Chemical changes of TiC particles in a tool steel matrix alloy during hot isostatic pressing

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von chemischen und strukturellen Veränderungen in TiC Partikeln in einer Werkzeugstahlmatrixlegierung während des Festphasenkonsolidierens durch heißisostatisches Pressen. Die chemische Stabilität von TiC Partikeln in Legierungsstahl-Systemen während des HIPen ist bisher wenig erforscht, entsprechend sind detaillierte Untersuchungen auf diesem Gebiet nötig. Daher beschäftig sich diese Arbeit mit den chemischen und strukturellen Veränderungen von TiC Partikeln in einer Stahllegierung während des Konsolidierens. Eine Herausforderung dabei war die Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Pulvermischtechniken auf die TiC Partikelgröße in der Mikrostruktur des Metallmatrix-Verbundwerkstoffes. Der methodische Ansatz besteht aus (1) Entwicklung einer Matrixstahllegierung die vergleichbar zu Schnellschnittstählen sekundärhärtbar ist, allerdings eine geringe Reaktivität mit TiC zeigt, (2) Auswahl von geeigneten Ausgangspulvern bezüglich Partikelgrößen als auch einer pulvermetallurgischen Produktionsroute die es erlaubt TiC Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößen einzubringen und (3) die Untersuchung der sich entwickelnden Probenmikrostruktur mittels Methoden die in der Lage sind Veränderungen bezüglich Struktur und Zusammensetzung von TiC zu erheben, wie z.B. REM, TEM und Synchrotron-Röntgenbeugung. Die entsprechenden Ergebnisse lassen sich wie folgt aufzählen: (1) Gegensätzlich zu aktuell verfügbarer Fachliteratur wurde festgestellt, dass TiC Partikel während des Festphasenkonsolidieren sich thermodynamisch instabil verhalten, (2) TiC sich partiell in ein MC-Mischkarbid umwandelt das zusätzlich die Matrixelemente V, Mo und W beinhaltet, (3) die Umwandlungsrate sich mit steigender TiC-Oberfläche bzw. TiC-Versetzungsdichte erhöht, (4) mit steigender Umwandlungsrate die Konzentration an Matrixelementen im Mischkarbid sinkt und (5) bisher in der Literatur vorgeschlagene Festphasenumwandlungsmechanismen in Metallmatrix-Verbundwerkstoffen nicht in der Lage sind die beobachteten Umwandlungsphänomene zu erklären. Dementsprechend wird eine neue Umwandlungstheorie vorgeschlagen die auf der Keimbildung von Ti-haltigen Mischkarbiden auf TiC Partikeloberflächen und darauffolgendem Wachstum basiert. Folgende Punkte können abschließend gefolgert werden: (1) Bei der Entwicklung von pulvermetallurgischen Metallmatrix-Verbundwerkstoffen mit Stahlmatrix und TiC Partikeln muss auch bei Festphasenkonsolidierung mit der Bildung von Ti-basierten Mischkarbiden gerechnet werden, (2) bisherige Untersuchungen dieser Systeme konnten die Umwandlung von TiC in Mischkarbid eventuell aufgrund von geringen Umwandlungsraten die durch die Verwendung von grobem TiC entstehen, ungeeigneter oder gar fehlender Wärmebehandlung, oder aufgrund der Verwendung von Untersuchungsmethoden mit ungenügender Auflösung nicht beobachten, (3) der vorgeschlagene Mechanismus zur Bildung von Ti-basierten Mischkarbiden via Keimbildung und Wachstum zeigt eine gute Übereinstimmung mit den beobachteten Transformationsphänomenen.

Details

Titel in ÜbersetzungChemische Veränderungen von TiC Partikeln in einer Werkzeugstahl-Matrixlegierung während des heißisostatischen Pressens
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020