Verbundwerkstoff aus 430L und TiC-Pulver
Die Verbundwerkstoffe werden durch Kugelmahlen einer Pulvermischung aus 430L-Edelstahlpulver und TiC-Pulver sowie anschließendes heißisostatisches Pressen hergestellt.
Vorbehandlung des Pulvers:
In dieser Studie wurden zwei Arten von Pulver-Rohstoffen verwendet:
430L-Edelstahlpulver (Partikelgröße 45–150 μm) durch Gaszerstäubung.
TiC-Pulver (Partikelgröße 15–53 μm), hergestellt durch Sprühgranulierung.
Pulvermischung:
Unter Argonatmosphäre (mit einer Reinheit von 99,9%) wurde eine Pulvermischung aus 430L-Edelstahlpulver und TiC-Pulver (zu 20 Gew.-%) durch mechanisches Mischen mittels Kugelmahlung (ohne Einsatz von Mahlkörpern) hergestellt.
Chemische Zusammensetzung des 430L-Pulvers:
Prüfwert aus der Charge Nr. 20250704-02 von TRUER
Chemische Zusammensetzung von 430L-Pulver und TiC-Pulver:
Prüfwert aus der Charge Nr. 20250113-03 von TRUER
Kugelmahlen:
Die Pulvermischungen werden durch Kugelmahlen hergestellt, und zwar unter Argonatmosphäre bei einer Drehzahl von 300 U/min und einer Dauer von 4 Stunden.
Um ein Kaltverschweißen des duktilen Pulvers während des Kugelmahlvorgangs zu verhindern, wurden der Pulvermischung 0,8 Gew.-% Stearinsäure als Prozessregulierungsmittel zugesetzt.
Die Mikrostruktur von Mischpulver:
Das durch Kugelmahlen hergestellte Mischpulver wurde unter denselben Prozessbedingungen (1150 °C, 103 MPa, 0,5 h) einer heißisostatischen Pressung unterzogen und wies eine vollständig dichte Mikrostruktur auf, die hauptsächlich aus typischen gleichachsigen rekristallisierten Körnern bestand.
Innerhalb der gleichachsigen Körner wurden zurückgezogene Zwillinge mit parallelen geraden Kanten beobachtet. Diese zurückgezogenen Zwillinge bildeten sich unter den Bedingungen hoher Temperatur und isostatischen Drucks beim heißisostatischen Pressen, parallel zum Kornwachstum während des Rekristallisationsprozesses.
Die durchschnittliche Korngröße der durch heißisostatisches Pressen von gemahlenem Pulver hergestellten Legierung beträgt etwa 6 μm.
Die aktuellen Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass unter den gegebenen HIP-Prozessbedingungen die anfängliche Korngröße des Rohpulvers die endgültige Korngröße der Legierung maßgeblich beeinflusst. Der in dieser Studie angewandte, zeitlich verkürzte Kugelmahlprozess (4 Stunden) führte durch den dominierenden Effekt der Pulverzerkleinerung zu einer effektiven Verfeinerung der Pulverpartikelgröße und der anfänglichen Korngröße, was in direktem Zusammenhang mit der Beobachtung feinerer Körner in der aus kugelmahlendem Pulver hergestellten HIP-Legierung steht.
Ein Großteil der mikrometergroßen (ca. 1–3 μm) Ausscheidungen ist hauptsächlich entlang der Korngrenzen verteilt.
Es ist besonders wichtig zu beachten, dass die Zugabe von Titancarbidpulver während des Kugelmahlprozesses aufgrund seiner starken Sauerstoffaffinität den Sauerstoffgehalt des Systems im Vergleich zum nicht kugelmahlen Pulver senken kann, ist die Oberflächenaffinität des kugelgemahlenen, aktivierten Pulvers gegenüber Sauerstoff deutlich erhöht, was zu einer gesteigerten Sauerstoffaufnahme bei feinkörnigen Legierungen und zur Vergröberung der Oxide führt.
Obwohl titanhaltige Oxide wie TiO₂ nicht nachgewiesen wurden, kann ihr Vorhandensein nicht ausgeschlossen werden, da sie aufgrund ihres geringen Volumenanteils, ihrer feinen Dispersion oder ihrer Überlappung mit anderen Oxiden möglicherweise die Nachweisgrenze der derzeitigen Charakterisierungsverfahren überschreiten.
Die Rolle der Zwillingsgrenzen:
Einerseits behindern die Doppelgrenzen als kohärente Grenzflächen mit geringer Energie die Bewegung von Versetzungen und tragen somit zur Erhöhung der Festigkeit bei.
Andererseits ermöglicht ihre Kohärenz es der Doppelgrenze, Versetzungen zu absorbieren und weiterzuleiten, was dazu beiträgt, die plastische Verformung zu koordinieren und die Lokalisierung von Dehnungen zu verzögern, wodurch gleichzeitig die Duktilität und die Verfestigungsfähigkeit verbessert werden.
Bruchfläche:
Die Bruchfläche weist vorwiegend duktile Gruben auf, was darauf hindeutet, dass sie eine hervorragende Duktilität aufweisen.
In den Rissspalten der Proben lassen sich neben den feinen Hauptrissen häufig Partikel mit einer Größe von etwa 1 bis 3 Mikrometern beobachten. Dies bestätigt einmal mehr, dass diese mikrometergroßen Partikel in feinkörnigem Stahl als Rissausgangspunkte wirken, was zu einer erheblichen Verringerung der Zugduktilität führt.
