|
|
Advanced high-temperature resistant metal-ceramic composites based on TiB2 for cutting tools
Halmazňa, Jiří ; Drdlík, Daniel (referee) ; Chlup, Zdeněk (advisor)
This diploma thesis deals with the preparation of new high-temperature resistant cermets based on TiB2. The hard ceramic phase is bonded by NiW metallic alloy, which was prepared by mechanical alloying using a planetary ball mill. The first part of the thesis is targeted to the optimization of mixing of both powders in the planetary ball mill. The procedure of preparation of powders mixture with homogenous particles distribution of the NiW alloy was designed and verified with simultaneous particle size refinement. The second part is focused on the microstructure characterisation and mechanical properties evaluation of sintered materials. In this case both powders, TiB2 and NiW, were mixed in a tubular mill and consequently compacted by a rapid hot pressing method at four different sintering temperatures. The influence of the sintering temperature on the microstructure development characterized by the density, porosity and grain size was monitored. The elastic modulus, fracture toughness, flexural strength and hardness were measured on prepared test specimens. The results of conducted experiments show a significant dependence of the microstructure and mechanical properties on applied sintering temperatures. The higher sintering temperatures are used the better mechanical properties are observed. However, the sintering temperature of 1375°C seems to be an optimal one. The sintering temperature of 1400°C leads to the significant losses of the metal phase due to sublimation of nickel resulting in increased porosity in the metal phase regions.
|
|
|
Metal Matrix Composites Prepared by Powder Metallurgy Route
Moravčík, Igor ; Lapin, Juraj (referee) ; Skotnicová, Kateřina (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Ve všeobecnosti, poznatky o design slitin, jejich výrobě a výběru legujúcich prvků sú omezené na slitiny s jedním základním prvkem. Tento fakt ale výrazně limituje možnosti a volnost výběru prvků pro dosáhnuti speciálních vlastností a mikrostruktur. V poslední dekádě se ukázalo, že materiálová věda a inženýrství nejsou ještě zdaleka prozkoumané v důsledku objevu nové třídy materiálů nazvané vysoko entropické slitiny (HEA high entropy alloys). Jejich objev upoutal pozornost vědecké komunity. Základní koncept pro jejich design je, že namísto jednoho, nebo dvou základních prvků obsahují minimálně 5 prvků v podobných atomových koncentracích. V posledních letech se objevila skupina materiálů odvozená od HEA, nazvaná slitiny so střednou entropii (MEA medium entropy alloys). Na rozdíl od HEA ale obsahují 3, nebo 4 prvky. Táto práce je věnovaná studiu přípravy a charakterizaci HEA, MEA a jejich kompozitů s pomocí metod práškové metalurgie. V této práci byli dohromady zkoumány tři kompozice: AlCoCrFeNiTi0.5, Co1.5Ni1.5CrFeTi0.5 a CoCrNi, kompozity s kovovou matricí (MMC metal matrix composites) vyztužené částicemi B4C s CoCrNi jako matricí. Hloubková mikrostrukturní a mechanická analýza těchto materiálů byla provedena pomoví metod rastrovací a transmisní elektronové mikroskopie spojené s tahovými a ohybovými zkouškami. V průběhu celé studie se objevovaly problémy s kontaminací kyslíkem, co se projevilo vznikem značného množství oxidů v připravených materiálech. U Slitiny AlCoCrFeNiTi0.5 byla naměřena tvrdost přesahující 800 HV. Její houževnatost ale byla velice omezena. V její mikrostruktuře byly identifikovány částice in-situ TiC v důsledku přítomnosti organického, anti-aglomeračního činidla (metanolu) v mlecí misce. Tato reakce může být použita v budoucnu k přípravě MMC se záměrnou disperzí TiC. Na druhé straně, slitina CoCrNi ukázala vysoké hodnoty tažnosti (26%) a meze pevnosti přes 1000 MPa. Mikrostruktura obsahovala majoritní FCC fázi s BCC precipitáty. Tahle slitina byla z důvodu vysoké tažnosti zvolena pro přípravu kompozitu s výztuží B4C. V průběhu slinování ale došlo k reakci mezi přítomným Cr a B4C, které výsledkem byl Cr5B3 borid. Tento kompozit mel pevnost v tahu 1400 MP a extrémne jemnozrnnou strukturu. Celková tažnost ale klesla na 1.9 %. Slitina AlCoCrFeNiTi0.5, která mela strukturu složenou jen z FCC tuhého roztoku dosáhla nejlepší kombinaci mechanických vlastností s pevností přesahující 1300 MPa a dostatečnou tažností 4%. Prášková metalurgie se ukázala jako vhodná metoda pro přípravu HEA a MEA slitin a jejich kompozitů, s dobrou kombinací pevnosti a tažnosti. Tato metoda dovoluje měnit mikrostrukturní parametry připravených materiálů jednoduchou úpravou parametrů procesu.
|
|
|
Surface coatings of medium and high entropy alloy prepared by the cold-spray method
Vražina, Tomáš ; Adam, Ondřej (referee) ; Moravčík, Igor (advisor)
This bachelor thesis investigated coating of the CoCrNi (Medium entropy) alloy deposed onto austenitic steel substrate. The main objectives were characterization and analysis of sprayed deposition before and after heat treatment. The thesis was divided into 2 main parts. The theoretical part provided general information about alloy manufacturing, properties, and the method of its consolidation. The experimental part provided electron microscopy analysis including, an EDS, a porosity analysis and microhardness testing. Its results were then discussed on the base of the information gathered in the theoretical part. The results showed that the deposed layer was stable and there was no sign of material decohesion. The coating showed low porosity which was later successfully lowered by heat treatment. EDS proved that the coating was not entirely homogenous. The conclusion summarized the results achieved in the practical part.
|
|
|
Mechanical alloying and compactization of metallic composite powders
Husák, Roman ; Čelko, Ladislav (referee) ; Hadraba, Hynek (advisor)
Master´s thesis is focus on the proces of mechanical alloying. It is the proces of modifying a hetegeneous mixture of powder materials into a homogeneous composite powder. Experiments are focus on three types of composite materials. A magnetic soft alloy Permalloy, ODS steel based on commercially available powder steel 434 LHC and low-activation high-chrome ODS steel 14Cr-2W. On composite powders are made a series of mechanical tests and chemicel analysis. Based on this tests and analysis it was possible to confirm the milling time needed to create fully homogeneous composite powder. Next step is compaction of composite powder into compact volume and another mechanical tests ana analysis of microstructure. In these analyzes to determine whether i tis necessary to use protective atmosphere during mechanical alloying. All three type of materials succesfull prepared by mechanical alloying. It was found that for created of a fully homogeneous composite powder is necessary to perform mechanical alloying for 24 hours. When processing of corrosion resistant materials, i tis possible to perform mechanical alloying in an air atmosphere. During mechanical alloying materials which are subject to oxidation, i tis necessary to use protective atmosphere.
|
|
|
High entropy alloys fabricated via SPS compaction of high energy milled feedstock powders
Gubán, Ivan ; Hadraba, Hynek (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
The subject of this thesis is preparation of CoCrFeMnNiNx high entropy mixtures via the methods of mechanical alloying and spark plasma sintering (SPS). Three series of specimens were fabricated in this thesis: samples milled in argon (benchmark materials), samples milled in nitrogen atmosphere (to observe their ability of nitrogen absorption) and samples microalloyed with CrN, FeN nitrides (to observe their dissociation into the solid solution potential). The fabricated powders and SPS compacts were subsequently observed by electron microscopy and their phase content by X-Ray diffraction (XRD) and elemental composition by EDS analysis were carried out. A method of reduction melting in inert atmosphere was used to determine the exact oxygen and nitrogen content in powders, while the respective particle size distribution measured by laser diffraction method. The influence of nitrogen content on the hardness of the samples was studied via the microhardness measured. After completing the process of mechanical alloying under the Nitrogen atmosphere was the maximal concentration of nitrogen in the structure 0,208% after 24 hours of milling (dependency on time was linear), which means, the method of milling under the Nitrogen atmosphere was successful. XRD of milled samples showed the existence of the only FCC single solid solution phase, while samples milled under the Nitrogen atmosphere showed the trend of the growth of the lattice parameter with the increasing nitrogen content. There was observed the presence of the chromium nitrides precipitates on the grain boundaries of the FCC phase in microalloyed samples. All specimen were contaminated by a mixture of metallic oxides and manganeese sulphides, which were present in the default manganeese powder. The greatest value of microhardness showed the duplex sample. The increase in values of microhardness (344 HV 0,3) in comparison with the standard sample (262,9 HV 0,3) was recorded on the samples milled under the nitrogen atmosphere, which conforms the positive influence of the nitrogen content on strength characteristics of this alloy.
|
|
|
Duplex microstructures preparation by mechanical alloying and spark plasma sintering
Neboha, Oksana ; Štěpánek, Roman (referee) ; Moravčík, Igor (advisor)
This master´s thesis focuses on duplex microstructures preparation by powder metallurgy. A hybrid material can be created by combining two or more existing materials in different geometries, and thus the newly formed composite can provide a superposition of the properties of the starting materials (powders). This means that it will have an improved combination of the required properties. The theoretical part describes in detail the hybrid materials and the architectured materials that contain highly controlled structures. Structure control allows to change the variety of possible geometries and opens up a number of other useful properties. Therefore, this thesis also deals with the mechanical alloying and SPS. The experimental part describes procedures of preparation of four samples of composites with a duplex structure from a powder of a significantly tough alloy (austenitic steel 316L) in combination with a powder of a significantly strong alloy (titanium carbonitride). A crucial part of this thesis is characterization of these four samples by electron microscopy methods (SEM, TEM, EDS) and supported by hardness measuring.
|
|
|
Metal Matrix Composites Prepared by Powder Metallurgy Route
Moravčíková de Almeida Gouvea, Larissa ; Novák, Pavel (referee) ; Hadraba, Hynek (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Vývoj nových materiálů pro součásti v moderních technologiích vystavené extrémním podmínkám má v současné době rostoucí význam. Děje se tak v důsledku neustále se zvyšujících požadavků průmyslových odvětví na lepší konstrukční vlastnosti nosných materiálů. Ve světle těchto faktů si tato studie klade za cíl posoudit nové složení slitin s vysokou entropií, které se vyznačují vysokým aplikačním potenciálem pro kritické aplikace. Slitiny jsou připravovány práškovou metalurgií, t.j. kombinací mechanického legování a slinování v pevné fázi. Pro účely srovnávaní vlastností jsou vybrané kompozice vyrobeny také tradičními metalurgickými metodami v roztaveném stavu, jako je vakuové indukční tavení a následné lití nebo vakuové obloukové tavení. Prášková metalurgie umožňuje postupný vývoj kompozitů s kovovou matricí (MMC) prostřednictvím přípravy oxidicky zpevněných HEA slitin. To je možné díky inherentním in-situ reakcím během procesu výroby. Když se naopak zvolí výrobní postup z taveniny, připravený kovový materiál vykazuje velké rozdíly v mikrostrukturách a souvisejících vlastnostech, v porovnání se stejným materiálem vyrobeným práškovou cestou (PM). Vyrobené práškové a tavené materiály jsou detailně charakterizovány s ohledem na komplexní vyhodnocení vlivu různých metod zpracování. Práce se zejména orientuje na mikrostrukturní charakteristiky materiálů a jejich mechanické vlastnosti, včetně vlivu tepelného zpracování na fázové transformaci a mikrostrukturní stabilitu připravených materiálů.
|
|
|
New compositions of advanced oxide dispersion steels based on rare earth elements
Pech, Filip ; Kuběna, Ivo (referee) ; Hadraba, Hynek (advisor)
The main objective of present diploma thesis is to prepare three different classes of steels, differing by their content of chromium: 9Cr, 14Cr, 17Cr steels and their oxide dispersion strengthened variants. Steels were prepared from atomic and pre-alloyed powders by the mechanical alloying and compacted by the spark plasma sintering method. Used strengthening elements were yttrium, which is most commonly used, and aluminium. Preparation of oxide dispersion was done in two ways: direct adding of yttria and alumina and inner oxidation of aluminium and yttrium. In the experimental part has been found, that it is possible to make oxide dispersion by both ways, but aluminium strengthened steel has to be prepared by inner oxidation to ensure fine oxide dispersion.
|
|
|
Properties of quasicrystal-reinforced high entropy alloys
Adami, Martin ; Tesař,, Tomáš (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
This diploma thesis deals with the processing of the high-entropy alloys with the addition of quasicrystals by the spark plasma sintering method. The aim of this thesis is to evaluate the influence of quasicrystals content on the microstructure and wear resistance. The literature review part is divided into several section. The first part is an overview of high-entropy alloys and quasicrystals, including their properties and production methods. The next part pertains to spark plasma sintering and the wear phenomenon. In the experimental part, spark plasma sintering compacts were produced at 1100 °C and an analysis was performed using scanning electron microscope as well as X-ray diffraction and their tribological properties were measured by the pin-on-disc method. It was found that increasing the content of quasicrystals triggered an improvement in the compacts’ wear resistance.
|
|
|
Ternary shape memory alloys powder feedstock fabrication by advanced mechanical alloying
Regináč, Jan ; Moravčík, Igor (referee) ; Čížek, Jan (advisor)
Prášková metalurgie může být použita jako alternativní metoda pro výrobu slitin s tvarovou pamětí s Cu-bází. Tato metoda poskytla lepší výsledky, co se týče celkového složení a velikosti zrn, než tradiční metoda lití. V této práci byl aplikován proces mechanického legování k přeměně směsí základních prášků Cu-Al-Ni na mechanicky legované směsi. Cílem práce bylo nalezení optimálních parametrů pro výrobu nejvhodnějšího práškového prekurzoru určeného k dalšímu zpracování. SEM, EDX a XRD analýzy byly použity pro zjištění účinku změny parametrů na výslednou strukturu a na případnou tvorbu nových fází. Bylo ukázáno, že vysokoenergetické legování je vhodnou metodou pro výrobu takových prekurzorů. Na základě výsledků bylo zjištěno, že tuhý roztok mědi byl formován nezávisle na změně mlecích parametrů. Výsledky dále odhalily, že vysoký energetický vstup ve formě otáček a dlouhých mlecích časů, může způsobovat vznik amorfních fází.
|
guest ::
