Možnosti přípravy kompozitů na bázi FeSi-NiAl

Václav Kaloč

Diplomová práce

Possibilities of preparing composites based on FeSi-NiAl

Anotace:

Diplomová práce se zabývá přípravou kompozitů na bázi FeSi – NiAl, které mají potenciál stát se nástrojovými materiály díky svým unikátním vlastnostem jako vysoká teplotní stabilita a odolnost proti oxidaci, vysoká tvrdost, velmi dobrá odolnost proti opotřebení a tření, aj. Kompozity byly připraveny v několika hmotnostních poměrech metodou vakuového indukčního tavení. Za účelem homogenizace chemického složení a zlepšení mechanických vlastností byly kompozity tepelně zpracovány. U připravených kompozitů byla studována mikrostruktura, stanoveno chemické a fázové složení a testovány mechanické a tribologické vlastnosti. Připravené vzorky slitin měly charakter in-situ kompozitů a disponovaly velmi dobrými mechanickými a tribologickými vlastnostmi již v litém stavu. Struktura a fázové složení těchto vzorků bylo značně heterogenní. Vlivem tepelného zpracování došlo k vyrovnání chemického a fázového složení. Vzorky po tepelném zpracování obsahovaly pouze fáze FeSi a NiAl. Tepelné zpracování vedlo ke značnému zlepšení mechanických a tribologických vlastností vzorků, které byly velmi dobře srovnatelné s hodnotami pro konvenčně používanou rychlořeznou ocel Vanadis 6. Termodynamické modelování potvrdilo stabilitu systému, která je výrazně závislá na obsahu fáze FeSi, stejně jako hodnoty mikrotvrdosti. Scheil-Gulliverův model potvrdil v kontextu fázové analýzy výskyt intermetalických fází v zavilosti na obsahu prvků v tavenině během procesu solidifikace. Nedostatkem připravených slitin je jejich vysoká křehkost, která úzce souvisí s vysokými hodnotami tvrdosti. Další výzkum by bylo proto vhodné zaměřit na zvýšení houževnatosti a obrobitelnosti těchto materiálu, který by mohl přispět ke zvýšení konkurenceschopnosti litých vzorků ve srovnání s konvenčně používanými řeznými materiály.

Abstract:

The diploma thesis deals with the preparation of composites based on FeSi – NiAl, which should serve as suitable tool materials in the future. The composites were prepared in several mass ratios by the method of vacuum induction melting. In order to homogenize the chemical composition and improve the mechanical properties, the composites were heat treated. The microstructure, chemical composition, phase composition, mechanical and tribological properties of the prepared composites were investigated. The prepared alloys showed the character of in-situ composites and had very good mechanical and tribological properties already in the cast state. The structure and phase composition of these samples was quite heterogeneous. As a result of the heat treatment, the chemical and phase composition was homogenized. The samples after heat treatment contained only FeSi and NiAl phases. The heat treatment led to a significant improvement in the mechanical and tribological properties of the samples, which were very well comparable to the values for the conventionally used Vanadis 6 high-speed steel. Thermodynamic modeling confirmed the stability of the system, which is strongly dependent on the content of the FeSi phase, as well as the microhardness values. In the context of phase analysis, Scheil-Gulliver model confirmed the occurrence of intermetallic phases in dependence on the content of elements in the melt during the solidification process. The shortcoming of the prepared composites is their high fragility, which is closely related to high hardness values. Further research would therefore be appropriate to focus on increasing the toughness and machinability of these materials, which could contribute to increasing the competitiveness of cast samples compared to conventionally used toll materials.

Klíčová slova

Nástrojové materiály, kompozitní materiál, in-situ kompozit, slitiny na bázi FeSi – NiAl, silicid železa, aluminid niklu, vakuové indukční tavení.

Keywords

Tool materials, composite material, in-situ composite, FeSi – NiAl based alloys, iron silicide, nickel aluminide, vacuum induction melting.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 28. 5. 2024
• Vedoucí: Kateřina Skotnicová
• Oponent: Pavel Novák

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Magisterský studijní program / obor:
Materiálové inženýrství / Progresivní technické materiály