Politechnika warszawska



Yüklə 7,77 Mb.
səhifə10/10
tarix31.10.2018
ölçüsü7,77 Mb.
#77471
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

DYSKUSJA WYNIKÓW


W tabeli 12 znajduje się zestawienie faz otrzymanych w spiekach Ni-Al otrzymanych w procesie PPS z udziałem reakcji SHS.

Tabela 12. Zestawienie faz otrzymanych w spiekach Ni-Al.

Próbka

Ni:Al [at.]

Otrzymane fazy

NiAl

1:1

NiAl

NiAl+D

1:1

NiAl, C (diament)

Ni3Al

3:1

Ni3Al

Ni3Al+D

3:1

Ni3Al, C (diament), Ni3AlC0.5, grafit

Ni3Al (nadmiar Ni)

4:1

Ni0.86Al0.14, Ni3Al, NiAl

Ni3Al+D (nadmiar Ni)

4:1

Ni0.86Al0.14, Ni3Al, NiAl, C (diament), Ni3AlC0.5, Al4C

Spieki NiAl i NiAl+D (Ni:Al = 1:1 at.) oraz Ni3Al i Ni3Al+D (Ni:Al = 3:1 at.) posiadają skład fazowy zgodny z układem równowagi Ni-Al. W grupie spieków z nadmiarem niklu - Ni3Al (nadmiar Ni) i Ni3Al+D (nadmiar Ni), w której stosunek
Ni:Al = 4:1 at. badanie składu fazowego nie wykazało czystego niklu tylko jego nadmiar w postaci fazy Ni0.86Al0.14, a analiza obszarowa wykazała w miejscu występowania Ni3Al w osnowie Ni0.86Al0.14 między 8% a 9% at. niklu więcej niż w obszarach występowania samej fazy Ni3Al. W spiekach z nadmiarem niklu oprócz zgodnej z układem równowagi Ni-Al fazy Ni3Al, która występuje w postaci obszarów o różnej wielkości ziarna (potwierdzone wynikami analizy obszarowej) badanie składu fazowego ujawniło również obecność fazy NiAl. Śladów grafitu nie stwierdzono w spiekach NiAl+D i Ni3Al+D (nadmiar Ni). Mimo, że w spieku Ni3Al+D wykazano grafit jego obecności nie potwierdzają zdjęcia SEM. Obecność węglika Ni3AlC0.5 [63] w spieku Ni3Al+D oraz Ni3AlC0.5 i Al4C w spieku Ni3Al+D (nadmiar Ni) może świadczyć o powstaniu silnego połączenia między osnową a cząstkami diamentu.

Rys. 56. przedstawia porównanie twardości uzyskanych spieków w zależności od obecności diamentu.


Rys. 56. Twardość spieków NiAl, Ni3Al, Ni3Al (nadmiar Ni) w porównaniu z kompozytami diamentowymi NiAl+D, Ni3Al+D, Ni3Al+D (nadmiar Ni)

Twardość otrzymanych osnów waha się w przedziale od 347 do 396 HK1 co jest zgodne z danymi literaturowymi dla faz NiAl i Ni3Al podczas gdy kompozytów diamentowych między 442 a 556 HK1. Dodatek diamentu powoduje wyraźny wzrost twardości wszystkich otrzymanych spieków. Widoczna jest tendencja do wzrostu twardości kompozytów z diamentem przy mniejszej zwartości niklu. Najwyższa twardość oraz najwyższy wzrost twardości w porównaniu do spieku bez diamentu została uzyskana dla NiAl+D mimo, że najtwardszą osnową był Ni3Al (nadmiar Ni). Spieki NiAl i Ni3Al mają porównywalną twardość czego dopatrywać się można w ich zbliżonej wielkości ziarna. Podczas pomiaru twardości metodą Vickersa nie powstały


w materiale pęknięcia umożliwiające wyznaczenie wartości K1C metodą Palmqvista mimo, że fazy NiAl i Ni3Al opisywane są w literaturze jako kruche lub bardzo kruche. Obserwacje SEM pozwoliły jednak określić morfologię przełomów. Przełom spieków Ni:Al = 1:1 at. jest kruchy, a Ni:Al = 3:1 i 4:1 at. krucho-plastyczny. Plastyczne obszary widoczne na przełomach spieków z nadmiarem niklu (Ni:Al. = 4:1 at.) związane są z wysokoniklową fazą Ni0.86Al0.14, a kruche z obszarami Ni3Al.

Rys. 57 przedstawia porównanie gęstości teoretycznej do gęstości uzyskanych spieków Ni-Al i Ni-Al/diament uzyskanych metodą PPS.


Rys. 57. Gęstość spieków Ni-Al i Ni-Al/diament uzyskanych metodą PPS w porównaniu z gęstością teoretyczną

Gęstość wszystkich otrzymanych spieków, w których stosunek Ni:Al = 1:1 i 3:1 at. jest bliska lub równa gęstości teoretycznej. W przypadku spieków Ni:Al = 4:1 at.


- Ni3Al i Ni3Al+D (nadmiar Ni) gęstość teoretyczna jest niemożliwa do określenia bez wyznaczenia parametru sieci komórki elementarnej fazy Ni0.86Al0.14 i określenia objętości faz Ni0.86Al0.14 i Ni3Al. W przypadku spieku NiAl otrzymano 100% wartości gęstości teoretycznej zarówno dla samej osnowy jak i dla spieku wzmacnianego cząstkami diamentu. Najniższa gęstość na poziomie 97,5% wartości gęstości teoretycznej posiada spiek Ni3Al, który charakteryzują się największą porowatością widoczną również na zdjęciach powierzchni. W przypadku spieków Ni3Al dodatek diamentu spowodował spadek gęstości rzędu 2%. Spiek Ni3Al, którego cechuje najniższa gęstość ze wszystkich wykonanych próbek posiada twardość porównywalną do NiAl. Mimo braku wartości gęstości teoretycznej można wnioskować na podstawie zdjęć mikrostruktury i niewielkiej porowatości otwartej, że spieki Ni3Al (nadmiar Ni)
i Ni3Al+D (nadmiar Ni) są dobrze spieczone.
Na rys. 58 pokazany jest wpływ zawartości niklu na wielkość ziarna w spiekach
Ni-Al.
Rys. 58. Wpływ zawartości niklu na wielkość ziarna w spiekach z Ni-Al i Ni-Al/diament

Wzrost zawartości niklu wpływa w znaczący sposób na spadek wielkości ziarna, a obecność diamentu na jego rozrost. Największe ziarno uzyskano dla spieków NiAl,


a najmniejsze poniżej 1 μm dla spieków z 80% at. Ni. Wielkość ziaren w spieku NiAl bez diamentu jest porównywalna do wielkości ziaren w spiekach Ni3Al. Obecność diamentu spowodowała znaczny (prawie 50%) wzrost ziarna w spiekach NiAl oraz ponad dwukrotny wzrost wielkości ziarna w spiekach 80% at. Ni. Uzyskane spieki posiadały znacznie mniejszą wielkość ziaren niż wielkość proszków użytych do ich produkcji (21 μm – Ni, 10 μm – Al). Otrzymane wielkości ziarna w spiekach Ni:Al. = 1:1 i 3:1 at. były mniejsze od uzyskanych innymi metodami spiekania z reakcją SHS. Średnia wielkość ziarna NiAl oraz Ni3Al była trzykrotnie mniejsza od spieków uzyskanych metodą konsolidacji wybuchowej pod ciśnieniem przy uzyskanej porównywalnej gęstości [64]. Metodą PPS uzyskano również ponad dwukrotnie mniejsze ziarno Ni3Al niż metodą wyciskania na gorąco (hot extrusion SHS) [32].
W dostępnej literaturze nie ma pozycji, w której by uzyskano po spiekaniu ziarno Ni-Al wielkości poniżej 1 μm bez stosowania metod mechanicznej syntezy lub dodatków wpływających na zmniejszenie ziarna. Zmiany wielkości ziarna nie wpłynęły w wyraźny sposób na twardość uzyskanych spieków.

Rys. 59 przedstawia wpływ obecności diamentu na wielkość ziarna Ni3Al


w spiekach z nadmiarem niklu.
Rys. 59. Wpływ obecności diamentu na mikrostrukturę spieków z nadmiarem niklu

Obecność diamentu w spiekach z nadmiarem niklu (Ni:Al = 4:1 at.) miała znaczny wpływ na zmianę wielkości ziarna. Dominujące obszary drobnoziarnistego Ni3Al w osnowie fazy Ni0.86Al0.14 posiadały średnią wielkość ziarna po dodaniu diamentu ponad dwukrotnie większą. Rozrost ziarna obszarów gruboziarnistego Ni3Al wynosił około 25%.



  1. WNIOSKI


  1. Metoda PPS umożliwia otrzymanie spieków Ni-Al i Ni-Al/diament
    z wykorzystaniem reakcji SHS o gęstości zbliżonej do teoretycznej, w krótszym czasie i niższej temperaturze niż spiekanie konwencjonalne,




  1. Wykorzystanie metody PPS umożliwia uzyskanie z elementarnych proszków niklu i aluminium spieków Ni-Al o ziarnie 2-3 krotnie mniejszym niż innymi znanymi konwencjonalnymi i niekonwencjonalnymi metodami,




  1. Dodatek diamentu do spieków Ni-Al otrzymanych metodą PPS powoduje wzrost twardości od 12% (Ni3Al nadmiar Ni) do 60% (NiAl) przy nieznacznym spadku gęstości,



  1. Spadek wielkości ziarna w spiekach z diamentem nie powoduje wzrostu twardości otrzymanych spieków zgodnie z zależnością Hall-Petch’a
    (Hv = H0 + kHd-1/2, gdzie H0 i kH to stałe),




  1. Obecność węglików Ni3AlC0.5 w spieku Ni3Al+D oraz Ni3AlC0.5 i Al4C w spieku Ni3Al+D (nadmiar Ni) świadczy o powstaniu silnego połączenia z diamentem poprawiającego właściwości retencyjne osnowy Ni3Al i Ni0.86Al0.14/Ni3Al.

  1. BIBLIOGRAFIA





  1. A. Bakoń, A. Szymański, Practical Uses of Diamond, Ellis Horwood – PWN, 1993

  2. L. Jaworska, Diament – otrzymywanie I zastosowanie w obróbce skrawaniem, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007

  3. A. Zaitsev, D.A. Sidorenko, E.A. Levashov, V. Kurbatkina, V. Andreev, S. Rupasov, P. Sevast’janov, Diamond Tools in Metal Bonds Dispersion Strengthened with Nanosized Particles for Cutting Highly Reinforced Concrete, Journal of Superhard Materials, 2010, vol. 32, no. 6, pp. 423–431

  4. J. Ylikerälä , M. Gasik, Cobalt Price Hikes Set Search for Alternates in Train, Metal Powder Report, 2004, vol. 59, no. 9, pp. 36–39

  5. D. Lison, Human Toxicity of Cobalt Containing Dust and Experimental Studies on the Mechanism of Interstitial Lung Disease (Hard Metal Disease), Crit. Rev. Toxicol., 1996, vol. 26, no. 6, pp. 585–616

  6. S. Spriano, Q. Chen, L. Settineri, S. Bugliosi, Low Content and Free Cobalt Matrixes for Diamond Tools, Wear , 2005, vol. 259, no. 7–12, pp. 1190–1996

  7. Z. Nitkiewicz, M. Świerzy, Tin Influence on Diamond Metal Matrix Hot Pressed Tools for Stone Cutting, J. Mater. Proc. Tech., 2006, vol. 175, no. 1–3,
    pp. 306–315

  8. M. Żak-Szwed, Kształtowanie mikrostruktury i właściwości spieków żelazo-miedź przeznaczonych na osnowę materiałów metaliczno diamentowych, Rozprawa Doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, 2009

  9. K.S. Hwang, T.H. Yang, S.C. HU, Diamond Cutting Tools with a Ni3Al Matrix Processed by Reaction Pseudo-Hipping, Metalurgical and Materials Transactions A, 2005, vol. 36, pp. 2801-2806

  10. Y. M. Zhou, F. L. Zhang, C. Y. Wang, Effect of Ni-Al SHS reaction on diamond gift for fabrication of diamond tool material, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2010, vol. 29, pp. 416-423

  11. F. L. Zhang, Z. F. Yang, Y. M. Zhou, C. Y. Wang, H. P. Huang, Fabrication of grinding tool material by SHS of Ni-Al/diamond/dilute, Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2011, vol. 29, pp. 344-350

  12. P. Jóźwiak, Właściwości mechaniczne i przebieg pękania stopów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al, Rozprawa Doktorska, WAT, Warszawa, 2004

  13. F. Shackelford James, A. William, Materials Science and Engineering Handbook, CRC Press, 2001

  14. Z. Bojar, W. Przetakiewicz, Materiały metalowe z udziałem faz międzymetalicznych, BelStudio, 2006

  15. A. Michalski, D. Siemiaszko, M. Rosiński, J. Jaroszewicz, Otrzymywanie nanokrystalicznego węglika WC-5Co z kompozytową warstwą WC-5Co-diament metodą impulsowo plazmowego spiekania, Inżynieria Materiałowa, 2005, vol.5, pp. 327-329

  16. A. Michalski, M. Rosiński, Pulse Plasma Sintering Technique: Fundamentals and Applications, ACers International Conference on Sintering, 2008

  17. D. Siemiaszko, A. Michalski, M. Rosiński, Właściwości węglika WC-Co spiekanego metodą PPS i konwencjonalnie, Ceramika, 2008, vol. 103, pp. 407-412

  18. D. Siemiaszko, Struktura i właściwości kompozytów WC–Co spiekanych silnoprądowymi impulsami z proszków: wolframu, węgla i kobaltu, Rozprawa Doktorska, Politechnika Warszawska, 2006

  19. J. Konstanty, Cobalt as a matrix in diamond impregnated tools for stone sawing

applications, AGH-Uczelniane Wydawnictwo Nauk.-Dydakt., Kraków 2003,
pp. 14-31

  1. B.N. Thakur, Examination of technical parameters involved in metal bond development for diamond impregnated products (a primer for end-users), Industrial Diamond Review, 1977, pp. 91-93

  2. M.W. Bailey, Hedges L.K., Crystal morphology identification of diamond and ABN, Industrial Diamond Review, 1995, vol. 1, pp. 11-14

  3. J. Konstanty, The materials science of stone sawing, Industrial Diamond Review, 1991, vol. 1, pp. 27-31

  4. N.S. Stoloff, V.K. Sikka, Physical Metalurgy and Processing of Intermetallic Compounds, Chapman & Hall, 1996

  5. C.C. Kochm, J.D. Whittenberger, Review – Mechanical milling/alloying of intermetallics, Intermetallics, 1996, vol. 4, pp. 339-355

  6. 19. R.E. Schafrik, A perspective on Intermetallic Commercialization for Aero-Turbine Applications, Structural Intermetallics, 2001, pp. 13-17

  7. M.F. Singleton, J.L. Murray, P. Nash: "Al-Ni (Aluminum-Nickel)", Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Ed., Ed. T.B. Massalski, 1990, vol. 1, pp. 181–184

  8. L. Farber, I. Gotman,E.Y. Gutmanas, A. Lawley, Solid state synthesis of NiAl–Nb composites from fine elemental powders, Materials Science and Engineering A, 1998, vol. 244, pp. 97–102

  9. J.A.Hawk, D.E. Alman, Abrasive wear behavior of NiAl and NiAl–TiB2 composites, Wear, 1999, pp. 544–556

  10. A. Michalski, J. Jaroszewicz, M. Rosiński, The syntesis of NiAl using the Pulse Plasma method with the participation of the SHS reaction, VII international symposium SHS Cracow 2003

  11. C.T. Liu, K.S. Kumar, Ordered intermetallic alloys, Part I: Nickel and iron aluminides, Journals of Metals, 1993, vol. 5, pp. 38-44

  12. J.H. Westbrook, R.L. Fleischer, Intermetallic Compounds, (Wiley, Chichester, West Sussex), 1995, vol. 1, pp. 977-1016

  13. J.T. Guo, L.Y. Sheng, Y.Xie, Z.X. Zhang, V.E. Ovcharenko, H.Q. Ye, Microstructure and mechanical properties of Ni3Al and Ni3Al-1B alloys fabricated by SHS/HE, Itermetallics, 2011, vol. 19, pp. 137-142

  14. F. Akhtar, Synthesis, microstructure and mechanical properties of Al2O3 reinforced Ni3Al matrix composite, Materials Science and Engineering A, 2009,
    vol. 499, pp. 415-420

  15. L.Y. Sheng, W. Zhang, J.T. Guo, Z.S. Wang, V.E. Ovcharenko, L.Z. Zhou, H.Q. Ye, Microstructure and mechanical properties of Ni3Al fabricated by thermal explosion and hot extrusion, Intermetallics, 2009, vol. 17, pp. 572-577

  16. K. Aoki, O. Izumi, Improvement in room temperature ductility of intermetallic compound Ni3Al by boron addition, Nippon Kinzoku Gakkaishi, 1979, vol. 43,
    pp. 1190-1196

  17. Z. Yuan, S. Song, R.G. Faulkner, Z. Yu, Combined effects of cerium and boron on the mechanical properties and oxidation behavior of Ni3Al alloy, Journal Of Materials Science, 1998, vol. 33, pp. 463-469

  18. M.W. Grabski, Istota Inżynierii Materiałowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej, Warszawa 1995

  1. A.G. Mamalis, R. Schulze, H.K. Tőnschoff, The slotting of block of hard rock with a diamond segmented circular saw blade, Industrial Diamond Review, 1979,
    pp. 356-365

  2. T.R. Anthony, Inclusions in diamonds with solubility changes and phase

transformations, Diamond and Related Materials, 1999, vol. 8, pp. 78-88

  1. P.R. Davis, M.L. Fish, Peacock S., Wright D.N., An indicator system for saw grit, Industrial Diamond Review, 1996, vol. 3, pp. 78-87

  2. G.J. Bullen, Choosing the best grit for the job. Industrial Diamond Review, 1982, vol. 1, pp. 7-12

  3. F.H. Hughes, The Elary history of diamond tools. Industrial Diamond Review, 1980, pp. 405-407

  4. C. Curfs, X. Turrillas, G.B.M. Vaughan, A.E. Terry, A. Kvick, M.A. Rodriguez, Al-Ni intermetallics obtained by SHS; A time-resolved X-ray diffraction study, Intermetallics, 2007, vol. 15, pp. 1163-1171

  5. L. Qin, J. Hu, C. Cui, H. Wang, Z. Guo, Effect of Al content on reaction laser sintering of Ni–Al powder, Journal of Alloys and Compounds, 2009, vol. 473,
    pp. 227–230

  6. C.L. Yeh, S.H. Su, H.Y. Chang, Effects of TiC addition on combustion synthesis of NiAl in SHS mode, Journal of Alloys and Compounds, 2005; vol. 398 (1-2),
    pp. 85-93

  7. C.L. Yeh, W.Y. Sung, Combustion synthesis of Ni3Al intermetallic compound in self-propagating mode, Journal of Alloys and Compounds, 2004, vol. 384,
    pp. 181–191

  8. K. Matasuura, M. Kudoh, Grain refinement of combustion-synthesized NiAl by addition of ceramic particles, Materials Science and Engineering A, 1997,
    vol. 239-240, pp. 625-632

  9. G.H. Cao, Z.G. Liu, G.J. Shen, J.-M. Liu, Interface and precipitate investigation of a TiB2 particle reinforced NiAl in-situ composite, Intermetallics, 2001, vol. 9,
    pp. 691–695

  10. K. Matsuura, T. Kitamutra, M. Kudoh, Microstructure and Mechanical Properties of NiAI Intermetallic Compound Synthesized by Reactive Sintering under Pressure, Journal of Materials Processing Technology, 1997, vol. 63,
    pp. 298-302

  11. Koizumi M., Nishihara M., Isotatic Pressing Technology and Applications, Elsevier Science Publishers Ltd, 1992

  12. R. Vassen, D. Stover, Processing and properties of nanophase ceramics, Advances in Materials and Processing Technologies, ed. M. Adritschy, Physics Departament University of Minho, Guimaraes, Portugal, 1997, vol. 1, p. 145

  13. T. Chen, J.M. Hampikian, N.N. Thadhani, Synthesis and characterization of mechanically alloyed and shock-consolidated nanocrystalline NiAl intermetallic, Acta mater., 1999, vol. 47, no. 8, pp. 2567-2579

  14. M. Omori , Sintering, consolidation, reaction and crystal growth by the spark plasma system (SPS), Materials Science and Engineering, 2000, vol. 287 (2),
    pp. 183-188

  15. R.S. Mishra, J.A. Schneider, J.F. Shackelford and A.K. Mukherjee, Plasma activated sintering of nanocrystalline y-Al2O3, NanoStructured Materials, 1995, vol. 5 (5), pp. 525-544

  16. H. Risbud, S. Chien-Hua, Fast consolidation of ceramic powders, Materials Science and Engineering A, 1995, vol. 204, pp. 146-151

  17. R.S. Mishra, A.K. Mukherjee, Electric pulse assisted rapid consolidation of ultrafine grained alumina matrix composites, Materials Science and Engineering A, 2000, vol. 287, pp. 178–182

  18. H. Kimura, High-strength intermetallic TiAl synthesized via high-temperature crystallization of the amorphous alloy, Philosophical Magazine A, 1996,
    vol. 73 (3), pp. 723- 737

  19. T.N. Tiegs, K.B. Alexander, K.P. Plucknett, P.A. Menchhofer, P.F. Becher, S.B. Waters, Ceramic composites with ductile Ni3Al binder phase, Materials Science and Engineering A, 1996, vol. 209, pp. 243-247

  20. A. Michalski, J. Jaroszewicz, M. Rosiński, D. Siemiaszko, NiAl-Al2O3 composites produced by pulse plasma sintering with participation of the SHS reaction, Intermetallics, 2006, vol. 14, pp. 603-606

  21. C.Y. Wang, Y.M. Zhou, F.L. Zhang, Z.C. Xu, Interfacial microstructure and performance of brazed diamond grits with Ni-Cr-P Alloy, Journal of Alloy and Compounds, 2009, vol. 476 (1-2), pp. 884-888

  22. T. Wejrzanowski, W.L. Spychalski, K. Rożniatowski, K.J. Kurzydłowski, Image based analysis of complex microstructures of engineering materials, Int. J. Appl. Math. Comput. Sci., 2008, vol. 18 (1), pp. 33-39

  23. K. J. Kurzydłowski, B. Ralph, The Quantiative Description of the Microstructure of Materials, CRC Press 1995

  24. L. J. Huetter, H. H. Stedelmaier, Ternary carbides of transition metals with aluminium and magnesium, Acta Metallurgica, 1958, vol. 6, pp. 367-370

  25. J.H. Lee, J. C. Jung, C. W. Won, Simultaneous synthesis and densification of NiAl and Ni3Al by pressure-assisted combustion, Journal of Material Science, 2002, vol. 37, pp. 2435-2439



Yüklə 7,77 Mb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət
    Ana səhifə
Psixologiya