Žáruvzdorné vysokoentropické slitiny - příprava a vlastnosti
Loading...
Date
Authors
Urbancová, Kateřina
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce zkoumá mikrostrukturu a mechanické vlastnosti dvou vysokotavitelných vysokoteplotních slitin (RHEA), MoNbTaVW a HfNbTaTiZr, připravených mechanickým legováním a slinováním (SPS). Teoretická část shrnuje hlavní koncepty vysokoentropických slitin a zaměřuje se především na RHEA, jejich metody přípravy, mikrostrukturu, mechanismy zpevnění a mechanické vlastnosti. V experimentální části termodynamické předpovědi a rovnovážné diagramy potvrdily stabilitu jednofázových tuhých roztoků u obou slitin při nepřítomnosti jiných příměsí. Byla provedena analýza procesu mechanického legování v závislosti na době mletí pomocí zkoumání prášku elektronovou disperzní spektrometrií spolu s rentgenovou difrakcí. Tato analýza ukázala, že MoNbTaVW vytvořil homogenní pevný roztok po 20 hodinách, zatímco HfNbTaTiZr vyžadoval delší dobu mletí. Připravené slitiny vykazovaly vyšší tvrdost, než se uvádí v literatuře, což bylo způsobeno modifikací jejich struktury dalšími fázemi, které vznikly během slinování. Měření lomové houževnatosti naznačila, že MoNbTaVW má vyšší houževnatost ve srovnání s HfNbTaTiZr, přičemž hodnoty se zvyšovaly s délkou mletí. Zavedení železa do MoNbTaVW významně ovlivnilo mikrostrukturu a mechanické vlastnosti. Vedlo to ke složitějšímu fázovému složení a zvýšené tvrdosti, která dosáhla maximální hodnoty 1077,8 HV v kombinaci s lomovou houževnatostí 4,3±0,3 MPa·m0,5. Tato slitina vykazuje rovnováhu mezi vysokou tvrdostí a střední lomovou houževnatostí, což dokazuje její potenciál pro aplikace vyžadující odolnost proti opotřebení. Tato práce zdůrazňuje důležitost vzájemného působení složení slitiny, délky mletí a podmínek spékání při úpravě mikrostruktury a vlastností RHEA pro pokročilé aplikace.
This master’s thesis investigates the microstructure and mechanical properties of two refractory high entropy alloys (RHEAs), MoNbTaVW and HfNbTaTiZr, prepared via mechanical alloying and spark plasma sintering (SPS). The theoretical part summarizes the main concepts of high entropy alloys and mainly concentrates on the RHEAs, their preparation methods, microstructure, strengthening mechanisms and mechanical properties. In the experimental part, thermodynamic predictions and equilibrium diagrams confirmed the stability of single-solid solutions in both alloys. The analysis of milling process by the examination of powder by Electron dispersive spectrometry along with X-Ray diffraction showed that MoNbTaVW formed a homogeneous solid solution after 20 hours, whereas HfNbTaTiZr required longer milling times. Both alloys displayed higher hardness than reported in literature due to the modification of their structure by additional phases formed during sintering. Fracture toughness measurements indicated that MoNbTaVW had superior toughness compared to HfNbTaTiZr, with values increasing with milling time. The introduction of iron in MoNbTaVW, significantly influenced the microstructure and mechanical properties. It led to a more complex phase composition and enhanced hardness which exhibited a maximum hardness of 1077.8HV combined with a fracture toughness of 4.3±0.3MPa·m0.5. This alloy exhibits a balance of high hardness and moderate fracture toughness, demonstrating its potential for applications requiring wear resistance. This work highlights the importance of interplay between alloy composition, milling duration, and sintering conditions in tailoring the microstructure and properties of RHEAs for advanced applications.
This master’s thesis investigates the microstructure and mechanical properties of two refractory high entropy alloys (RHEAs), MoNbTaVW and HfNbTaTiZr, prepared via mechanical alloying and spark plasma sintering (SPS). The theoretical part summarizes the main concepts of high entropy alloys and mainly concentrates on the RHEAs, their preparation methods, microstructure, strengthening mechanisms and mechanical properties. In the experimental part, thermodynamic predictions and equilibrium diagrams confirmed the stability of single-solid solutions in both alloys. The analysis of milling process by the examination of powder by Electron dispersive spectrometry along with X-Ray diffraction showed that MoNbTaVW formed a homogeneous solid solution after 20 hours, whereas HfNbTaTiZr required longer milling times. Both alloys displayed higher hardness than reported in literature due to the modification of their structure by additional phases formed during sintering. Fracture toughness measurements indicated that MoNbTaVW had superior toughness compared to HfNbTaTiZr, with values increasing with milling time. The introduction of iron in MoNbTaVW, significantly influenced the microstructure and mechanical properties. It led to a more complex phase composition and enhanced hardness which exhibited a maximum hardness of 1077.8HV combined with a fracture toughness of 4.3±0.3MPa·m0.5. This alloy exhibits a balance of high hardness and moderate fracture toughness, demonstrating its potential for applications requiring wear resistance. This work highlights the importance of interplay between alloy composition, milling duration, and sintering conditions in tailoring the microstructure and properties of RHEAs for advanced applications.
Description
Citation
URBANCOVÁ, K. Žáruvzdorné vysokoentropické slitiny - příprava a vlastnosti [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc. (předseda)
Ing. Zdeněk Chlup, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (člen)
doc. Ing. Klára Částková, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-06-13
Defence
Studentka prezentovala svoji závěrečnou práci a byly přečteny posudky vedoucího a oponenta. Studentka odpověděla na 5 otázek oponenta.
Dále odpovídala na otázky členů zkušební komise:
1) Byl rozdíl ve výsledcích po SPS (bylo prováděno na dvou různých zařízeních)? Vyskytl se problém s kontaminací uhlíkem? – Odpovězeno
2) Je pravda, že v průběhu mletí byly zařazeny pauzy? Z jakého důvodu? – Odpovězeno
3) Proč byly vzorky kontaminované kyslíkem, přestože byly připravovány v ochranné atmosféře? – Odpovězeno
4) Byla měřena hustota vzorků? – Odpovězeno
5) Proč došlo u vzorků k interkrystalickému lomu? – Odpovězeno
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení