porównaniu do spiekania swobodnego. W typowym procesie spiekania swobodnego wygrzewanie w temperaturze wytrzymania trwa godzinę, podczas gdy spiekanie SPS/FAST i HP–HT w przypadku badanych kompozytów wyniosło odpowiednio 5 minut i 40 sekund. Z rezultatów badań wynika, że metody ciśnieniowe intensyfikują procesy dyfuzyjne, co prowadzi do ograniczenia czasu spiekania do kilku minut w metodzie SPS/FAST lub sekund w metodzie wysokociśnieniowej. Wykazano jednoznacznie korzystny wpływ metody SPS/FAST na proces spiekania kompozytu TiN–TiB2. Materiały spiekane tą metodą charakteryzują się korzystnym ściskającym charakterem naprężeń na powierzchni kompozytu i niewielkim rozrostem ziarna w porównaniu do spieków o tym samym składzie fazowym, otrzymanych metodą spiekania swobodnego. Wykazano także konieczność stosowania ciśnieniowych metod spiekania w przypadku nanoproszków TiN–TiB2. Uzyskane wyniki badań potwierdzają tezę, że zastosowanie niekonwencjonalnych technik spiekania pozwala otrzymać materiały o wyższym zagęszczeniu i lepszych właściwościach fizycznych i mechanicznych w porównaniu do materiałów otrzymanych metodą spiekania swobodnego, szczególnie w odniesieniu do nanoproszków TiN–TiB2.

EN

The work was carried out to investigate the influence of sintering conditions on nano and micropowders of TiN–TiB2. The conventional, microwave, SPS/FAST, and HP–HT sintering methods were used. Two types of mixtures containing 70% TiN - 30% TiB2 and 50% TiN – 50% TiB2 by mass were sintered. The analyzes of chemical and phase composition, microstructure examination by SEM and TEM, measurements of internal stresses, selected physical and mechanical properties (density, Young's modulus, microhardness, surface cracking resistance) and measurement of the nitrogen content by extracting heat were carried out. It has been clearly demonstrated that pressure methods of sintering like SPS/FAST and HP–HT have beneficial effect on consolidation process of the TiN–TiB2 composite. Materials sintered by these methods were characterized by good physical and mechanical properties. It was also shown that there is a need to use pressure method of compaction during sintering of TiN–TiB2 nanoparticles. The results confirm the thesis that the use of non-conventional sintering techniques allows to obtain materials with higher density and better physical and mechanical properties compared to the materials obtained by free sintering, particularly with regard to TiN–TiB2 nanopowders.

5

Modeling the effect of resistivity of the heating element on temperature distribution in the Bridgman-type toroidal anvils

Grabowski G.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 2CD

187--195

EN

The simulation was aimed to determine the effect of resistivity, one of the parts of the heating element on the temperature distribution in the sample during the sintering process in the Bridgman-type toroidal apparatus. Calculations were performed using finite element method (FEM). Geometric model which mapped graphite heating element, the sintered material and mineral-polymer gaskets, which fulfill the role of a pressure medium, as well as electrical and thermal insulator was used. Heating in the model is realized by the flow of electric current which changes as a function of time, corresponding to the actual values occurred during the sintering process. Model was calibrated on the basis of the measurement results, in which the registered temperature changes caused by changes in the electric power in time. The calibrated model showed a good agreement with experimental data. Then, a series of analyzes were performed in which the resistivity of one of the parts of the graphite heating element was progressively increased. Comparison of obtained temperature distribution results indicate, that the use a material of higher resistivity, leads to a reduction of the power required to obtain the expected temperature. However, it can negatively influence on temperature distribution in the sample during the sintering process.

PL

Przeprowadzona symulacja miała na celu określenie wpływu rezystywności jednej z części składowych elementu grzejnego na rozkład temperatury w próbce w trakcie procesu spiekania w toroidalnym kowadle Bridgmana. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych (MES) i wykorzystano w nich model geometryczny, odwzorowujący grafitowy element grzejny, w którym umieszczony był spiekany materiał, oraz otaczające go kształtki mineralno–polimerowe, pełniące równocześnie rolę medium przenoszącego ciśnienie i izolatora elektrycznego i cieplnego. Nagrzewanie w modelu było wywołane przepływem prądu elektrycznego, którego moc odpowiadała rzeczywistym wartościom stosowanym podczas procesów spiekania z wykorzystaniem urządzenia wysokociśnieniowo-wysokotemperaturowego - HPHT (High Pressure High Temperature). Kalibrację modelu, wykonano w oparciu o wyniki pomiaru, w którym rejestrowane były zmiany temperatury wywołane zmianami mocy prądu w czasie. Skalibrowany model, wykazywał dobrą zgodność z danymi doświadczalnymi. Wykonano szereg analiz, w których rezystywność jednego z elementów składowych grafitowego elementu grzejnego była stopniowo zwiększana. Porównanie uzyskanych wyników rozkładu temperatury wskazuje, że zastosowanie materiału o wyższej rezystywności prowadzi do obniżenia mocy potrzebnej do uzyskania żądanej temperatury, jednak może niekorzystnie wpływać na jej rozkład w próbce podczas procesu spiekania.

6

Austenitic stainless steel- TiB2 composites obtained by HP-HT method

Sulima I., Figiel P., Kurtyka P.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

245-250

EN

Titanium diboride has many advantages such as a high melting point, high Young's modulus, low density, good thermal conductivity and high Vickers hardness. Therefore, the addition of TiB2 to metal matrices has also been observed to greatly increase stiffness, hardness and wear resistance. The aim of the studies was to determine the influence of different contents of TiB2 ceramics on selected properties of AISI 316L austenitic stainless steel. Metal matrix composites containing TiB2 as a particulate phase were produced by high pressure-high temperature (HP-HT) sintering. Next, the apparent density (ρo) was measured using the hydrostatic method. The hardness was determined by the Vickers method. Young's modulus measurements of the sintered composites were also taken using the ultrasonic method of measuring the transition speed of transverse and longitudinal waves. This paper also presents the microstructure analysis of composites with different contents of TiB2 particles. The composite was analyzed by observations with an optical microscope, scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS). It was shown that the properties of the composites significantly depend on the sintering conditions. Generally, the application of a larger participation of strengthening phase improves the properties of the sintered composite materials. The microstructure of the composites with different contents of TiB2 consisted of a fine and uniform TiB2 particle distribution along the grain boundaries.

PL

Dwuborek tytanu charakteryzuje wysoka temperatura topnienia, wysoki moduł Younga, stosunkowo niewielka gęstość, dobra przewodność cieplna oraz wysoka twardość. Czyni to z ceramiki TiB2 materiał nadający się na umocnienie kompozytu o osnowie metalowej, ponieważ wpływa on na podwyższenie m.in. sztywności, twardości oraz odporności na ścieranie. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu różnej zawartości dwuborku tytanu na wybrane właściwości stali austenitycznej AISI316L. Kompozyty metalowe zawierające cząstki TiB2 otrzymano, stosując metodę wysokociśnieniowego- -wysokotemperaturowego (HP-HT) spiekania. Po procesie spiekaniu określono gęstość pozorną (ρo) poszczególnych kompozytów, twardość Vickersa przy obciążeniu 2,942 N oraz wartość modułu Younga, stosując metodę ultradźwiękową pomiaru prędkości przechodzenia fali poprzecznej i podłużnej. W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych kompozytów z różną zawartością cząstek TiB2. Analiza mikrostruktury obejmowała badania przy zastosowaniu mikroskopu optycznego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego wraz z analizą składu chemicznego (EDS). Wykazano, że właściwości kompozytów istotnie zależą od warunków spiekania. Generalnie, zastosowanie większego udziału fazy umacniającej wpływa na poprawę właściwości spiekanych materiałów kompozytowych. Badania mikrostruktury wykazały jednorodne rozmieszczenie cząstek TiB2 wzdłuż granic ziaren osnowy.

7

Spiekanie proszków diamentowych z udziałem nanocząstek

Jaworska L., Wyżga P., Stobierski L., Królicka B., Rozmus M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 6

1400-1403

PL

Polikrystaliczne spieki diamentowe znajdują największe zastosowanie w obróbce skrawaniem oraz wiertnictwie. Komercyjne spieki składają się najczęściej z warstwy diamentowo-kobaltowej na podłożu WC-Co. Obecność fazy kobaltowej w spiekanym diamencie obniża znacząco parametry spiekania wysokociśnieniowego. Stabilność cieplną polikrystalicznych materiałów diamentowych PCD (Polycrystalline Diamond Compact) można określić jako ich odporność na grafityzację w atmosferze obojętnej w wysokiej temperaturze. Jednym ze sposobów zwiększania odporności materiałów PCD jest zmniejszenie zawartości kobaltu. Drugim rozwiązaniem jest wytwarzanie spieków diamentowych bez kobaltu jako fazy wiążącej. W artykule przedstawiono wyniki badań wysokociśnieniowego spiekania diamentu z węglikiem Ti3SiC2 oraz z udziałem 5% mas. dodatków w postaci nanoproszków SiC oraz TiCN. Proszki mieszano w mieszalniku Turbula. Proces spiekania przeprowadzono z wykorzystaniem aparatury wysokociśnieniowej HP-HT (High Pressure-High Temperature) typu Bridgmana pod ciśnieniem 8 GPa, w temperaturze 1920÷50°C przez 30 s. Otrzymane w procesie spiekania materiały kompozytowe zostały poddane procesowi docierania na płycie żeliwnej, a następnie polerowane w celu uzyskania powierzchni odpowiedniej do dalszych badań. Wyznaczanie gęstości pozornej wykonanych spieków przeprowadzono metodą hydrostatyczną. Badanie modułu Younga wykonano metodą ultradźwiękową polegającą na pomiarze prędkości przechodzenia fali poprzecznej i podłużnej. Twardość próbek wyznaczono na zgładach metalograficznych sposobem Vickersa przy obciążeniu 9,8 N. Wykonano analizę mikrostruktury próbek za pomocą mikroskopu elektronowego skaningowego oraz określono rozmieszczenie krzemu na powierzchni metodą mikroanalizy rendgenowskiej EDS. Badane materiały charakteryzują się jednorodną mikrostrukturą, nieznaczną porowatością (poniżej 0,2%) oraz bardzo dużą twardością. Dla spieków diamentowych z udziałem nano-TiCN średnia twardość HV1 wynosi 5120=120, natomiast dla spieku diamentowego z nano-SiC 5260=100 HV1.

EN

Sintered polycrystalline diamond are the most use in the machining and drilling applications. Commercially available polycrystalline diamond compacts (PCD), consisting of a polycrystalline diamond-cobalt layer on a WC-Co substrate. The presence of cobalt phase in the sintered diamond significantly reduces the parameters of high-pressure sintering. The thermal stability of a PCD (Polycrystalline Diamond Compact) material can be defined as its resistance to graphitization in an inert atmosphere at elevated temperature. One of the possibilities to increase the thermal resistance of PCD materials is to reduce the cobalt content. A second is the manufacturing of diamond compacts with a non-cobalt bonding phase. The article presents the results of high pressure sintering of diamond Ti3SiC2 and 5% mass participation of the additives in the form of SiC and TiCN which characteristics are presented in the Table 1. Mixture of powders was prepared by using Turbula shaker-mixer. Sintered process was carried out by using a Bridgman-type high pressure apparatus at 8 GPa and temperature of 1920÷50°C for 30 seconds. Samples for Vickers hardness measurement were prepared through lapping on a cast iron plate with diamond paste. Density was measured by the hydrostatic method. Young's modulus of the HP-HT (High Pressure-High Temperature) samples were measured basing on the velocity of the ultrasonic transverse and longitudinal waves transition through the sample. In the Vickers hardness measurements a load of 9.8 N was applied. Results of investigation were shown in the Table 2. The results of the microstructure analysis were shown in Figure 1 and 2. Tested materials are characterized by a relatively homogeneous microstructure, small porosity and very high values of hardness. For diamond compacts with nano-TiCN average hardness HV1 is 5120=120, and for a diamond compacts with nano-SiC HV1 is 5260=100.