High speed steel matrix composites fabricated by spark plasma sintering

Abstract

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury spiekania w zakresie 900–1000°C na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów na osnowie stali szybkotnącej M3/2 z 50% dodatkiem wagowym żelaza wytworzonych metodą spiekania iskrowo-plazmowego. Proszek stali szybkotnącej gatunku M3/2 oraz proszek żelaza gatunku NC 100.24 mieszano w mieszalniku Turbula T2F. Przygotowane mieszaniny proszków spiekano z wykorzystaniem urządzenia HP D 25–3. W efekcie spiekania metodą SPS uzyskano kompozyty M3/2–Fe. W mikrostrukturze tych kompozytów występują zarówno ziarna żelaza, jak i ziarna stali szybkotnącej z charakterystycznymi wydzieleniami węglików typu MC i M6C. Osnowa stali szybkotnącej to prawdopodobnie ferryt i bainit. W mikrostrukturze widoczne są także małe pory, w miarę równomiernie rozmieszczone, co świadczy o tym, że temperatura spiekania wynosząca 1000°C jest nieznacznie niższa od optymalnej temperatury spiekania kompozytów M3/2–Fe metodą SPS. Na podstawie wykonanych pomiarów gęstości wykazano, że gęstość względna uzyskanych kompozytów wynosi od 92 do 98% i wzrasta wraz ze wzrostem temperatury spiekania. Ponadto wykazano, że od gęstości względnej zależy twardość oraz wytrzymałość na zginanie. Wraz ze zwiększeniem gęstości względnej od 92 do 98%, uzyskano wzrost twardości od 237 do 367 HBW 2,5/187,5 oraz wytrzymałości na zginanie od 956 do 1107 MPa. Najlepszą relacją gęstość–twardość–wytrzymałość na zginanie odznacza się kompozyt M3/2–Fe uzyskany w temperaturze 1000°C, którego gęstość względna wynosi 98%, twardość wynosi 367 HBW 2,5/187,5, a wytrzymałość na zginanie wynosi 1107 MPa.The paper presents the results of investigations on the influence of sintering temperature in the range of 900–1000°C on the microstructure and selected properties of composites on an M3/2 high speed steel matrix with a 50 wt% addition of iron produced by spark plasma sintering. M3/2 high speed steel powder and NC 100.24 iron powder were mixed in a Turbula T2F shaker/mixer. The prepared powder mixtures were sintered using an HP D 25–3 furnace. As a result of spark plasma sintering, M3/2–Fe composites were obtained. The microstructure of these composites includes both iron grains and high speed steel grains with characteristic precipitates of MC and M6C carbides. The high speed steel matrix is probably ferrite and bainite. Small evenly spaced pores are also visible in the microstructure, which indicates that the sintering temperature of 1000°C is slightly lower than the optimal sintering temperature of M3/2–Fe composites using the spark plasma sintering. Based on the performed density measurements, it was shown that the relative density of the ob-tained composites is from 92 to 98% and grows with increasing the sintering temperature. In addition, it was shown that the relative hardness and bending strength depend on the relative density. Together with the rise in the relative density from 92 to 98%, increases in the hardness from 237 to 367 HBW 2.5/187.5 and the bending strength from 956 to 1107 MPa were obtained. The M3/2–Fe composite obtained at the temperature of 1000°C is characterized by the best density–hardness–bending strength relation, which amounts a relative density of 98%, hardness of 367 HB 2.5/187.5, and bending strength of 1107 MPa