Spiekane kompozyty stalowe wzmacniane dwuborkiem tytanu

Abstract

W monografii niniejszej przedstawiono stan wiedzy na temat wytwarzania kompozytów o osnowie stali austenitycznej 316L wzmacnianych ceramiką $TiB_2$ na drodze metalurgii proszków oraz ich właściwości. Głównym celem pracy było wytworzenie materiału kompozytowego o osnowie stali austenitycznej wzmocnionego dwuborkiem tytanu. Kompozyty stal-TiB2 otrzymano dwoma metodami spiekania: HP-HT (High Pressure-High Temperature) i SPS/FAST (Spark Plasma Sintering). Dla kompozytów z różnym udziałem fazy wzmacniającej $TiB_2$ określono optymalne parametry spiekania. Pierwsza część monografii opisuje zagadnienia związane z procesami zachodzącymi podczas spiekania oraz charakterystykę nowoczesnych metod spiekania. Szczegółowym rozważaniom poddano informacje literaturowe dotyczące kompozytów o osnowie stopów żelaza wzmacnianych cząstkami ceramicznymi. Na podstawie istniejącego stanu wiedzy przeanalizowano stosowane metody i warunki spiekania oraz możliwości stosowania borkowych, tlenkowych, azotkowych czy węglikowych faz wzmacniających w kompozytach o osnowie stopów żelaza. Druga część monografii zawiera szczegółowy opis prac badawczych związanych z kompozytami stal-$TiB_2$ z różnym udziałem fazy wzmacniającej. Przeprowadzono obliczenia termodynamiczne równowagi faz w układzie wieloskładnikowym $Fe-Ti-B-Cr-Mo-Ni$, których celem było określenie możliwości powstawania faz dla kompozytu stal-$TiB_2$ w określonych warunkach spiekania. W dalszej części monografii wyniki obliczeń termodynamicznych zostały zweryfikowane w oparciu o wyniki eksperymentalne analiz fazowych otrzymanych dla kompozytów stal-$TiB_2$ spiekanych metodami HP-HT i SPS/FAST. Zrealizowano kompleksowe badania dotyczące charakterystyki spiekanych kompozytów pod kątem ich właściwości fizycznych, mechanicznych, tribologicznych oraz korozyjnych, z uwzględnieniem podwyższonych temperatur. W szerokim zakresie przeprowadzono analizę mikrostruktury, korzystając z metod mikroskopii optycznej, skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) wraz z analizą składu chemicznego (EDS, WDS), składu fazowego (EBSD) oraz analizę rentgenowską.

This monograph presents the current state of knowledge concerning manufacture and properties of composites based on 316L austenitic steel reinforced with $TiB_2$ ceramics made by the technique of powder metallurgy. The main purpose of the monograph was to obtain a composite material based on the austenitic steel matrix reinforced with titanium diboride. Steel-$TiB_2$ composites were manufactured by two sintering methods, i.e. HP-HT (High Pressure-High Temperature) and SPS/ FAST (Spark Plasma Sintering). For composites with different content of the $TiB_2$ reinforcing phase, the optimal sintering parameters were determined. The first part of the monograph describes various processes occurring during sintering and gives characteristics of modern sintering methods. Detailed consideration was given to information from technical literature on iron alloy composites reinforced with ceramic particles. Based on the current state of knowledge, the applied methods and sintering conditions as well as the possibilities of using borides, oxides, nitrides or carbides as reinforcing phases in composites with iron alloy matrix were examined. The second part of the monograph contains detailed description of research works related to the steel-$TiB_2$ composites with various content of the reinforcing phase. Thermodynamic calculations of the phase equilibrium diagram in complex $Fe-Ti-B-Cr-Mo-Ni$ systems were carried out to estimate the possibilities of phase formation in the steel-$TiB_2$ composites under specific sintering conditions. In further part of the monograph, the results of thermodynamic calculations were validated by comparison with the experimental results of phase analysis obtained for the steel-$TiB_2$ composites sintered by HP-HT and SPS/FAST methods. Comprehensive studies were carried out to better explore the characteristics of sintered composites in terms of their physical, mechanical, tribological and corrosive properties, including high temperature behaviour. Microstructure analysis was performed using various methods such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) along with the analysis of chemical composition (EDS, WDS), phase composition (EBSD) and X-ray examination.