The properties and microstructure of austenitic stainless steels reinforced with Al2O3 particles

The article presents the results of the investigation on the influence of Al2O3 particles on the microstructure and properties of composites with an austenitic steel matrix. Two different composites were studied: AISI 316L stainless steel reinforced with 10 vol. % and 20 vol. % of Al 2O3. The samples were prepared by means of the powder metallurgy process using pressure sintering (HP-HT). The sintering process was carried out at the temperature of 1200°C and pressure of 7±0.2 GPa for 60 seconds. The analysis of the composites included: microstructural investigation by means of SEM and examination of the physical and mechanical properties (density, measurements of Young’s modulus, hardness, and compression strength). The results showed that the Al 2O3 particle addition was very effective to improve the properties of the composites with an austenitic steel matrix. The increase of Young’s modulus, hardness and compression strength with an increase of Al2O3 phase content was shown . The composites with 20 vol. % of Al2O3 achieved the highest properties. The microstructural investigations revealed that the Al2O3 phases are dispersed uniformly in the stainless steel matrix. These results can be useful in determining the conditions for sintering austenitic AISI 316L stainless steel reinforced with various volume fractions of Al 2O3 ceramics. The presented studies are the introduction to the manufacturing of materials with better corrosion and wear resistance in relation to AISI 316L steel.

---

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu ceramiki Al 2O3 na właściwości i mikrostrukturę kompozytów. Zbadano dwa warianty kompozytów o osnowie stali austenitycznej AISI 316L zawierających 10% obj. oraz 20% obj. ceramiki Al 2O3. Próbki wytworzono na drodze metalurgii proszków, stosując spiekanie ciśnieniowe (HP-HT). Proces spiekania przeprowadzono w temperaturze 1200°C, stosując ciśnienie 7±0,2 GPa oraz czas spiekania 60 sekund. Przeprowadzono badania mikrostrukturalne za pomocą SEM oraz badania właściwości fizycznych i mechanicznych (gęstość, pomiar modułu Younga i twardości oraz próba ściskania). Wyniki badań wykazały, że dodatek ceramiki Al 2O3 poprawia właściwości kompozytów o osnowie stali austenitycznej. Wraz ze zwiększeniem zawartości ceramiki Al 2O3 zaobserwowano zwiększenie wartości modułu Younga, twardości oraz wytrzymałości na ściskanie. Dla kompozytów umacnianych 20% obj. ceramiki Al2O3 uzyskano najlepsze właściwości. Badania mikrostrukturalne potwierdziły jednorodne rozmieszczenie ceramiki Al2O3 w osnowie stali austenitycznej. Otrzymane wyniki stanowią podstawę do określenia najkorzystniejszych warunków spiekania stali austenitycznej AISI 316L z różnym udziałem objętościowym ceramiki Al2O3. Przedstawione badania stanowią wstęp do otrzymania materiału charakteryzującego się lepszymi właściwościami (odpornością na korozję i odpornością na ścieranie) w porównaniu ze stalą AISI 316L.