Nanostructuring in powder metallurgy and forging technologies

In recent years, near-nano (submicron) and nanostructured materials have attracted more and more attention from the materials community. Nanocrystalline materials are characterized by a microstructural length or grain size of up to about 100 nm. Materials having grain size of 0.1-0.3 mm are classified as submicron materials. Nanocrystalline materials possess unique mechanical properties. When the grain size is below a critical value (10-20 nm), more than 50% (by volume) of atoms is associated with grain boundaries or interfacial boundaries. In this respect, dislocation pile-ups cannot form, and the Hall-Petch relationship for conventional coarse-grained materials is no longer valid. Therefore, grain boundaries play a major role in the structure formation of nanocrystalline materials. Nanocrystalline materials exhibit creep and super plasticity at lower temperatures than conventional micro-grained counterparts. In this review paper, current developments in fabrication, microstructure, physical and mechanical properties of nanocrystalline and submicron materials made by Powder Metallurgy and Forging techniques will be addressed. Particular attention is paid to the properties characterization of submicron composites.

W ostatnich latach coraz większym zainteresowaniem materiałoznawców cieszą się materiały prawie nanostrukturalne (submikronowe) i nanostrukturalne. Materiały nanokrystaliczne charakteryzują się mikrostrukturalną długością i wielkością ziaren do 100 nm. Materiały o wielkości ziarna 0,1-0,3 mm klasyfikowane są jako materiały submikronowe. Materiały nanokrystaliczne posiadają unikalne własności mechaniczne. Gdy wielkość ziarna jest poniżej wartości krytycznej (10-20 nm), ponad 50% (objętościowo) atomów związanych jest z granicami ziaren lub granicami międzyfazowymi. W tej sytuacji nie mogą powstawać nawarstwienia dyslokacyjne i zależność Hall-Petch obowiązująca dla konwencjonalnych materiałów gruboziarnistych nie ma już zastosowania. Zatem, granice ziaren odgrywają ważną rolę w tworzeniu struktury materiałów nanokrystalicznych. Materiały nanokrystaliczne wykazują pełzanie i nadplastyczność w niższych temperaturach niż ich konwencjonalne odpowiedniki mikroziarniste. W tym przeglądzie kierujemy uwagę na bieżące postępy w wytwarzaniu: mikrostrukturę, własności fizyczne i mechaniczne materiałów nanokrystalicznych wytwarzanych technikami metalurgii proszków i kucia. Szczególną uwagę zwraca się w tej pracy na własności kompozytów submikronowych.