Kształtowanie struktury i własności infiltrowanych kompozytów na osnowie stali szybkotnącej

Abstract

The research work presented in the doctoral dissertation concerned 3 types of infiltrated composites i.e. M3/2 grade high speed steel (M3/2 HSS)-copper containing 7.5% Cu and 0.3% graphite, M3/2 HSS-iron-copper containing either 20 or 50% Fe, and M3/2 HSS-WC-copper containing either 10 or 30% WC. Fourteen HSS-based PM composites were manufactured by infiltrating both green compacts and pre-sintered porous skeletons with copper. The infiltration process comprised two stages, i.e. the production of porous bodies and the subsequent infiltration. The main objective of the research work was to evaluate the combined effects of powder characteristics and production process parameters on the properties of green pre-forms for infiltration, the infiltration itself and on the final microstructure and properties of the composites. Prior to infiltration both the green compacts and porous pre-sintered bodies were tested for density and porosity, and subjected to dilatometric measurements and fractographic studies in order to observe the morphology of capillaries. The infiltrated composites were tested for density, porosity, degree of pore filling with the infiltration metal, hardness, microhardness, transverse rupture strength, resistance to sliding wear, sliding coefficient, and resistance to oxidation at elevated temperatures. They were also subjected to microstructural studies by means of light microscopy and X-ray diffraction phase analysis. Basing on the experimental data it was possible to establish the effects of the number and type of starting components and the production route of the porous pre-forms on the final density, microstructure and properties of the infiltrated composites.

Wyniki badań przedstawione w pracy doktorskiej obejmują 3 grupy infiltrowanych kompozytów stal szybkotnąca M3/2 - miedź, stal szybkotnąca M3/2 - żelazo - miedź, stal szybkotnąca M3/2 - węglik wolframu WC - miedź. Po uwzględnieniu w grupie pierwszej dodatków 7,5% miedzi i 0,3% grafitu oraz w grupie drugiej dwóch zawartości żelaza (20% i 50%) a w grupie trzeciej dwóch zawartości dodatku węglika wolframu WC (10% i 30%) oraz przez zastosowanie do infiltracji porowatych wyprasek i porowatych spieków otrzymano i poddano badaniom 14 rodzajów kompozytów na osnowie stali szybkotnącej. Proces wytwarzania kompozytów metodą infiltracji składa się z dwóch zasadniczych stadiów, tj. wytwarzania porowatych kształtek przeznaczonych do infiltracji i właściwej infiltracji. W wyniku przeprowadzonych badań określono wpływ własności proszków i parametrów wytwarzania na własności porowatych kształtek przeznaczonych do infiltracji oraz wpływ własności porowatych kształtek na przebieg infiltracji, mikrostrukturę i własności 14 rodzajów infiltrowanych kompozytów na osnowie stali szybkotnącej. Porowate kształtki w postaci wyprasek i spieków poddano badaniom: gęstości i porowatości, przebiegu spiekania metodą dylatometryczną oraz badaniom mikroskopowym w celu określenia morfologii kapilar na przełomach. Badania własności infiltrowanych kompozytów obejmowały: stopień wypełnienia kapilar infiltrantem, gęstość, porowatość, twardość, mikrotwardość, wytrzymałości na zginanie, odporności na zużycie cierne i współczynnika tarcia, proces utleniania w podwyższonych temperaturach oraz mikrostruktury przy użyciu mikroanalizy rentgenowskiej, mikroskopii świetlnej i rentgenowskiej analizy fazowej. Na podstawie uzyskanych wyników ustalono zależności pomiędzy liczbą i rodzajem użytych składników wyjściowych i sposobem wytwarzania porowatych kształtek a stopniem wypełnienia kapilar infiltrantem, mikrostrukturą i własnościami infiltrowanych kompozytów.