Microstructure and Mechanical Properties of TiC Nanoparticle-Reinforced Iron-Matrix Composites

• Published in: Проблемы прочности
• Date: 2014
• Main Authors: Kim, J.M., Park, J.S., Yun, H.S.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2014
• Subjects: Научно-технический раздел
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112697
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Microstructure and Mechanical Properties of TiC Nanoparticle-Reinforced Iron-Matrix Composites / J.M. Kim, J.S. Park, H.S. Yun // Проблемы прочности. — 2014. — № 2. — С. 29-36. — Бібліогр.: 20 назв. — англ.

Uniformly distributed TiC nanoparticle-reinforced iron-based composites were successfully fabricated by planetary milling in argon and subsequent hot pressing procedures. Nearly full density composite specimens could be obtained via 6-hour milling and hot pressing at 1100° C under 50 MPa. Spherical TiC particles and fine fibrous Fe₃C phases were observed to form the iron-matrix composites and subjected to comparative analysis. Microstructural analysis results show that theaverage diameter of TiC particles and the length of Fe₃C phases tend to decrease with an increase in a TiC volume content. The compression yield strength of hot-pressed composites increased in proportion to the TiC content, resulting in 1.3 GPa for 7.5% TiC. The relationship between the microstructural characteristics and the yield strength of TiC-reinforced composites was also investigated. Based on the Orowan strengthening mechanism, a higher strength is observed for a high TiC content, mainly due to reduced distance between reinforcing TiC nanoparticles. Композитные материалы на основе железа, армированные равномерно распространенными наночастицами TiC, получены с помощью планетарного фрезерования в аргоне и последующего горячего прессования. Путем измельчения в течение 6 часов и горячего прессования материала при температуре 1100° C и давлении 50 MПa оказалось возможным получить образцы композитных материалов с почти максимальной плотностью. Исследованы сферические частицы TiC и волокнистые мелкодисперсные Fe₃C фазы, которые образуют матрицу композитного материала на основе железа. Микроструктурный анализ показал, что усредненный диаметр частиц TiC и длина Fe₃C фаз уменьшаются с увеличением объемного содержания частиц TiC. Значение предела текучести при сжатии композитных материалов, полученных горячим прессованием, увеличивается пропорционально содержанию частиц TiC: 1,3 ГПа для 7,5% TiC. Исследована взаимосвязь между микроструктурными характеристиками и пределом текучести композитных материалов, армированных частицами TiC. На основе механизма упрочнения Орована можно предположить, что более высокое значение прочности имеет место при большем содержании частиц TiC, в основном вследствие сокращения расстояния между армирующими наночастицами TiC. Композитні матеріали на основі заліза, армовані рівномірно розповсюдженими нано-частинками ТіС, отримано за допомогою планетарного фрезерування в аргоні і подальшого гарячого пресування. Шляхом подрібнення протягом 6 годин і гарячого пресування матеріалу за температури 1100° C і тиску 50 МПа можна отримати зразки композитних матеріалів із майже максимальною щільністю. Досліджено сферичні частинки ТіС і волокнисті дрібнодисперсні Fe₃C фази, які сприяють виникненню матриці композитного матеріалу на основі заліза. Мікроструктурний аналіз показав, що усереднений діаметр частинок ТіС і довжина Fe₃C фаз зменшуються зі збільшенням об’ємного вмісту частинок ТіС. Значення границі текучості при стисканні композитних матеріалів, отриманих гарячим пресуванням, збільшується пропорційно вмісту ТіС частинок: 1,3 ГПа для 7,5% ТіС. Досліджено взаємозв’язок між мікроструктурними характеристиками і границею текучості композитних матеріалів, армованих частинками ТіС. На основі механізму зміцнення Орована можна припустити, що більш високі значення міцності відмічаються за більшого вмісту частинок ТіС, в основному внаслідок скорочення відстані між армуючими наночастинками ТіС.