Microstructural control in the Powder Metallurgical Processing of Cr3C2 Reinforced Steel Matrix Composities

Abstract

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää HIP lämpötilan vaikutusta metallimatriisikomposiittien mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Matriisimateriaaliksi valittiin kaksi ruostumatonta terästä: APM 9935 ja Duplex 27, lujitteina käytettiin kromikarbidia (Cr_(3)C_(2)) ja alumiinioksidia (Al_(2)O_(3)). Komposiitit valmistettiin pulverimetallurgisesti isostaattisessa kuumapuristuksessa ja puristuslämpötiloina käytettiin lämpötiloja 1075, 1115 ja 1180°C. Metallimatriisikomposiitille, jossa matriisina oli APM 9935 ja lujitteena Al_(2)O_(3) kokeiltiin myös uutta pulverien sekoitusta parantavaa lisäainetta.

Johdanto-osassa on esitelty pulverimetallurginen prosessi, jota käytetään Santasalo Powdermet ja Bodycote Powdermet yhtiöissä Surahammarissa, Ruotsissa. Osassa käsitellään myös pulverien tiivistymismekanismeja isostaattisessa puristuksessa ja metallimatriisikomposiittien valmistuksen yleisiä fysikaalisia ja kemiallisia sekä termodynaamisia perusperiaatteita.

Komposiittien mekaanisessa koetuksessa havaittiin korkeimmat myötö- ja murtolujuudet, sekä suuremmat plastiset venymät ja iskulujuusarvot komposiiteilla, jotka oli valmistettu alhaisemmassa HIP lämpötilassa. Komposiittien valmistuksen jälkeinen lämpökäsittely paransi ominaisuuksia vielä jonkin verran paitsi plastisen venymän osalta, jossa ei tapahtunut muutoksia.

Mikrorakennetarkasteluissa Al_(2)O_(3)-lujitetut komposiitit eivät osoittaneet reagointia matriisin (APM 9935) kanssa, eikä uudesta sekoituslisäaineesta ollut sanottavaa etua. Kromikarbidilujitteet sen sijaan reagoivat matriisiensa (APM 9935 ja Duplex 27) kanssa muiksi kromikarbideiksi (Cr_(7)C_(3) ja Cr_(23)C_(6)). Alhaisessa lämpötilassa valmistetuissa komposiiteissa oli kuitenkin havaittavissa vielä myös alkuperäistä kromikarbidia Cr_(3)C_(2).