Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of FeCo Alloys Produced through Powder Injection Molding Method

Abstract

In this study, metallic parts were produced through powder injection molding technique from the Fe50Co0.2Si alloy. The shaping was carried out using a multi-component binder system. The shaped samples were sintered at different temperatures in order to determine the optimum sintering temperature after the two-step debinding process applied. The density, microstructure, and mechanical properties of the produced parts were examined. Density measurements and microstructure examinations have shown that increasing sintering temperature increases the relative density obtained. However, it has been observed from microstructure examinations that this causes grain coarsening. Microstructure of the parts produced consists of two different phases. While one of these phases is the FeCo solid solution, the other phase is the FeCo solid solution with lamellar (Fe, Co)3C. The hardness values were close to the values specified in the literature, and the samples exhibited a rather brittle behavior in tensile tests.

Keywords

• FeCo alloy,Powder injection molding,Microstructure,Mechanical properties

Toz Enjeksiyon Kalıplama Yöntemi ile Üretilen FeCo Alaşımlarının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

Öz

Bu çalışmada, Fe50Co0,2Si alaşımından toz enjeksiyon kalıplama tekniği ile metalik parça üretimi gerçekleştirilmiştir. Şekillendirme, çok bileşenli bir bağlayıcı sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Şekillendirilen numuneler, uygulanan iki aşamalı bağlayıcı giderme işleminden sonra optimum sinterleme sıcaklığının belirlenmesi amacıyla farklı sıcaklıklarda sinterlenmiştir. Üretilen parçaların yoğunluk, mikroyapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Yoğunluk ölçümleri ve mikroyapı incelemeleri, artan sinterleme sıcaklığının elde edilen bağıl yoğunluğu artırdığını göstermiştir. Ancak, mikroyapı incelemelerinden bunun tane irileşmesine neden olduğu görülmüştür. Mikroyapının iki farklı fazdan oluştuğu tespit edilmiştir. Bu fazlardan biri FeCo katı çözeltisi iken diğer faz, üzerinde (Fe,Co)3C lamelleri bulunan FeCo katı çözeltisidir. Sertlik değerleri literatürde belirtilmiş olan değerlere yakın çıkmış olup, çekme testlerinde numuneler oldukça gevrek bir davranış sergilemiştir.

Anahtar Kelimeler

• FeCo alaşımı,toz enjeksiyon kalıplama,, mikroyapı,, mekanik özellikler

Kaynakça

1. [1] Sundar RS, Deevi C. Soft magnetic FeCo alloys: alloy development, processing, and properties. Int Mat Rev. 2005;50(3):157–92.
2. [2] Abraham T. Magnets and magnetic materials: A technical economic analysis. JOM 1995;47(1):16–8.
3. [3] Daoush WM. Processing of FeCo nanosized soft-magnetic material by powder metallurgy technique. Mater Sci Forum 2007;558-559:707–15.
4. [4] Sourmail T. Near equiatomic FeCo alloys: Constitution, mechanical and magnetic properties. Prog Mater Sci. 2005;50:816–80.
5. [5] Díaz-Ortiz A, Drautz R, Fähnle M, Dosch H, Sanchez JM. Structure and magnetism in bcc-based iron-cobalt alloys. Phy Rev. B 2006;73:224208.
6. [6] Yang B, Cao Y, Zhang L, Li RF, Yang XY, Yu RH. Controlled chemical synthesis and enhanced performance of micron-sized FeCo particles. J Alloys Compd. 2014;615:322–6.
7. [7] Gilles R, Hofmann M, Johnson F, Gao Y, Mukherji D, Hugenschmidt C, Pikart P. Analysis of antiphase domain growth in ternary FeCo alloys after different cooling rates and annealing treatments using neutron diffraction and positron annihilation. J Alloys Compd. 2011; 509:195–9.
8. [8] Hasani S, Shamanian M, Shafyei A, Behjati P, Nezakat M, Fathi-Moghaddam M, Szpunar JA. Influence of annealing treatment on micro/macro-texture and texture dependent magnetic properties in cold rolled FeCo–7.15V alloy. J Magn Magn Mater. 2015;378:253–60.

9. [9] Zhao L, Baker I. Extrusion processing of FeCo. J Mater Sci. 1994;29:742–8.
10. [10] Hosoda H, Miyazaki S, Inoue K, Fukui T, Mizuuchi K, Mishima Y, Susuku T. Cold rolling of B2 intermetallics. J Alloys Comp. 2000;302:266–73.
11. [11] German RM. Powder Injection Molding. In ASM Handbook: Powder Metal Technologies and Applications. 1998. p. 831–51.
12. [12] Ozgun O, Yılmaz R, Gulsoy HO, Findik F. Toz enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretilen 718 süperalaşım parçaların kırılma tokluğu ve darbe dayanımı özellikleri. Tr Doğa ve Fen Derg. 2015;4(1):1–7.
13. [13] Gulsoy HO, Ozgun O, Bilketay S. Powder injection molding of Stellite 6 powder: Sintering, microstructural and mechanical properties. Mater Sci Eng A 2016;651:914–24.
14. [14] Ozgun O, Gulsoy HO, Findik F, Yılmaz R. Microstructure and mechanical properties of injection moulded Nimonic-90 superalloy parts. Powder Metall. 2012;55:405–14.
15. [15] Ozgun O, Gulsoy HO, Yılmaz R, Findik F. Injection molding of nickel based 625 superalloy: Sintering, heat treatment, microstructure and mechanical properties. J Alloys Compd. 2013;546:192–207.
16. [16] Silva A, Lozano JA, Machado R, Escobar JA, Wendhausen PAP. Study of soft magnetic iron cobalt based alloys processed by powder injection molding. J Magn Magn Mater. 2008;320(14):e393–e6.
17. [17] Simchi A. Densification and microstructural evolution during co-sintering of Ni-base superalloy powders. Metall Mater Trans A 2006;37: 2549–57.
18. [18] Vervoort PJ, Vetter R, Duszczyk J. Overview of powder ınjection molding. Adv Perform Mater. 1996;3:121–51.
19. [19] Sundar RS, Deevi SC. Influence of alloying elements on the mechanical properties of FeCo–V alloys. Intermetallics 2004;12:921–7.
20. [20] Li R, Liu G, Stoica M, Eckert J. FeCo-based multiphase composites with high strength and large plastic deformation. Intermetallics 2010;18(1):134–9.
21. [21] Savaşkan T. Malzeme Bilimi ve Malzeme Muayenesi. 6. Baskı Trabzon: Celepler Matbaacılık; 2012.
22. [22] Callister WD, Rethwisch DG. Materials Science and Engineering: An Introduction. 8th ed. USA: John Wiley & Sons; 2009.