Vakuová metalurgie vysoko entropických slitin
Loading...
Date
Authors
Müller, Peter
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Táto práca je zameraná na možnosti výroby vysoko-entropických zliatin na báze CoCrFeNi metódou tavenia a odlievania s využitím vákuovej metalurgie. Teoretická časť práce sa zaoberá charakteristikou vysoko-entropických zliatin (angl. High-entropy alloys – HEA), ich mikroštruktúrou, možnostiam výroby s dôrazom na vákuovú metalurgiu a odstraňovanie sprievodných prvkov. Vykonané metalurgické deje sú podporené termodynamickými výpočtami. V experimentálnej časti boli zhodnotené možnosti metalurgického spracovania zliatiny CoCrFeNi tavenej z kovového odpadu. Na tejto zliatine bola prevedená uhlíková reakcia pod vákuom, dezoxidácia hliníkom a odsírenie horčíkom a kovmi vzácnych zemín. Ďalej boli zhodnotené možností výroby zliatiny CoCrCuFeNi a AlCoCrFeNi2,1 metódou tavenia a odlievania vo vákuovej indukčnej peci. Konečným experimentom bola výroba bloku AlCoCrFeNi2,1 s využitím metalurgicky spracovanej predzliatiny CoCrFeNi. Vlastnosti takto vyrobenej zliatiny dosahovali podobné hodnoty ako v prípade zliatiny tavenej z čistých kovov pri rovnakých podmienkach výroby. V bloku z metalurgicky spracovanej predzliatiny bola v porovnaní s blokom taveným z čistých kovov dosiahnutá nižšia koncentrácia kyslíka a dusíka, avšak vyššia koncentrácia síry. Z toho vyplýva možnosť produktívnej a ekonomicky dostupnej výroby HEA na báze prvkov Co, Cr, Fe, Ni s použitím predzliatiny tavenej z kovového odpadu. Obsahy sprievodných prvkov v tejto zliatine je možné regulovať metalurgickými procesmi a dosiahnuť tak požadované vlastnosti zliatiny. Na popis prebiehajúcich metalurgických reakcií je možné využiť termodynamický model pre zliatiny na báze železa.
The thesis is dedicated to the possibilities of production of CoCrFeNi-based high-entropy alloys by the method of melting and casting using vacuum metallurgy. The theoretical part of the work deals with the characteristics of high-entropy alloys (HEA), their microstructure, production possibilities with emphasis on vacuum metallurgy and removal of accompanying elements. The metallurgical processes performed are supported by thermodynamic calculations. In the experimental part, the possibilities of metallurgical processing of CoCrFeNi alloy melted from scrap metal were evaluated. Carbon reaction under vacuum, deoxidation with aluminium and desulphurisation with magnesium and rare earth metals were performed on this alloy. Furthermore, the possibilities of producing CoCrCuFeNi and AlCoCrFeNi2,1 alloy by the method of melting and casting in a vacuum induction furnace were evaluated. The final experiment was the production of an AlCoCrFeNi2,1 ingot using a metallurgically processed CoCrFeNi pre-alloy. The properties of the alloy produced in this way reached values similar to those of the alloy melted from pure metals under the same production conditions. Lower concentrations of the oxygen and nitrogen, although higher concentrations of sulphur, were obtained in the metallurgically treated pre-alloy ingot compared to the pure-metal-melted ingot. This implies the possibility of productive and economically affordable production of HEA based on Co, Cr, Fe, Ni using pre-alloy melted from scrap metal. The contents of the accompanying elements in this alloy can be controlled by metallurgical processes and thus the desired properties of the alloy can be achieved. A thermodynamic model for iron-based alloys can be used to describe the metallurgical reactions.
The thesis is dedicated to the possibilities of production of CoCrFeNi-based high-entropy alloys by the method of melting and casting using vacuum metallurgy. The theoretical part of the work deals with the characteristics of high-entropy alloys (HEA), their microstructure, production possibilities with emphasis on vacuum metallurgy and removal of accompanying elements. The metallurgical processes performed are supported by thermodynamic calculations. In the experimental part, the possibilities of metallurgical processing of CoCrFeNi alloy melted from scrap metal were evaluated. Carbon reaction under vacuum, deoxidation with aluminium and desulphurisation with magnesium and rare earth metals were performed on this alloy. Furthermore, the possibilities of producing CoCrCuFeNi and AlCoCrFeNi2,1 alloy by the method of melting and casting in a vacuum induction furnace were evaluated. The final experiment was the production of an AlCoCrFeNi2,1 ingot using a metallurgically processed CoCrFeNi pre-alloy. The properties of the alloy produced in this way reached values similar to those of the alloy melted from pure metals under the same production conditions. Lower concentrations of the oxygen and nitrogen, although higher concentrations of sulphur, were obtained in the metallurgically treated pre-alloy ingot compared to the pure-metal-melted ingot. This implies the possibility of productive and economically affordable production of HEA based on Co, Cr, Fe, Ni using pre-alloy melted from scrap metal. The contents of the accompanying elements in this alloy can be controlled by metallurgical processes and thus the desired properties of the alloy can be achieved. A thermodynamic model for iron-based alloys can be used to describe the metallurgical reactions.
Description
Citation
MÜLLER, P. Vakuová metalurgie vysoko entropických slitin [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
cs
Study field
Strojírenská technologie
Comittee
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Sopoušek, CSc. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Šenberger, CSc. (člen)
prof. Ing. Rudolf Foret, CSc. (člen)
doc. Ing. Jaromír Roučka, CSc. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-11-27
Defence
DP přináší nové, původní poznatky v oblasti litých HEA slitin a souvislosti mezi strukturou a mechan. vlastnostmi stanovenými při tíhové zkoušce a vázení v ohybu. Přináší nové znalosti z oblasti snižování koncentrace vybraných prvků vakuovou metalurgií a souvislosti mezi výskytem inkluzí a mirkočistotou litých HEA slitin. Možným nedostatkem práce lze uvažovat absenci měření aktivity kyslíku v kubách zpracovaných pomocí vakuové metalurgie a dále drobné stylistické chyby a překlapy v práci, které však zásadně nesnižují její kvalitu.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení