Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering

Cymerman K., Michalski A., Pakieła Z., Moszczyńska D.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 2

88--92

EN

This study presents properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering (PPS) with the participation of SHS reaction (Self-propagating High-temperature Synthesis). Ni3Al–diamond sinters were produced using Ni:Al (3:1 at.) powder mixtures with addition of 30 vol. % of diamond with grain size ranging from 16 to 60 μm. The sintering process was performed at 1000°C in 5 minutes under load of 100 MPa. Obtained sinters have above 99% theoretical density and show fine crystalline microstructure with relatively uniformed diamond particles, what can be observed in SEM images of polished and fracture surface. The fractures are brittle and have the intergranular character. The X-ray phase examinations have shown that each sinter contains Ni3Al, diamond and Ni3C. The sinters hardness was tested by the Vickers method and oscillated between 580 and 650 HV5. The average grain size of Ni3Al matrix in obtained composites ranged from 2.6 to 3.8 μm.

PL

Rosnące zapotrzebowanie na różnego rodzaju narzędzia skrawające skłania do poszukiwania nowszych i bardziej wytrzymałych materiałów. W przypadku narzędzi diamentowych, tj. takich z dyspersyjnie rozmieszczonymi cząstkami diamentu, bardzo ważną rolę odgrywa osnowa. Najczęściej stosowaną osnową są związki na bazie kobaltu i żelaza. Jednak ze względu na cenę, a przede wszystkim rakotwórczy wpływ na zdrowie, dąży się do wyeliminowania kobaltu. Materiałem mogącym go zastąpić mogą być związki z układu Ni–Al. Dużym zainteresowaniem naukowców w ostatnich latach cieszą się spiekane kompozyty Ni3Al z dodatkiem cząstek TiB2, TiC lub SiC.

2

Determination of γ′+γ / γ Phase Boundary in Ni-Al-Cr System Using DTA Thermal Analysis

Maciąg T., Rzyman K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

237--240

EN

Mechanical properties at elevated temperature, in modern alloys based on intermetallic phase Ni3Al are connected with phase composition, especially with proportion of ordered phase γ′ (L12) and disordered phase γ (A1). In this paper, analysis of one key systems for mentioned alloys - Ni-Al-Cr, is presented. A series of alloys with chemical composition originated from Ni-rich part of Ni-Al-Cr system was prepared. DTA thermal analysis was performed on all samples. Based on shape of obtained curves, characteristic for continuous order-disorder transition, places of course of phase boundaries γ′+γ / γ were determined. Moreover, temperature of melting and freezing of alloys were obtained. Results of DTA analysis concerning phase boundary γ′+γ / γ indicated agreement with results obtained by authors using calorimetric solution method.

3

Wysokotemperaturowe utlenianie cienkiej folii Ni3Al w atmosferze powietrza z dodatkiem SO2

Pietryka I., Żurek Z., Jaroń A., Jóźwik P.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 5

190--196

PL

Utleniano stop na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al w atmosferze powietrza i atmosferze powietrza z dodatkiem 1% SO2. Wytop stopu poddano obróbce plastycznej i wygrzewaniu rekrystalizującemu w 1000°C w atmosferze argonu. Proces utleniania prowadzono w temperaturze 900 i 1100oC przez 24 h. Stwierdzono, że na powierzchni próbek tworzy się dwuwarstwowa zgorzelina, zbudowana z NiO, Al2O3 oraz spinelu NiAl2O4. Wielkość przyrostu masy próbek zależy od składu atmosfery oraz temperatury. Dominującym procesem jest tworzenie się NiO. Stwierdzono, że niewielka ilość SO2 obniża szybkość korozji badanego stopu, co jest związane z reakcjami zachodzącymi na powierzchni zgorzeliny.

EN

An alloy based on the Ni3Al intermetallic phase matrix was oxidized in an atmosphere of air and in air containing 1% SO2. The alloy melt was subjected to plastic working and recrystallizing annealing at 1000°C under an atmosphere of argon. The oxidation process was carried out at 900 and 1100oC for 24 hours. It was found that two-layer scale composed of NiO, Al2O3 and NiAl2O4 spinel was formed on the sample surface. The rate of the sample weight increment depended on the composition of the atmosphere and temperature. The dominant process was the formation of NiO. Small amounts of SO2 were observed to reduce the corrosion rate in the investigated alloy, which was associated with reactions occurring on the surface of scale.

4

Wpływ wielkości cząstek diamentu na strukturę i właściwości kompozytów Ni3Al–diament wytwarzanych metodą impulsowo-plazmową

Cymerman K., Michalski A., Kulikowski K.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

506--510

PL

Obecnie trwają prace nad zastąpieniem osnowy z drogiego i rakotwórczego kobaltu w kompozytach metal–diament materiałem na bazie faz międzymetalicznych z układu Ni–Al. W pracy przedstawiono wpływ wielkości cząstek diamentu na właściwości kompozytów Ni3Al–diament otrzymanych metodą impulsowo- plazmową (PPS) z udziałem reakcji SHS (Self-propagating Hight-temperature Synthesis). Do mieszaniny proszków Ni:Al w proporcji 3:1 dodano 30% obj. proszku diamentu o rozmiarze cząstek 16÷20 oraz 40÷60 μm. Następnie próbki spiekano w temperaturze 900°C przez 5 minut pod ciśnieniem prasowania 100 MPa. Otrzymane spieki wykazują gęstość względną powyżej 98% i charakteryzują się drobnokrystaliczną strukturą z równomiernie rozmieszczonymi cząstkami diamentu, co potwierdzają obserwacje powierzchni zgładów i przełomów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Charakter przełomów jest kruchy, a mechanizm pękania międzykrystaliczny. Kompozyty Ni3Al–diament poddano także badaniu rentgenowskiej analizy fazowej, która poza fazą Ni3Al i diamentem wykazała obecność fazy Ni3C, bez względu na wielkość zastosowanego diamentu. Twardość Vickersa wynosiła 578±9 HV5 dla spieku Ni3Al–diament 16÷20 μm oraz 606±2 HV5 dla spieku Ni3Al–diament 40÷60 μm. Spieki Ni3Al–diament poddano badaniom odporności na zużycie przez tarcie metodą kula–tarcza. Zużycie kompozytów diamentowych jest znikome i praktycznie niemierzalne. Spiek z diamentem o cząstkach 40÷60 μm charakteryzował się mniejszym współczynnikiem tarcia niż spiek Ni3Al–diament 16÷20 μm. Podsumowując, wielkość cząstek diamentu zastosowanego w kompozytach Ni3Al–diament nie wpływa na mikrostrukturę. Zauważalnie zwiększają się właściwości mechaniczne (twardość, odporność na ścieranie) z zastosowaniem diamentu o większych cząstkach 40÷60 μm.

EN

There is an increasing number of research studies with aim to eliminate carcinogenic and expensive cobalt from metal–diamond composites and replace it by Ni–Al intermetallic phases. This study presents the influence of diamond particle size on the properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering (PPS) with the participation of SHS reaction (Self-propagating High-temperature Synthesis). Ni3Al–diamond sinters were produced using Ni:Al (3:1 at.) powder mixtures with addition of 30% vol. of diamond with grain size ranging from 16 to 60 μm. The sintering process was performed at 900°C in 5 minutes under load 100 MPa. Obtained sinters have above 98% theoretical density and shows fine crystalline microstructure with relatively uniformed diamond particles, what can be observed on SEM images of polished surface and fracture. The fractures are brittle and have the intergranular character. The X-ray phase examinations have shown that each sinters contains Ni3Al, diamond and Ni3C. Hardness of the sinters was tested by the Vickers method and was 578±9 HV5 for Ni3Al–diamond 16÷20 μm sinter and 606±2 HV5 for Ni3Al–diamond 40÷60 μm. Wear resistance of Ni3Al–diamond sinters, tested by ball-on-disc method, showed that wear ratio is non-measurable and Ni3Al–diamond 40÷60 μm sinter has much lower friction factor than Ni3Al–diamond 16÷20 μm. Presented research has shown no influence of diamond particle size used in Ni3Al–diamond sinters on structural properties, however an increase of mechanical properties in composite with diamond 40÷60 μm can be noticed.

5

Spieki NiAl i Ni3Al wytwarzane w reakcji SHS metodą PPS

Cymerman K., Michalski A.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 1

4--9

PL

Stosując metodę PPS (ang. pulse plasma sintering) z mieszaniny proszków Ni oraz Al z udziałem reakcji SHS (ang. self-propagation high-temperature synthesis) otrzymywano spieki NiAl i Ni3Al. Spiekanie prowadzono w temperaturze 1000 °C i 1100 °C w czasie 5 min przy ciśnieniu prasowania 100 MPa. Otrzymane spieki NiAl i Ni3Al, niezależnie od temperatury spiekania, miały gęstość względną powyżej 98%. Spieki miały drobnokrystaliczną mikrostrukturę. W spiekach NiAl średnie ziarno wynosiło ok. 8 µm, natomiast w spiekach Ni3Al ok. 4 µm. Twardość spieków NiAl otrzymywanych w temperaturze 1000 °C wynosiła 290 HV10, a spieków Ni3Al - 305 HV10.

EN

The NiAl and Ni3Al matrix composites were prepared from mixtures of Ni and Al powders by using pulse plasma sintering (PPS) with participation of the self-propagation high-temperature synthesis (SHS). The sintering processes were conducted under 100 MPa for 5 min at temperatures of 1000 °C or 1100°C. The NiAl and Ni3Al sinters had above 98% of theoretical density apart from the sintering temperature. Both NiAl and Ni3Al sinters had fine grained microstructures; an average grain size was 8 µm and 4 µm, respectively. The NiAl and Ni3Al bodies sintered at 1000 °C had the hardness of 290 HV10 and 305 HV10, respectively.

6

Microstructure of the NiAlV alloys subjected to the HPT deformation

Czeppe T., Korznikova G., Korznikov A. W., Lityńska-Dobrzyńska L., Świątek Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

447--452

EN

Some attention in physical metallurgy is devoted to the mechanisms of decomposition of the disordered phases via eutectoid transformation accompanied by the atomic ordering. In case of the non-pearlitic modes of transformation this concerns intermetallic phases of the general description A3B-A3C. The application of intensive deformation like HPT may introduce opposite mechanisms introducing some degree of the metastable disordered phase structure at room temperature. The paper presents results of the phase composition and microstructure studies of the alloys of composition Ni75AlxVy (where x =15, 10, 5 and y =10, 15, 20), which undergo the solid-state eutectoid decomposition at temperature 1281 K, in the equilibrium conditions. The alloys achieved by the cold crucible levitation method were later intensively deformed with the method of high pressure torsion (HPT). The alloys after HPT revealed homogenous, metastable L12 (Ni3Al) structure in place of the eutectoid product L12-D022. The average size of the Sherrer’s coherent diffraction volumes did not exceed 9 nm, suggesting nano-structure of the material. Transmission electron microscopy (TEM) and high resolution electron microscopy (HRTEM) revealed that the micro- and nano- deformation twins were the main feature of the microstructure, dividing volume into cells of the sizes similar to the coherent volumes. The HPT deformation did not influence atomic order. The results are compared with those achieved for the injection cast samples.

PL

W publikacjach z zakresu fizycznej metalurgii przejawia się zainteresowanie mechanizmami rozpadu, nie perlitycznego typu, faz nieuporządkowanych, zachodzącymi z udziałem uporządkowania atomowego. Dotyczy to faz rodzaju A3B-A3C. Zastosowanie intensywnego odkształcenia metodą skręcania pod wysokim ciśnieniem (HPT) może przeciwdziałać rozpadowi wprowadzając fazy metastabilne, o pewnym stopniu nieuporzadkowania atomowego, w temperaturze pokojowej. Artykuł przedstawia wyniki badań składu fazowego i mikrostruktury stopów o składzie Ni75AlxVy (gdzie x =15, 10, 5 i y =10, 15, 20), podlegających, w warunkach równowagi, rozpadowi eutektoidalnemu w temperaturze 1281 K. Stopy otrzymano metodą lewitacji w zimnym tyglu (CCLM) a następnie poddano przeróbce metodą intensywnego odkształcenia skręcaniem pod wysokim ciśnieniem. Po takim procesie stopy wykazywały jednorodną strukturę L12 (Ni3Al), zamiast produktów rozpadu eutektoidalnego w postaci struktur L12-D022. Średni rozmiar koherentnych obszarów rozpraszania Sherrera nie przekraczał 9 nm, wskazując na materiał o charakterze nano-strukturalnym. Zastosowanie transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej (HRTEM) pokazało, że bliźniaki odkształcenia o rozmiarach mikro i nano były głównymi elementami mikrostruktury, dzieląc całą objętość na komórki o rozmiarach podobnych do rozmiarów obszarów koherentnego rozpraszania. Metoda HPT nie wpłynęła natomiast na uporzadkowanie atomowe. Wyniki porównano z uzyskanymi dla próbek otrzymanych metodą szybkiego chłodzenia przez wtryskiwanie do wlewnicy.

7

Composite zones produced in situ in the Ni3Al phase

Olejnik E., Janas A., Sikora G., Tokarski T., Nowak J.

Archives of Foundry Engineering

|

2013

|

Vol. 13, iss. 1

107--112

EN

The study presents the results of research on the development of composite zones in castings based on the intermetallic phase of Ni3Al. Composite zones were obtained by placing packets with substrates for the reaction of titanium carbide in a foundry mould. To provide a variable carbides content in the composite zone, two compositions of the packets were prepared. The first packet contained only substrates for the reaction of TiC synthesis; the second one also contained a filler. The resulting composite zones in castings were examined for the filler effect on changes in the volume fraction, size and morphology of carbides in the zone. In addition, the effect of filler on the mechanical properties of the zone was verified, observing changes of Vickers hardness in this area. It was found that the presence of filler in the composition of the packet for synthesis reduced the content of carbides, as well as their size and morphology. Lower surface content of carbides reduced hardness of the zone, which enabled smooth control of the mechanical properties. At the same time, the use of the selected filler did not disturb the course of the TiC carbide synthesis.

8

Kompozyty na osnowie faz międzymetalicznych z układu Ni-Al wytwarzane metodą PPS z udziałem reakcji SHS

Rosiński M., Michalski A., Wysocki B., Wachowicz J.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

115-119

PL

Metodą PPS (ang. pulse plasma sintering) wytworzono spieki NiAl, Ni3Al i kompozyty z rozproszonymi cząstkami diamentu w osnowie NiAl i Ni3Al, wykorzystując proszki aluminium, niklu i diamentu oraz reakcje SHS (ang. self-propagating high-temperature synthesis). Spieki NiAl mają gęstość 100% gęstości teoretycznej, a spieki Ni3Al – 97,8%. Średnia wielkość ziarna spieku NiAl wynosi 5,3 µm, a spieku Ni3Al 4,9 µm i jest ona 2-3-krotnie mniejsza niż w spiekach NiAl i Ni3Al otrzymywanych innymi metodami. Twardość wynosi 350 HK1 zarówno w przypadku spieków NiAl, jak i Ni3Al. Badania składu fazowego kompozytów NiAl/diament i Ni3Al/diament wykazały, że w procesie spiekania nie następuje grafi tyzacja diamentu. Gęstość spieku diamentowego z osnową NiAl wynosi 5,11 g/cm3, co stanowi 100% gęstości teoretycznej, a z osnową Ni3Al 6,12 g/cm3 i jest ona mniejsza od gęstości teoretycznej o ok. 2%. Twardość spieków diamentowych z osnową NiAl jest większa od twardości NiAl o 210 jednostek HK1, a spieku z osnową Ni3Al o 130 jednostek HK1. W spiekach Ni3Al/diament występuje silne połączenie cząstek diamentu z osnową i węglikiem Ni3AlC0,5, występującym na granicy faz diament-Ni3Al.

EN

Both NiAl and Ni3Al matrix composites containing dispersed diamond particles were manufactured from nickel, aluminium and diamond powders by using the pulse plasma sintering (PPS) method with participation of the self-propagating high-temperature synthesis (SHS). NiAl and Ni3Al sinters with no diamond particles were also prepared using the same way. The NiAl and Ni3Al sinters had 100% and 97,8% of theoretical density (TD), respectively. Average grain sizes of 5.3 µm and 4.9 µm were measured for the NiAl and Ni3Al sinters, respectively, which is 2-3 times smaller than in the case of conventionally sintered materials. Both NiAl and Ni3Al sinters had a hardness of 350 HK1. X-ray diffraction showed no graphitization of diamond in the NiAl/diamond and Ni3Al/diamond sinters. Density of the NiAl matrix diamond sinter was 5.11 g/cm3, i.e. 100% TD, and the value of 6.12 g/cm3 was measured for the Ni3Al matrix diamond sinter, which is about 2% less than the theoretical density. The hardness of the NiAl matrix diamond composites was higher than the NiAl matrix alone by about 210 HK1, and in the case of the Ni3Al matrix diamond composites it is higher by 130 HK1 when compared to Ni3Al. Strong connection between diamond participles and matrix in the Ni3Al/diamond sinters is correlated with the formation of Ni3AlC0.5 carbide formation at the diamond-Ni3Al interface.

9

Characteristics of GTA fusion zones and heat affected zones in superalloy 713C

Lachowicz M. B., Dudziński W.

Materials Science Poland

|

2012

|

Vol. 30, No. 3

159--169

EN

In this paper, metallographic examinations, characterising microstructural changes in the 713C superalloy subjected to remelting by GTA method, are presented. In the fusion zone, precipitation of M23C6 or M6C carbides based on chromium and molybdenum was observed. Eutectic mixtures of (?-gg?)-M x C y type with highly developed morphology were also perceived. It was found that, in the matrix areas with non-homogeneous chemical composition, the eutectic reaction ?-?? can occur at the temperature close to that of the precipitation of the M x C y carbides. The presence of silicon in the carbide phases can be conducive to lowering their solidification point by creating low-melting compound NbSi. Both in the fusion zone (FZ) and in the heat-affected zone (HAZ), the secondary precipitates of the Ni3(AlTi)-?? phase, varying in size from 50 to 100 nm, were found. The lattice mismatch factor of the ? and ?? particles was +0.48 % to +0.71 %, which is characteristic of the coherent precipitates of the Ni3Al phase enriched with titanium. No dislocations or stacking faults were observed in the microstructure of the FZ. In the HAZ, some primary undissolved precipitates, with a part of aluminium probably replaced with niobium were observed, which raised their melting point.

10

Badania katalitycznych właściwości Ni3Al otrzymanego metodą wysokotemperaturowej samorozwijającej się syntezy

Kocemba I., Arkatova L., Rynkowski J. M.

Przemysł Chemiczny

|

2011

|

T. 90, nr 3

434-439

11

Wpływ składu chemicznego i mikrostruktury na zużycie ścierne w luźnym ścierniwie odlewniczych stopów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al

Zasada D., Zarański Z., Gołębiewska S.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

807-810

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu składu chemicznego i struktury na zużycie ścierne w luźnym ścierniwie odlewniczych stopów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al. Badania prowadzono na intermetalach Ni3Al z dodatkami stopowymi boru, cyrkonu, chromu, molibdenu i żelaza, w stanie po odlewaniu i wygrzewaniu ujednorodniającym. Analizowane stopy charakteryzują się strukturą grubokrystaliczną (np. jednofazowa osnowa uporządkowana + obszar nieuporządkowany, jednofazowa osnowa + obszary dwufazowe itp.). Badania odporności na zużywanie ścierne w luźnym ścierniwie przeprowadzono za pomocą testera T-07 (firma Norma) według normy GOST 23.2008-79. Na podstawie przeprowadzonych kompleksowych badań strukturalnych i topograficznych opisano mechanizm niszczenia warstwy wierzchniej poddanej ekspozycji luźnego ścierniwa. Na podstawie przeprowadzonych badań materiałowych oraz prób zużycia ściernego w luźnym ścierniwie stwierdzono między innymi, że wartość względnej odporności na zużycie ścierne w luźnym ścierniwie intermetali Ni3Al zależy przede wszystkim od struktury. Zaobserwowano wyraźne zwiększenie odporności na zużycie ścierne w luźnym ścierniwie wraz ze wzrostem udziału procentowego fazy umacniającej w strukturze badanych stopów. Natomiast nie zaobserwowano zależności między stopniem uporządkowania LRO i odpornością na zużycie intermetalu Ni3Al z dodatkiem stopowym cyrkonu, chromu, molibdenu i żelaza.

EN

Chemical composition and microstructure of Ni3Al as-cast intermetallic alloys influence on the abrasive wear analysis was done. The investigated material was Ni3Al with range of alloying elements, including: boron, zirconium, chromium, molybdenum and iron. The analyzed material was as-cast and after homogenization. Investigated alloys have coarse grains (monophasal, ordered matrix + disordered areas; monophasal matrix + biphasal areas etc.). The abrasive wear experiments were performed with T-07 tester (Norma Company) according to the GOST 23.2008-79 standard procedure. The principle of the experiment is interaction of a loose abrasive tightened to the investigated sample and standard sample. Obtained values are compared then and abrasive wear is evaluated basing on these results. Mechanism of surface layer destruction by exposure to the loose abrasive was described thanks to the conducted complex structural and topographical experiments. Carried out material research and abrasive wear tests revealed that relative abrasive wear in loose wear of the Ni3Al intermetallic alloys depends mainly on the structure: a major resistance towards abrasive wear was noticed with increase of strenghthening phase share increase in the alloys structure. On the other hand, no correlation between LRO, ordering degree and abrasive wear of the Ni3Al intermetallic alloy with range of alloying elements, including: boron, zirconium, chromium, molybdenum and iron, was found.

12

An effect of chromium on mechanical properties of the Ni3Al-based alloys and sinters in compression tests

Malec W., Rzyman K., Czepelak M., Wala A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1007-1007

EN

Mechanical properties of the Ni75Al(25-x)Crx cast alloys and sinters were investigated using compression tests conducted within a wide range of compositions and temperature. The alloys and sinters exhibiting the best mechanical properties from a point of view of their intended use as constructional materials suitable for high-temperature applications were selected.

PL

Zbadano własności mechaniczne stopów odlewanych oraz spieków Ni75Al(25-x)Crx z zastosowaniem metody ściskania. Próby przeprowadzono w szerokim zakresie składów oraz temperatury. Wytypowano stopy i spieki o najkorzystniejszych własnościach mechanicznych z punktu widzenia zastosowania tych materiałów jako materiał konstrukcyjny do pracy w wysokich temperaturach.

13

Grain size reduction in the 713C nickel superalloy as a result of heat treatment

Lachowicz M. B., Faryna M., Podrez-Radziszewska M.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

143--148

EN

The paper presents metallographic test results for the 713C nickel superalloy after heat treatment and crystallographic orientation analysis performed with the EBSD method. The 713C alloy was subjected to annealing in the temperature of 950 ºC for 30 hours followed by aircooling. As a result of the applied heat treatment the local grain size reduction in the alloy was observed. It has been found that in the primary grains the new subgrains of different crystallographic orientation are created. Between the new grains and the primary grains the boundaries of high angle appear. Orientation change in the micro-areas is closely related to the carbides rebuilding and volume diffusion of elements dissolved in the γ - γ’ alloy matrix and the (NbTi)C carbides.

14

Effect of carbon on structural changes in Ni3Al phase

Janas A., Olejnik E.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 4

65-68

EN

The paper presents diffraction and microscopic researches of a carbon influence on structural changes in Ni3Al phase. Ni3Al phase was acquired thanks to vacuum casting technology with a use of Exo-Melt process. A casting process was conducted in the atmosphere of argon. Two basic alloys were made with maintaining the nominal nuclear share equivalent to stoichiometry of Ni3Al phase. Next, carbon was instilled into the liquid alloy in the rate of 0,2% and 1,25% respectively for the first and for the second alloy. Final casts were cut into pieces and the samples were prepared in order to undertake and microscopic researches. Their phase composition was analyzed as well as their structural changes occurring within Ni3Al phase. Some changes along the lattice constants of Ni3Al phase were noticed, and they were 0,3580 nm and 0,3589 nm respectively for 0,2% C and 1,25% C. In the alloy consisting of 2,25% C a graphite (001) atomic plane was noticed. Its existence is connected with transgression in solubility limit of carbon in Ni3Al phase. This result was also confirmed by researches with SEM imaging, in which we observed numerous of separation of graphite of lamellar and nodular shape.

15

Catalytic activity of Ni3Al foils in decomposition of select chemical compounds

Jóźwik P., Bojar Z., Winiarek P.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

654-657

EN

Ni3Al-based intermetallic alloys are a group of advanced materials with potential outstanding physical and chemical properties (such as high catalytic activity and structural stability in corrosive environments) which make them possible candidates for many high-tech applications. A selection of strictly given parameters of plastic working and heat treatment allowed to obtain from as cast coarse-grained sheet a thin foils with thickness approximately 50 um. These foils can be manufactured both with nano- or microcrystalline structure. The main objective of this work was to investigate of catalytic properties of microcrystalline Ni3Al-based foils surface without any additional catalytic coatings. The examination has concerned to decomposition of methanol, hexane and additionally dibutyl sulphide as mustard gas imitator in a fixed- bed tube quartz reactor. The catalysis reaction of methanol decomposition has started effectively at about 450°C with 90% conversion degree or higher. SEM analysis of Ni3Al foils surface after this process showed deposit with the large part of carbon nanofibers and nanonickel precipitates. Similar catalytic behaviour was observed for hexane decomposition, with emphasis that up to temperature of 600°C conversion was 100%. Catalytic tests for dibutyl sulfide also confirmed a possibility of decomposition of this compound by thermocatalytic reactions on the Ni3Al thin foils surface.

PL

Stopy na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al należą do grupy zaawansowanych materiałów o unikatowych właściwościach fizycznych i chemicznych (m.in. wysoka aktywność katalityczna i stabilność strukturalna w środowiskach korozyjnych), które stanowią o ich dużych możliwościach aplikacyjnych w obszarze zaawansowanych technologii. Dobór ściśle określonych parametrów obróbki plastycznej i cieplnej pozwolił na uzyskanie z materiału o grubokrystalicznej strukturze folii o grubości ok. 50 um o budowie zarówno nano-, jak i mikrokrystalicznej. Głównym celem niniejszej pracy były badania właściwości katalitycznych mikrokrystalicznych taśm ze stopu na osnowie fazy Ni3Al bez dodatkowej warstwy katalitycznej. Badania dotyczyły dekompozycji metanolu i heksanu oraz dodatkowo siarczku dibutylowego jako imitatora iperytu siarkowego. Potwierdzono, że reakcja katalityczna rozkładu metanolu rozpoczyna się efektywnie w temperaturze około 450°C ze stopniem konwersji 90% lub wyższym. Analiza warstwy powierzchniowej folii po reakcji katalitycznej przeprowadzona za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wykazała obecność depozytu w postaci nanowłókien węglowych i nanowydzieleń niklu. W trakcie rozkładu heksanu obserwowano podobną aktywność katalityczną, z zaznaczeniem, że począwszy od temperatury 600°C następuje całkowity rozkład analizowanego związku. Przeprowadzone dodatkowo badania rozkładu siarczku dibutylowego potwierdziły również możliwość rozkładu tego związku na drodze reakcji termokatalitycznej na powierzchni cienkich taśm Ni3Al.

16

Microstructural changes in padding welds made from the 713C alloy after heat treatment

Lachowicz M. B.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 3 spec.

11--16

EN

The following paper presents the results of the metallographic research of the padding welds made from cast alloy Inconel 713C that had undergone heat treatment in four different time and temperature variants. Annealing was applied at temperatures 1150oC and 950oC. The results of the research showed a strong coalescence of precipitation of the intermetalic γ’ phase (Ni3Al), resulting in formation of subgrains. The coalescence of the γ’ particles ran simultaneously with a diffusive decomposition of carbides (NbTi)C, which caused the supersaturation of the γ’ phase with niobium, and the loss of its coherence with austenite γ. The phenomenon of the formation of subgrains intensified with the lengthening of the time of annealing. The analysis of the results showed that heating the alloy that had undergone pad welding to the temperatures used in the research is detrimental to the alloy because of the loss of the strengthening of the coherent γ’ phase and the increase of the brittleness.

17

Ductilization of Ni3Al by alloying with boron and zirconium

Hyjek P., Sulima I., Wierzbiński S.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2009

|

Vol. 40, nr 2

69-74

EN

Purpose: The investigation of Ni₃AlBZr alloys was carried out to determine the influence of small zirconium and boron additions on the microstructure and mechanical properties, particularly with respect to room-temperature, and different strain rate conditions. Design/methodology/approach: Additions of both boron 0.26 at.% and zirconium from 0.3 to 1.5 at.% results in higher strength than exhibited by unalloyed Ni3Al. The sequence of structural changes of Ni3Al-based alloy has been correlated with mechanical properties, determined in uniaxial compression tests. Two ranges of work hardening have been identified on the stress-strain curves of these alloys. It was found that the first range of deformation corresponds to the intergranular slip system operating within individual grains, while the second one is connected with transgranular slip. Findings: Structural observations of A and B alloys showed that zirconium addition causes a decrease of the average grain size. On the mechanical properties of investigated alloys the increasing yield stress and hardness were observed in enlarging zirconium additions. However, the enlarged addition of zirconium causes a decrease of extension. Addition to an intermetallics compound Ni₃Al of such elements as boron (0.26 at.%) and zirconium (0.3 - 1.5 at.%) can be accepted as optimum from susceptibility to plastic deformation point of view. Research limitations/implications: The main limits for application of the polycrystalline Ni3Al phases is a poor strength and creep properties at high temperatures. The improvement of mechanical proprieties of Ni₃Al phase required small addition of suitable alloying elements. Practical implications: The results of investigations as well as the conclusions may be used for improvement of alloys processing based on Ni₃Al intermetallics compound. In well-considered peculiarity selection of alloyed additions and also processing parameters it is possible to steer in a limited range of mechanical properties of these alloys. Originality/value: The results of investigations expand knowledge about processing of the alloys based on Ni₃Al phase, and in consequence, to apply it in many branches of industry.

18

Ni3Al alloy's properties related to hightemperature brittleness

Adamiec J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 6

333-336

EN

Purpose: The purpose of this paper was to experimentally determine the brittleness temperature range of an alloy based on the intermetallic Ni-Al phase matrix. This was done in order to evaluate the applicability of the said alloy for bonding using welding methods, and specifically, whether the character of the brittleness temperature range of the material indicates susceptibility to hot cracking. Design/methodology/approach: The research was executed using a Gleeble 3800 type simulating device. A simulation of the heating process at a set rate of 20 °C/s was conducted in order to determine the NST and then NDT temperatures during the heating stage, followed by the determination of DRT temperature during the cooling stage. This allowed to evaluate the brittleness temperature range. Findings: The executed tests allowed to determine the brittleness temperature range for the examined Ni3Al alloy which was found to be situated between 1340 °C and the liquidus temperature for the heating stage, and down also to 1340 °C for the cooling stage. Research limitations/implications: The method of simulating the flow of a welding process using the Gleeble 3800 simulator allows to simply and effectively determine the characteristic temperatures of the process and the susceptibility of a given alloy to hot cracking. Practical implications: Presented results and conclusions have been applied to work out the technology for welding of intermetallic Ni3Al. Originality/value: Using a Gleeble 3800 type simulator for the examination of an Ni3Al alloy in a semi-solid state enables one to evaluate the material's suitability for permanent bonding, eg. welding. Such data is indispensable for a technologist or a constructor designing components made of an alloy based on the Ni3Al l phase.

19

Strukturalne podstawy inżynierii granic międzykrystalicznych

Świątnicki W.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

z. 16

3--127

PL

Praca dotyczy strukturalnych podstaw kształtowania właściwości materiałów metodami inżynierii granic międzykrystalicznych (IGM). Podstawowym celem pracy było wykazanie, że oddziałując na strukturę krystalograficzną oraz na defekty granic międzykrystalicznych, można sterować właściwościami granic, a w konsekwencji kształtować makroskopowe właściwości materiałów. Dokonano krytycznego przeglądu strukturalnych kryteriów granic o niskiej energii i specjalnych właściwościach, które mogą być wykorzystane do opracowania metod IGM. W pracy pokazano, że za pomocą określonych kryteriów strukturalnych można kształtować zarówno właściwości granic ziaren, jak i granic międzyfazowych. Możliwość projektowania właściwości granic międzyfazowych w oparciu o kryteria strukturalne stwarza nowe perspektywy rozwoju IGM w stosunku do materiałów dwu- i wielofazowych. Stwierdzono jednocześnie, że bardzo silny wpływ na właściwości granic mają ich defekty. Dla ułatwienia projektowania struktury i właściwości granic wprowadzono nowe pojęcie mikrostruktury granic, które obejmuje zbiór wszelkiego rodzaju defektów granic międzykrystalicznych. Wykazano, że sterując strukturą granic lub ich mikrostrukturą można zmienić rozkład właściwości całej populacji granic występujących w materiale. Metody IGM mogą zatem opierać się zarówno na modyfikacji struktury granic, jak i ich mikrostruktury, które to czynniki są wzajemnie zależne. Stwierdzono, że czynniki te determinują rodzaj i kinetykę procesów zachodzących na granicach pod wpływem bodźców zewnętrznych. Sumaryczny efekt procesów mikrostrukturalnych zachodzących na granicach i procesów zachodzących w ziarnach oraz oddziaływanie defektów sieciowych z granicami, determinują makroskopową reakcję materiału na przyłożone bodźce. Badania prowadzono na różnego typu materiałach: bikryształach niklu, fazie międzymetalicznej Ni3AI, materiałach ceramicznych (A1203 i YBa2Cu307.) oraz dwufazowej stali austenityczno-ferrytycznej. Jednym z osiągnięć jest opracowanie oryginalnej technologii, która pozwala sterować rozkładem struktur i właściwości granic między fazowych w stali austenityczno-ferrytycznej. Stwierdzono, że zmiana tego rozkładu prowadzi do znaczącej zmiany właściwości mechanicznych tej stali. Wykazano, że metody IGM mogą być stosowane również do kształtowania właściwości fizycznych materiałów. Potwierdza to, że inżynieria granic międzykrystalicznych może być wykorzystana do optymalizacji właściwości, zarówno materiałów konstrukcyjnych, jak i funkcjonalych. Uzyskane wyniki pozwoliły również na sformułowanie dalszych kierunków rozwoju granic międzykrystalicznych.

EN

This study is concerned with the structural foundations of interface engineering (lE). The primary aim of the study was to show that, by controlling the crystallographic structure and the interfacial defects, we can control the interface properties and thereby modify the macroscopic properties of the materials. A critical review is presented of the structural criteria that define the interfaces of low energy and special properties. These criteria can be utilized in designing the IE methods. It has been shown that, based on certain structural criteria, we can modify the properties of grain boundaries and also of the interphase boundaries. The modification of the properties of interphase boundaries is very important since it offers new possibilities of developing the JE methods that will be suitable for handling two- and multi-phase materials. It has also been found that the properties of the boundaries are strongly affected by the interfacial defects. On this basis, a new concept of the interfacial microstructure has been introduced, which comprises a set of all the types of interfacial defects. It has been shown that by controlling the interface structure or microstructure we can modify the distribution function of the properties of the whole population of interfaces. The JE methods might thus consist of the modification of the interface structure or microstructure, which, as a matter of fact, are mutually dependent. It has appeared that both the structure and the microstructure of the interfaces determine the kind and kinetics of the processes that proceed at the interfaces as a result of external solicitations acting upon them. The resultant effect of these processes and of those proceeding within the grains together with the interactions between the lattice defects and the interfaces determine the macroscopic reaction of the material to the solicitations applied to it. The investigations were carried out on the materials of various types: nickeI bicrystals, Ni3AI intermetallic compound, Alz03 and YBaZCu307-x ceramics, and two-phase austenitic-ferritic steel. One of the achievements of the study is the development of an original technology that permits controlling the distribution function of the interphase boundary structures and their properties in austenitic-ferritic steel. It has been found that a change of this function leads to a substantial modification of the mechanical properties of this steel. The JE methods appeared to be suitable also for modifying the physical properties of materials. This confirms the thesis that interface engineering can be utilized for the optimization of the properties of structural as well as functional materials. In addition, the results obtained permitted us to lay out the lines of further development of interface engineering.