Creep-resistant steel powder by dispersed ceramic particles
- Reference number
- ID21-0040
- Project leader
- Hulme, Christopher
- Start and end dates
- 220101-221231
- Amount granted
- 365 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The project will develop new gas atomised metal powders with enhanced corrosion- and creep-resistance. Corrosion resistance will be achieved by selecting compositions that can form a surface layer of alumina after manufacturing. Creep inhibition will come from fine precipitates that form from traces of reactive elements during gas atomisation. The first step is to study existing knowledge about the solidification and precipitation sequence during atomisation. Careful modelling combined with knowledge within Kanthal will then be used to select alloy compositions. Modelling will be validated experimentally using heat treatment trials and lab analysis techniques such as SEM and TEM. Compositions and atomisation conditions will be suggested, and powders will be produced. The precipitates in the resulting powders will be characterised using two- and three-dimensional analysis techniques and, once proven suitable, the powder will be used to manufacture test geometries. The creep and corrosion performance of these samples will then be tested, and the modelling and design improved iteratively throughout the project. The project is expected to generate a material with superior high-temperature performance and increased knowledge of the precipitation sequence in rapid solidification of alloys, which can be exploited in fields that use similar materials, e.g. high-speed steels, and by the fields of powder metallurgy and additive manufacturing.
Popular science description
När en komponent användes vid höga temperaturer under lång tid kan den korrodera samt gradvis deformeras genom så kallat kryp. Korrosion kan begränsas genom ett skyddande ytskikt. Somliga metaller t.ex. rostfritt stål bildar ett ytskikt av kromoxid, som fungerar som skydd upp till 1100 ̊C. Vid fall där ett ytskikt av aluminiumoxid används så kan det skyddande ytskiktet fungera ända upp till materialets smälttemperatur. Men, tyvärr deformeras dessa material oftast genom kryp, vilket begränsar materialets användningsområde. Kryp kan motverkas med hjälp av utskiljning av små partiklar fördelat i grundmaterialet, så kallad utskiljningshärdning. Det här projektet har som målsättning att producera ett material som kan bilda ytskikt av aluminiumoxid och samtidigt ha en finfördelad utskiljning av partiklar för att motverka kryp. Det här kommer att uppnås genom att ha en smälta med benägenhet till utskiljningar som sedan snabbkyls under en atomiseringsprocess, där fasta pulverpartiklar skapas, som i sin tur kan användas för att bygga komponenter. Bildandet av de fina utskiljningarna under snabbstelningsproessen är inte helt klarlagt. Första steget i projektet kommer därför att vara att undersöka det för att i ett senare skede kunna kontrollera den processen. Undersökningen kommer att göras utifrån våra tidigare erfarenheter av datormodulering för att simulera bildandet och tillväxten av utskiljningar under atomisering. Modellerna kommer att valideras genom praktiska experiment genom att tillverka pulver och därefter analysera pulvrets insida, samt att extrahera utskiljningarna från pulvret. Bildandet och tillväxten av utskiljningar kommer även att analyseras och mätas i realtid under smältans stelningsprocess med hjälp av röntgendiffraktion i en synchrotron. Den här kunskapen kan användas till flera material och tillämpningar inom additiv tillverkning, som också har en snabbstelningsprocess. Det är därför väldigt användbart utanför det här projektets gränser. När utskiljningsprocessen är förstådd kommer pulver med finfördelad utskiljning av partiklar av förväntad kvalitet att produceras. Pulvret kommer att användas för att göra testkomponenter. Testkomponenterna kommer där efter utvärderas och testas om de uppnår rätt egenskaper. Resultatet kommer att analyseras och förbättringar kommer att moduleras för att sedan upprepa tillverknings stegen för att vidareutveckla materialets kryp- och oxidationsegenskaper ytterligare.