Transcript PPT

Diszperz oxidkerámia szemcsékkel
erősített nanoszerkezetű acélok
előállítása porkohászati módszerekkel
Készítette:
Sándor Áron Endre, [email protected]
Témavezető:
Koncz Péter
Tanára:
Helyszín:
Dvorák Cecília, Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola
és Gimnázium, Budapest
Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet, Kerámiák és
Nanokompozitok Osztály, Budapest
Bevezetés
Nanoszekezet: a makroszkopikus tulajdonságokat meghatározó szerkezeti
egység mérete legalább egy dimenzióban 100 nm alatt van
Nanoszekezetű acélok előnyös mechanikai
tulajdonságai [1] :
•nagy szilárdság
•jelentős szívósság
•magas kifáradási határ
•szuperképlékenység
•korrózióállóság
•alakíthatóság
•forgácsolás után finom
felületi minőség
Bevezetés
ODS acélok (oxide dispersion strengthened =
diszperz oxiddal erősített)
ellenállóak a neutronsugárzással szemben 
hasznosítás a nukleáris iparban [2,3]
a ferrites/martenzites acélok gyorsreaktorokban és
fúziós berendezésekben való alkalmazása [2,3]
Bevezetés
Előállítási módszerek
Intenzív képlékeny alakítások[1]
nyíró erőkkel,
adagos vagy folyamatos gyártásban
legelterjedtebb: könyöksajtolás
Porkohászat
Bevezetés
Előállítás a porkohászat eszközeivel[4]
•más módszerrel nem készíthető ötvözetek is gyárthatóak
•kevés az anyagveszteség; jelentős forgácsolási költség
takarítható meg
•magas olvadáspontú anyagok is feldolgozhatóak
•az eljárások általában készterméket eredményeznek, nincs
szükség további megmunkálásra
Főbb lépések:
porgyártás és előkészítés  formázás  szinterelés
Berendezések
Előállítás:
•őrlés Attritor
•tömörítés, szinterelés  SPS
[5]
2.Ábra ATTRITOR
áttekintő ábrája
1.Ábra függőleges tengelyű ATTRITOR
[6]
3.Ábra
SPARK Plasma Sintering (SPS) áttekintő ábrája
Vizsgálat:
•SEM pásztázó
elektronmikroszkóp
ia a morfológia
vizsgálatára
•EDS
energiadiszperzív
spektroszkópia az
oxid egyenletes
eloszlásának
ellenőrzésére
•Hajlítógép
•Keménységmérő
Berendezések
Szinterelés
4. ábra A porkohászati késztermék gyártásának fő szakaszai
6. Ábra Szinterelt acélkorong
5. ábra A szinterelés közben kialakuló nyak és pórustér szemléltetése
Eredmények
Alapanyagok összetétele
• ausztenit (Fe 17Cr 12Ni 2.5Mo 2.3Si 0.1C)
(szemcseméret: 45 -106 μm)
• martenzit (Fe 16Cr 2Ni 0.2C)
(szemcseméret: 45 - 106 μm)
Por összetétele
Őrlés
típus
a
Időtartam
Ausztenites acél
Nedves
5 óra
Ausztenites acél + Y2O3
Nedves
5 óra
Ausztenites acél
Száraz
5 óra
Ausztenites acél + Y2O3
Száraz
5 óra
Ausztenites acél + Y2O3
Vegyes
5 óra nedves + 5 óra
száraz
Martenzites acél
Nedves
5 óra
Martenzites acél + Y2O3
Nedves
5 óra
Martenzites acél
Száraz
5 óra
Martenzites acél + Y2O3
Száraz
5 óra
Martenzites acél + Y2O3
Vegyes
5 óra nedves + 5 óra
száraz
nedves őrlés: lemezszerű, ellapult
szemcsék, szubmikronos
vastagsággal és 100μm körüli
átmérővel
száraz őrlés: korongszerű alak; a
méret egyik dimenzióban sem
csökkent a mikrométeres
tartomány alá
vegyes őrlés: a leghatásosabb őrlés;
a nedves közeg eredményezte
lemezek optimálisan aprózódtak;
a nagyobb szemcséket valójában
a kisebbek összetapadása
eredményezi
nedves őrlés: abszolút etanolos közegben
száraz őrlés: egyedi közeg használata nélkül
vegyes őrlés: előbb nedves, majd száraz
malmozás
9. Ábra Nedves
őrlésű
7. Ábra
Kiindulási
ausztenites
por
8. Ábra Kiindulási
martenzites por
10. Ábra Vegyesen, 1 m/m % Y2O3-dal
keverve őrölt ausztenites minta
11. Ábra Szárazon, 1 m/m % Y2O3-dal
keverve őrölt martenzites minta
6. Ábra Nedves őrlésű ausztenites minta
5. Ábra Kiindulási martenzites por
12. Ábra Y2O3 egyenletes
eloszlása
13. Ábra Nedvesen, 1 m/m % Y2O3-dal keverve őrölt
ausztenites porból készült próbatest töretfelülete
14. Ábra Szárazon őrölt martenzites porból
készült próbatest töretfelülete
Szinterelt töretfelületek morfológiája
15. Ábra Vegyesen, 1m/m % Y2O3-dal keverve őrölt
ausztenites porból készült próbatest töretfelülete
Eredmények
Hajlítószilárdság
Száraz örlésű, Y2O3
ötvözött minta
3 pontos
4 pontos
835,2
MPa
1011,6
MPa
176,3GPa
959,3
MPa
179,3GPa
Száraz örlésű minta
Vegyes örlésű minta
Young
modulus
1105,2
MPa
Nedves örlésű minta
16. Ábra hajlítási és törési vizsgálatok eredményei
Eredmények
Lenyomat
Minta típusa
átmérője
nedves
ausztenit
Terhelés
[um]
[GPa]
[N]
60,5
4,952
2,5
száraz
Y2O3
55,5
4,952
3,0
vegyes
Y2O3
48,5
4,952
3,9
40
4,952
5,7
41
4,952
5,4
34,5
4,952
7,7
nedves
martenzit
Vickelskeménység
száraz
vegyes
Y2O3
17. Ábra. Keménységmérési vizsgálat eredménye
Forrásjegyék
[1] Kaptay Gy., Krállics Gy.: Bemutatkozik a Bay-Nano kutatóintézet – Van-e perspektívája a
nanotechnológiának az acélok gyártásában?, ISD DUNAFERR Műszaki Gazdasági
XLVII. évf., 3. szám (147.), p. 111-116.
Közlemények,
[2] Y. Carlan, J. Henry, A. Alamo, A. Monnier, R. Couturier, E. Rigal, C. Cabet:
ODS steels – part I, Manufacture, mechanical properties and oxidation behaviour, Commissariat à l’Energie Atomique,
France, www.neutron.kth.se/oldsite/MATGEN-IV/sidor/lectures/Cabet1.ppt
[3] R.L. Klueh, A.T. Nelson: Ferritic/martensitic steels for next-generation reactors, Journal
of Nuclear Materials, Volume 371, Issues 1-3, 2007,p. 37-52
[4] Konczos Géza: Korszerű anyagok és technológiák, előadásanyag,
http://www.szfki.hu/~konczos/tanfolyam/
[5] Kakuk Gy., Nanoszerkezetű ferrit alapanyagok előállítása mechanikai őrléssel, Doktori
(Ph. D.) értekezés, Szent István Egyetem, Gödöllő, 2009.
[6] R. Aalund: Spark plasma sintering, Ceramic Industry, 2008
Köszönetnyilvánítás
Wéber Ferenc, Petrik Attila, Varga Viktor
acélporok előállítása, mechanikai vizsgálatok
Dr. Tóth Attila, Illés Levente
SEM-felvételek készítése
Filiz Cinar Sahin, Onuralp Yucel, Gültekin Göller
Isztambuli Műszaki Egyetem, szinterelt acélok előállítása
Dr. Balázsi Csaba
MFA-KNK osztályvezető
Dr. Horváth Ákos
AEKI-ASZL műszaki igazgatóhelyettes
Dr. Daróczi Csaba Sándor,
Tábor szervezése