KOMPOZYTY Ti3Al-ZrO2

Podobne dokumenty
KOMPOZYTY Al2O3-Si3N4w

KOMPOZYTY Al2O3-SiCw

KOMPOZYTY Ti3Al-TiB2

KOMPOZYTY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ NiAl O WŁAŚCIWOŚCIACH ZMODYFIKOWANYCH CZĄSTECZKAMI CERAMICZNYMI

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW Cu/Al2O3 METODĄ WSPÓŁBIEŻNEGO WYCISKANIA KOBO

WPŁYW TEMPERATURY SPIEKANIA NA MECHANIZM DEKOHEZJI KOMPOZYTU Al-(Al2O3)p

EFEKT KIRKENDALLA-FRENKLA W KOMPOZYTACH ALUMINIOWYCH Z CZĄSTKAMI ALUMINIDKÓW NIKLU

MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ FeAl Z DODATKIEM 2 I 10% OBJ. Al2O3

MATERIAŁY NA BAZIE FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH OTRZYMYWANE METODĄ SPIEKANIA W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE Z UDZIAŁEM FAZY CIEKŁEJ

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

SPIEKI NiAl-0,2% at. Hf OTRZYMYWANE METODĄ IMPULSOWO-PLAZMOWEGO SPIEKANIA

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

MIKROSTRUKTURA I TWARDOŚĆ KOMPOZYTÓW Ti3Al/TiAl/Al2O3 SPIEKANYCH POD WYSOKIM CIŚNIENIEM

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW Al2O3-Mo W ASPEKCIE BADAŃ Al2O3 WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

IV Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna Problematyka funkcjonowania i rozwoju branży metalowej w Polsce

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

WPŁYW GNIOTU WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI POWŁOK Z FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH

SPIEKANE KOMPOZYTY NA OSNOWIE MIEDZI ZAWIERAJĄCE FAZY MIĘDZYMETALICZNE ALUMINIOWO-śELAZOWE

WPŁYW DODATKU WĘGLIKA WC I PARAMETRÓW WYTWARZANIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI WĘGLIKOSTALI NA OSNOWIE STALI SZYBKOTNĄCEJ

NOWE, ODPORNE NA ŚCIERANIE MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH Z UKŁADU Fe Al OTRZYMYWANE W PROCESIE METALURGII PROSZKÓW

Nanokompozytyna osnowie ze stopu aluminium zbrojone cząstkami AlN

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

STRUKTURA KOMPOZYTÓW WYTWARZANYCH METODĄ PRASOWANIA PROSZKÓW Al-Al2O3-Al3Fe-Al3Ti

PRACE. Instytutu Ceramiki i Materia³ów Budowlanych. Nr 6. Scientific Works of Institute of Ceramics and Construction Materials ISSN

Właściwości mechaniczne kompozytu Al 2 O 3 -ZrO 2 -grafen

BADANIE STRUKTURY SPIEKU 90W-7Ni-3Fe WYKONANEGO METODĄ REZYSTANCYJNĄ, ODKSZTAŁCANEGO PLASTYCZNIE

CERAMIKI PRZEZROCZYSTE

WYBRANE WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW ALUMINIUM-CZĄSTKI WĘGLIKA KRZEMU OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW W PROCESIE KUCIA NA GORĄCO I PO ODKSZTAŁCANIU NA ZIMNO

ZASTOSOWANIE ZŁOŻONYCH TLENKÓW DO WYTWARZANIA DYSPERSYJNYCH FAZ ZBROJĄCYCH W STOPACH ALUMINIUM

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY I WŁASNOŚCI INFILTROWANYCH KOMPOZYTÓW M3/2-WC-Cu W WYNIKU ZMIAN ZAWARTOŚCI WC I PARAMETRÓW WYTWARZANIA

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

ASPEKTY TECHNOLOGICZNE OTRZYMYWANIA KOMPOZYTÓW SZKLANO-METALICZNYCH NA OSNOWIE STOPU IMPLANTACYJNEGO Co-Cr-Mo

Sympozjum Inżynieria materiałowa dla przemysłu

MOŻLIWOŚCI WYTWARZANIA NANOKOMPOZYTU Al2O3/Ni-P POPRZEZ PRASOWANIE NA GORĄCO (HP) PONIKLOWANEGO METODĄ BEZPRĄDOWĄ PROSZKU Al2O3

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

WYTWARZANIE I WŁASNOŚCI SPIEKANYCH KOMPOZYTÓW STAL SZYBKOTNĄCA-WĘGLIK WC-MIEDŹ FOSFOROWA

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

PODKRYTYCZNE ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ PĘKNIĘĆ W KOMPOZYTACH ZIARNISTYCH NA OSNOWIE Y-TZP

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Poprawa właściwości konstrukcyjnych stopów magnezu - znaczenie mikrostruktury

MATERIAŁY NA BAZIE FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH Z UKŁADU Fe-Al OTRZYMYWANE ZMODYFIKOWANĄ METODĄ PRASOWANIA W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE

Mikrostruktura i w a ciwo ci kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4 otrzymywanych na drodze heterokrystalizacji metod zol- el

WYKORZYSTANIE METODY ZAWIESINOWEJ W PROCESIE WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW IN SITU W UKŁADZIE ALUMINIUM TLENEK ŻELAZO-TYTANU

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

WPŁYW DYSPERSYJNEJ FAZY MgO NA PRZEBIEG SPIEKANIA MATERIAŁU AgNi20

Charakterystyka kompozytów WCCo cbn otrzymanych metodą PPS

Nazwa przedmiotu INSTRUMENTARIUM BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Instrumentation of research in material engineering

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHNICZNE STOPU NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ Ni 3 Al (Zr, B)

BADANIE I ANALIZA METODĄ LOGIKI ROZMYTEJ PARAMETRÓW PROCESU MIESZANIA POD KĄTEM POPRAWY WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW

TEMAT PRACY DOKTORSKIEJ

Wpływ rozdrobnienia proszku fazy osnowy na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne kompozytu ziarnistego SiC-TiB 2

WYSOKOCIŚNIENIOWE I SWOBODNE SPIEKANIE KOMPOZYTÓW CERMETALOWYCH Z UDZIAŁEM NANOMETRYCZNYCH PROSZKÓW TiC

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI POWLOK CERAMICZNYCH NA BAZIE CYRKONU NA TRYSKANYCH NA STOP PA30

1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości spieków

KUCIE W MATRYCACH ZAMKNIĘTYCH WYPRASEK W STANIE PÓŁCIEKŁYM Z KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE PROSZKU STOPU Al-Cu-Si-Mg UMOCNIONYCH CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW POWŁOKI NIKLOWEJ CZĄSTEK Al2O3 NA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁU KOMPOZYTOWEGO O OSNOWIE ALUMINIOWEJ

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

Wyznaczanie odporności na pękanie tworzyw ceramicznych metodą nakłuć wgłębnikiem Vickersa

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

TWORZYWA CERMETALOWE PRZEZNACZONE NA OSTRZA NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH

30/01/2018. Wykład IX: Dekohezja. Treść wykładu: Dekohezja - wprowadzenie. 1. Dekohezja materiałów - wprowadzenie.

III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014

WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW STYKOWYCH AgNi20 Z DODATKIEM DYSPERSYJNYCH CZĄSTEK MgO

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Wykład X: Dekohezja. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI NANOKRYSTALICZNYCH KOMPOZYTÓW NiAl-TiC WYTWARZANYCH METODĄ MECHANICZNEJ SYNTEZY I ZAGĘSZCZANIA PROSZKÓW

KSZTAŁTOWANIE NA GORĄCO W PROCESACH ZAGĘSZCZANIA I WYCISKANIA PROSZKU STOPU Al-Si-Fe-Cu ORAZ MIESZANINY TEGO PROSZKU I 10% CZĄSTEK SiC

ANALIZA WŁASNOŚCI SPIEKANYCH I INFILTROWANYCH KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STALI SZYBKOTNĄCEJ

WYBRANE WŁASNOŚCI KOMPOZYTU ALUMINIUM-CZĄSTKI WĘGLIKA KRZEMU OTRZYMANEGO PRZEZ WYCISKANIE WYPRASEK Z PROSZKU

ZASTOSOWANIE MECHANICZNEGO MIELENIA DO WYTWARZANIA MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH. ul. Konarskiego 18a, Gliwice

Własności mechaniczne i strukturalne wybranych gipsów w mechanizmie wiązania.

ODLEWNICZY STOP MAGNEZU ELEKTRON 21 STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI W STANIE LANYM

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI WARSTW MIĘDZYMETALICZNYCH NA STOPIE Ti-6Al-4V

WPŁYW OBCIĄŻEŃ ZMĘCZENIOWYCH NA WYSTĘPOWANIE ODMIAN POLIMORFICZNYCH PA6 Z WŁÓKNEM SZKLANYM

Spiekanie ceramiki azotkowej metodą SPS

Rok akademicki: 2017/2018 Kod: NIM MM-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Materiałoznawstwo metali nieżelaznych

WPŁYW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ NA GORĄCO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE STOPÓW NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ Fe 3 Al

Wp yw atmosfery spiekania na mikrostruktur i w a ciwo ci kompozytów Al 2 O 3 -Ni

WPŁYW PREPARACJI CZĄSTEK Al2O3 NIKLEM NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU Al-(Al2O3)P

Badania nad otrzymaniem kompozytu Al- SiC

STRUKTURA I WŁASNOŚCI INFILTROWANYCH MIEDZIĄ KOMPOZYTÓW STAL SZYBKOTNĄCA-ŻELAZO

Morfologia porów w spieku PNC-60 po odkształceniu na zimno i wyżarzaniu

WPŁYW DYSPERSYJNEJ FAZY CERAMICZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI NIKLOWYCH WARSTW KOMPOZYTOWYCH

Spiekanie bez aktywatorów metodą SPS węglików wybranych metali przejściowych

TWARDOŚĆ VICKERSA I ODPORNOŚĆ NA PĘKANIE WYBRANYCH KOMPOZYTÓW CERAMICZNYCH

STRUKTURA I WYBRANE WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH O OSNOWIE STOPU EN AW6061 WZMACNIANYCH CZĄSTKAMI FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH Ti3Al

Transkrypt:

KOMPOZYTY (COMPOSITES) 3(23)7 Krzysztof Biesiada 1, Andrzej Olszyna 2 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 2-7 Warszawa KOMPOZYTY Ti3Al-ZrO2 Przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją właściwości Ti 3Al, przede wszystkim zwiększenia odporności materiału na kruche pękanie poprzez wprowadzenie do osnowy cząstek ceramicznych tetragonalnego tlenku cyrkonu (TZ-3Y). Technologia kompozytów Ti 3Al-ZrO 2 składała się z następujących operacji: mieszanie proszków wyjściowych, suszenie (T = 9ºC), granulowanie, prasowanie jednoosiowe (p = 2 MPa), dogęszczanie izostatyczne (p = 12 MPa) oraz spiekanie swobodne próbek (T = 14 C, 1 h), w próżni, argonie lub też spiekanie próbek pod ciśnieniem (T = 14 C, 1 h, p = 3 MPa) (rys. 3). Następnie oznaczono właściwości fizyczne kompozytów Ti 3Al+x%ZrO 2, takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość metodą hydrostatyczną (rys. rys. 4-6). Przeprowadzono również jakościową analizę fazową kompozytu Ti 3Al+4%wag.ZrO 2, która wykazała występowanie następujących faz: tetragonalny, jednoskośny (śladowe ilości) tlenek cyrkonu oraz heksagonalny Ti 3Al (rys. 7). Zbadano także własności wytrzymałościowe: twardość HV i odporność na kruche pękanie metodą Vickersa (rys. rys. 9 i 1). W wyniku spiekania kompozytu Ti 3Al+x%ZrO 2 (x =, 1, 2, 3, 4% wag.) pod ciśnieniem (p = 3 MPa) otrzymano materiały o wysokiej twardości 71 HV1 i wysokim współczynniku intensywności naprężeń K Ic = 4 MPa m 1/2 (wartość dla kompozytu Ti 3Al+4%wag.ZrO 2). Wzrost właściwości wytrzymałościowej kompozytów Ti 3Al+x%ZrO 2 należy przypisać obecności ziaren fazy ceramicznej t- ZrO 2. Grupa mechanizmów odpowiedzialnych za obserwowane wzmocnienie w badanych kompozytach jest bezpośrednio związana z przemianą fazową odmiany tetragonalnej w jednoskośną. Słowa kluczowe: fazy międzymetaliczne, kompozyty intermetalik-ceramika, odporność na kruche pękanie Ti 3Al-ZrO 2 COMPOSITES The study is concerned with the modification of the properties of Ti 3Al, in particular aimed at improving the fracture toughness of this material, by introducing ceramic particles of the tetragonal zirconium oxide (TZ-3Y) into its matrix. The technological operations involved in the production of the Ti 3Al+x%ZrO 2 composite are: mixing the starting powders, drying the mixture at T = 9 o C, granulating, uniaxial pressing at p = 2 MPa, isostatic compacting at p = 12 MPa, and free sintering at T = 14 o C in vacuum or argon for 1 h or hot pressing at T = 14 o C, p = 3 MPa for 1 h (Fig. 3). The physical properties of the Ti 3Al+x%ZrO 2 composites thus produced, such as the density, porosity and absorptivity were determined using the hydrostatic method (Figs. 4-6). The phases identified in the Ti 3Al+4wt.%ZrO 2 composite by a qualitative phase analysis were: tetragonal and monoclinic (traces) zirconium oxides and hexagonal Ti 3Al (Fig. 7). The strength properties of the composite, such as the hardness (HV) and fracture toughness, were also examined using the Vickers method (Figs. 9 and 1). The Ti 3Al+x%ZrO 2 (x =, 1, 2, 3, 4 wt.%) composites hot-pressed under a pressure of 3 MPa show a high hardness of 71 HV1 and a high stress intensity factor K Ic of 4 MPa m 1/2 (the latter value was measured in the Ti 3Al+4wt.%ZrO 2 composite). The increased values of the strength parameters of the Ti 3Al+x%ZrO 2 composites can be attributed to the presence of the t-zro 2 ceramic phase grains. The mechanisms responsible for the hardening observed in the composites can directly be related to the tetragonal-to-monoclinic phase transformation that takes place during the sintering. Key words: intermetallic phases, intermetallic-ceramic composites, fracture toughness WPROWADZENIE Materiały na osnowie faz międzymetalicznych, w tym z układu Ti-Al należą do nowej generacji tworzyw funkcjonalnych i konstrukcyjnych charakteryzujących się unikatowymi właściwościami fizykochemicznymi. Ze względu na małą gęstość oraz stabilność właściwości mechanicznych w szerokim zakresie temperatury materiały te są szczególnie atrakcyjne dla zastosowań w przemyśle energetycznym, motoryzacyjnym oraz lotniczym. Wykorzystywane są jako materiały na łopatki turbin silników odrzutowych i spalinowych oraz zawory silników spalinowych o dużej mocy, podczas eksploatacji których występują szczególnie trudne warunki pracy [1]. Głównym czynnikiem ograniczającym zastosowanie materiałów na osnowie faz międzymetalicznych jest stosunkowo mała ich plastyczność w temperaturze pokojowej, co czyni je trudno obrabialnymi dostępnymi technologiami [2]. Drugim istotnym ograniczeniem jest odporność na utlenianie w podwyższonej temperaturze [3]. Dotychczasowe wyniki badań stopów na osnowie faz 1 mgr inż., 2 prof. dr hab. inż.

183 Kompozyty Ti 3Al-ZrO 2 międzymetalicznych z różnymi dodatkami zdają się sugerować, że ich właściwości użytkowe w znacznej mierze zależą od mikrostruktury [4]. Szczególną grupę tworzyw stanowią kompozyty na osnowie faz międzymetalicznych z układu Ti-Al umacniane cząstkami ceramicznymi. Wprowadzenie fazy ceramicznej do osnowy - fazy międzymetalicznej może powodować między innymi wzrost odporności na kruche pękanie, na zużycie ścierne, utlenianie i pełzanie. Celem niniejszej pracy stała się modyfikacja właściwości Ti 3 Al poprzez wprowadzenie cząstek ceramicznych tetragonalnego tlenku cyrkonu.,141 μm (rys. 2), powierzchnia właściwa 16 m 2 /g oraz czystość fazowa 1% t-zro 2. Z surowców tych wykonano mieszaniny proszkowe Ti 3 Al+x%wag.ZrO 2 (x =, 1, 2, 3, 4) o założonym składzie drogą homogenizacji w młynku agatowym w alkoholu etylowym. PRACE DOŚWIADCZALNE Surowcami do badań były proszki: Ti 3 Al produkcji Alfa Aesar, Karlsruhe, Niemcy oraz ZrO 2 (TZ-3Y) produkcji TOSOH Corporation, Yamaguchi, Japan. Czystość chemiczna Ti 3 Al wynosiła 99,%. Na rysunku 1 przedstawiono morfologię proszku Ti 3 Al oraz rozkład wielkości cząstek. Średnia wielkość ziarna ZrO 2 d śr =,141 [μ m] Odchylenie standardowe σ=,44 [μ m] Średnia wielkość ziarna Ti 3 Al d śr = 16,36 [μ m] Odchylenie standardowe σ=1,29 [μm], Częstość [%] 3 2 2 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 d [μ m] Częstość [%] 12, 1, 7,, 2,,,6,7,8,9,1,11,12,13,14,,16,17,18,19,2,21,22,23 d [μ m] Rys. 2. Morfologia proszku oraz rozkład wielkości cząstek tlenku cyrkonu Fig. 2. Morphology and the grain size distribution of the zirconium oxide powder Rys. 1. Morfologia proszku oraz rozkład wielkości cząstek Ti 3Al Fig. 1. Morphology and the grain size distribution of the Ti 3Al powder Tetragonalny tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru (ZrO 2 +3mol.%Y 2 O 3 ) charakteryzował się następującymi właściwościami: średnia wielkość cząstek Po wysuszeniu proszki granulowano, a następnie formowano metodą prasowania jednoosiowego pod ciśnieniem 2 MPa i doprasowywano izostatycznie pod ciśnieniem 12 MPa. Prasowane były w formie walców φ = 13 mm, H = 1 mm. Zagęszczanie przeprowadzono dwiema metodami: metodą spiekania swobodnego (T = = 14 C, 1 h w próżni p = 1 4 Pa lub Ar) lub spiekania pod ciśnieniem (T = 14 C, 1 h, p = 3 MPa). Technikę wytwarzania materiałów kompozytowych przedstawiono schematycznie na rysunku 3. Spieczone kształtki poddano procesowi szlifowania i polerowania, przy użyciu past diamentowych 3, 1, ¼ μm, a następnie oznaczono ich właściwości fizyczne, takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość metodą ważenia hydrostatycznego z użyciem wagi RADWAG WPS. Zmierzono twardość HV (przy obciążeniu 1 kg) oraz współczynnik intensywności naprężeń K Ic (metodą wgłębnikową przy obciążeniu 1 kg) na kruchościomierzu FV-7B firmy Future-Tech. Skład fazowy badano

K. Biesiada, A. Olszyna 184 na dyfraktometrze PHILIPS 183 o promieniowaniu CuK α. Jakościową analizę fazową przeprowadzono na podstawie zapisów wykonanych w zakresie kątowym 2Θ 2 2 z krokiem 2Θ -,, czas zliczania 3 s. Obserwacje mikrostruktury przeprowadzono przy użyciu mikroskopu skaningowego (SEM) HITACHI S3N i LEO. Spiekanie swobodne próbek: T = 14 C, czas 1 h, w próżni lub argonie Mieszanie proszków Suszenie T = 9 C Granulowanie Prasowanie jednoosiowe p = 2 MPa Dogęszczanie izostatyczne wyprasek p = 12 MPa Spiekanie próbek pod ciśnieniem: T = 14 C, czas 1 h, p = 3 MPa Rys. 3. Technika wytwarzania materiałów kompozytowych Ti 3Al+x%ZrO 2 Fig. 3. Flow chart of the fabrication of the Ti 3Al+x%ZrO 2 composites WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE Wyniki badań gęstości pozornej, względnej oraz nasiąkliwości przedstawiono w formie graficznej na rysunkach 4-6. Gęstość pozorna dp kompozytu Ti 3 Al+ +x%zro 2 zależy zarówno od metody spiekania, jak i od temperatury spiekania. Dla spiekania swobodnego można zaobserwować wzrost gęstości pozornej dp spieków wraz ze wzrostem zawartości tlenku cyrkonu od 3,8 g/cm 3 (dla ) do 4,22 g/cm 3 (dla 4% wag. ZrO 2 ) w temperaturze 14 C oraz od 3, g/cm 3 (dla % wag. ZrO 2 ) do 4,19 g/cm 3 (dla 4 ) w temperaturze C. Gęstość kompozytu Ti 3 Al+ +x%zro 2 spiekanego w C oscyluje wokół wartości 4 g/cm 3. Najwyższe wartości gęstości pozornej dp badanego kompozytu występują podczas spiekania pod ciśnieniem w temperaturze 14 C i są one bliskie wartościom teoretycznym. Na podstawie uzyskanych zależności gęstości względnej w funkcji zawartości (rys. ) należy stwierdzić, że najlepsze wartości gęstości uzyskuje się dla kompozytów spiekanych pod ciśnieniem - mieszczą się one w przedziale 97 99%. Cechują się one znacznie mniejszą porowatością (1 2%) w stosunku do kompozytów Ti 3 Al+%wag.ZrO 2 spiekanych swobodnie ( 2%). dp [g/cm 3 ] 4, 4 3, 3 % obj. ZrO 2 7 23 32 2, 1 2 3 4 Ti3Al+ZrO2 spiekany pod ciśnieniem Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie C Ti3Al+ZrO2 spiekny swobodnie 14C Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie C gęstość teoretyczna Ti3Al+ZrO2 Rys. 4. Zmiany gęstości pozornej dp i teoretycznej dt kompozytu Ti 3Al+ +x%zro 2 w zależności od udziału (% wag.) ZrO 2 w kompozycie Fig. 4. Relative density d r and theoretical density d t of a Ti 3Al+x%ZrO 2 composite depending on the (% wt.) ZrO 2 content dw [%] 1 9 9 8 8 7 7 6 1 2 3 4 Ti3Al+ZrO2 spiekany pod ciœnieniem Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie C Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie C Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie 14C Rys.. Zmiany gęstości względnej dw kompozytu Ti 3Al+x%ZrO 2 w zależności od udziału (% wag.) ZrO 2 w kompozycie Fig.. Relative density d w of a Ti 3Al+x%ZrO 2 composite depending on the (% wt.) ZrO 2 content Kompozyty Ti 3 Al+x%ZrO 2 spiekane pod ciśnieniem charakteryzują się brakiem nasiąkliwości. Natomiast nasiąkliwość kompozytów Ti 3 Al+x%ZrO 2 spiekanych swobodnie zmienia się od około 1 do 1% (rys. 6). N [%] 1 1 2 3 4 Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie C Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie 14C Ti3Al+ZrO2 spiekany swobodnie C Ti3Al+ZrO2 spiekany pod ciœnieniem Rys. 6. Zmiany nasiąkliwości kompozytu Ti 3Al+x%ZrO 2 w zależności od udziału (% wag.) ZrO 2 w kompozycie Fig. 6. Absorptivity of the Ti 3Al+x%ZrO 2 composite as a function of the (% wt.) ZrO 2 content

18 Kompozyty Ti 3Al-ZrO 2 Przeprowadzona jakościowa analiza fazowa kompozytu z zawartością 4 wykazała występowanie następujących faz: tetragonalny, jednoskośny tlenek cyrkonu oraz heksagonalny Ti 3 Al. Udział fazy jednoskośnej V j generowanej podczas spiekania można określić według zależności wynosi 4 MPa m 1/2 ). Zatem jest wzrost K Ic o % w wyniku wprowadzenia 4% wag. (32% obj.) ZrO 2 do osnowy. 1,63 Ι / 111/ j V j = 1% 1,63 Ι / 111/ + Ι / 111/ gdzie: I/111/ j jest intensywnością refleksu /111/ fazy jednoskośnej, zaś I/111/ T jest intensywnością refleksu /111/ fazy tetragonalnej. Obliczona wartość udziału objętościowego jednoskośnego ZrO 2 wynosi jedynie 6%. j T Rys. 7. Analiza fazowa kompozytu Ti 3Al+4%wag.ZrO 2 spiekanego pod ciśnieniem (14 C/1 h, p = 3 MPa) Fig. 7. Phase analysis of the Ti 3Al+4%ZrO 2 composite hot pressed at T = 14 C for 1 hour, p = 3 MPa Rys. 8. Typowe mikrostruktury kompozytu ziarnistego Ti 3Al+4%wag. ZrO 2 spiekanego pod ciśnieniem 14 C/1 h, p = 3 MPa Fig. 8. Typical microstructures of the grular Ti 3Al+4%wt.ZrO 2 composite hot - pressed at T = 14 C for 1 hour, p = 3 MPa Typową mikrostrukturę kompozytu ziarnistego Ti 3 Al+4%wag.ZrO 2 spiekanego pod ciśnieniem przedstawiono na rysunku 8. Ciemna faza to osnowa (Ti 3 Al), natomiast jasna faza to ziarna ZrO 2. Homogenicznie rozmieszczone w objętości kompozytu ziarna ZrO 2 posiadają nieregularny kształt oraz średnią wielkość 6 μm. Wskazuje to na silną tendencję tlenku cyrkonu do aglomeracji. Badania właściwości mechanicznych kompozytów ograniczono do pomiarów twardości (rys. 9) i współczynnika intensywności naprężeń K Ic (rys. 1). Z przedstawionych wyników pomiaru twardości dla kompozytu Ti 3 Al+x%ZrO 2 spiekanego pod ciśnieniem można stwierdzić, że wprowadzanie ZrO 2 do osnowy Ti 3 Al powoduje wzrost twardości do 71 HV1 (dla 2 ), natomiast dalszy wzrost udziału fazy ceramicznej nieznacznie obniża ten parametr do 664 HV1 (dla 4 ). Odporność na kruche pękanie K Ic dla kompozytu Ti 3 Al+x%ZrO 2 spiekanego pod ciśnieniem wzrasta wraz ze wzrostem udziału ZrO 2 (dla czystego Ti 3 Al wartość współczynnika K Ic wynosi 18 MPa m 1/2, natomiast po wprowadzeniu do osnowy 4 wartość K Ic HV1 8 6 4 2 1 2 3 4 Rys. 9. Wpływ udziału tlenku cyrkonu na twardość kompozytu Ti 3Al+ +x%zro 2 spiekanego pod ciśnieniem (14 C/1 h, p = 3 MPa) Fig. 9. Effect of the ZrO 2 admixture on the hardness of a hot-pressed Ti 3Al+x%ZrO 2 composite (14 C/1 h, p = 3 MPa.) KIC [MPam 1/2 ] 6 4 3 1 2 3 4

K. Biesiada, A. Olszyna 186 Rys. 1. Wpływ udziału tlenku cyrkonu na współczynnik intensywności naprężeń K Ic kompozytu Ti 3Al+%ZrO 2 spiekanego pod ciśnieniem (14 C/1 h, p = 3 MPa) Fig. 1. Effect of the ZrO 2 admixture on the stress intensity factor K Ic in hot pressed Ti 3Al+x%ZrO 2 composite (14 C/1 h, p = 3 MPa) PODSUMOWANIE Przeprowadzone wstępne wyniki badań nad modyfikacją właściwości Ti 3 Al poprzez wprowadzenie do osnowy cząstek ceramicznych tetragonalnego tlenku cyrkonu (TZ-3Y) wykazały, że najwyższe wartości gęstości pozornej dp badanych kompozytów otrzymano podczas spiekania pod ciśnieniem 3 MPa w temperaturze 14 C i są one bliskie wartościom teoretycznym. Materiały te cechują się również znacznie mniejszą porowatością i nasiąkliwością w stosunku do kompozytów Ti 3 Al+x%ZrO 2 spiekanych swobodnie. Wprowadzanie ZrO 2 do osnowy Ti 3 Al powoduje wzrost twardości kompozytów do 71 HV1 dla Ti 3 Al+ +2%wag.ZrO 2 i dalsze zwiększanie udziału fazy ceramicznej nieznacznie zmniejsza twardość. Współczynnik intensywności naprężeń K Ic wzrasta z 18 MPa m 1/2 dla do 4 MPa m 1/2 dla Ti 3 Al+ +4%wag.ZrO 2. Jest to spowodowane działaniem mechanizmu transformacji fazowej tetragonalnego tlenku cyrkonu do jednoskośnej oraz wzrostem zawartości ZrO 2. Wzrost właściwości wytrzymałościowej kompozytów Ti 3 Al-ZrO 2 należy przypisać obecności ziaren fazy ceramicznej t - ZrO 2. Grupa mechanizmów odpowiedzialnych za obserwowane wzmocnienie w badanych kompozytach jest bezpośrednio związana z przemianą fazową odmiany tetragonalnej w jednoskośną. Praca była finansowana z grantu PBZ/KBN/41/T8/2-9. LITERATURA [1] Varin R.A., Structural and functional intermetallics - an overview, Inżynieria Materiałowa 21, 1, 11-18. [2] Bystrzycki J., Varin R.A., Bojar Z., Postępy w badaniach stopów na bazie uporządkowanych faz międzymetalicznych z udziałem aluminium, Inżynieria Materiałowa 1996,, 137. [3] Bystrzycki J., Garbacz H., Przetakiewicz W., Kurzydłowski K.J., Prace badawcze w obszarze faz międzymetalicznych, Inżynieria Materiałowa 21,1, 8. [4] Rachmel A., Quadakkers W., Schutze M., Materials and Corrosion 199, 8, 271. Recenzent Stanisław Wierzbiński