Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kształtowanie siluminów z dodatkiem fazy węglikowej – analiza temperatury narzędzi podczas skrawania

Putyra P., Jaworska L., Dyzia M., Podsiadło M.

Mechanik

|

2017

|

R. 90, nr 2

128--132

PL

Określono trwałość narzędzi z PCD w procesie obróbki skrawaniem odlewanych materiałów kompozytowych z zawartością fazy ceramicznej. Próby skrawania przeprowadzono narzędziami z polikrystalicznego diamentu z wykorzystaniem centrum tokarsko-frezarskiego Mori Seiki NL2000SY. Sprawdzano charakter zużycia VBB zgodnie z normą PN-ISO 3685:1996. Ustalono wpływ parametrów skrawania (prędkości obrotowej, posuwu, głębokości skrawania) na temperaturę ostrzy z PCD. Przeanalizowano mechanizm kształtowania wióra w trakcie obróbki z różnymi parametrami skrawania. Badania zrealizowano z zastosowaniem kamery termowizyjnej FLIR A655 oraz szybkiej kamery Phantom MIRO M310.

EN

The stability of PCD inserts in the machining of cast composite materials containing 10 vol.% of ceramic phase is presented. Tests were carried out using a polycrystalline diamond cutting tool and the turning and milling center Mori Seiki NL2000SY. The VBB wear parameters of inserts according to the standard PN-ISO 3685:1996 were determinated. The influence of the cutting parameters (speed, feed rate, depth of the cut) on the temperature of PCD inserts was investigated. The analysis of chip formation mechanism during the processing at different cutting parameters was performed. The study was carried out using the FLIR A655 thermal camera and the high speed camera Phantom MIRO M310.

2

Structure and physical properties of alumina ceramic foams designed for centrifugal infiltration process

Dolata A. J., Dyzia M., Jaegermann Z.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 3

136--143

EN

In the case of liquid phase processes used for the production of Al alloy matrix composites, the important factors are the interaction on the boundary of the liquid metal-ceramic phase, mainly the wetting of the ceramic surface. From this point of view, in the case of IPCs obtained by centrifugal infiltration, modification of the matrix alloy, the structure and physical properties of the porous ceramic materials, additionally the technological parameters like the temperature and time of infiltration as well as the rotational speed of the mould are important. In turn, the main parameters that influenced the efficiency of the infiltration process are the density, porosity, absorbability and permeability of the porous ceramic medium. The structural characteristics and physical properties of alumina foams, important for the infiltration of liquid aluminum alloy, have been presented. Scanning electron microscopy (SEM) and computer microtomography (µCT) were used to evaluate the microstructure of the Al2O3 foams. Selected properties of the foams such as density, open porosity, total porosity, absorbability were determined. In addition, the Ergun equation to determine the permeability of the foams was used. Metal-ceramic interpenetrating composites (IPCs) were obtained by the centrifugal infiltration of alumina foams with liquid Al alloy.

PL

W procesach ciekłofazowych wytwarzania kompozytów o osnowie stopów Al istotnymi czynnikami są oddziaływania na granicy faz, a zwłaszcza zwilżanie powierzchni ceramiki przez ciekły metal. Z tego punktu widzenia w przypadku kompozytów IPCs otrzymywanych w procesie infiltracji odśrodkowej istotne są modyfikacja stopu osnowy, struktura i właściwości fizyczne porowatej ceramiki, a także parametry technologiczne, takie jak: temperatura, czas infiltracji oraz prędkość wirowania formy. Z kolei głównymi parametrami, od których zależy wydajność procesu infiltracji, są gęstość, porowatość, nasiąkliwość oraz przepuszczalność ceramicznego, porowatego medium. W niniejszej pracy przedstawiono charakterystyczne cechy strukturalne i właściwości fizyczne korundowych pianek ceramicznych istotne z punktu widzenia infiltracji ciekłym stopem aluminium. Do oceny mikrostruktury pianek Al2O3 zastosowano metody skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz mikrotomografię komputerową (µCT). Wykorzystując metodę ważenia hydrostatycznego, wyznaczono wybrane właściwości pianek ceramicznych, takie jak: gęstość pozorna, porowatość otwarta, porowatość całkowita, nasiąkliwość. Ponadto, w celu odpowiedniego doboru preform ceramicznych do procesu infiltracji odśrodkowej ciekłym stopem Al wyliczono wartość przepuszczalności pianek, korzystając z równania Erguna. Do wytworzenia kompozytów o dwóch wzajemnie przenikających się fazach metalowej i ceramicznej (IPCs) zastosowano proces infiltracji odśrodkowej.

3

Influence of the Sr and Mg Alloying Additions on the Bonding Between Matrix and Reinforcing Particles in the AlSi7Mg/SiC-Cg Hybrid Composite

Dolata A. J., Dyzia M., Boczkal S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

651--656

EN

The aim of the work was to perform adequate selection of the phase composition of the composite designated for permanent - mould casting air compressor pistons. The hybrid composites based on AlSi7Mg matrix alloy reinforced with mixture of silicon carbide (SiC) and glassy carbon (Cg) particles were fabricated by the stir casting method. It has been shown that the proper selection of chemical composition of matrix alloy and its modification by used magnesium and strontium additions gives possibility to obtain both the advantageous casting properties of composite suspensions as well as good bonding between particles reinforcements and matrix.

4

Cast Hybrid Composites Designated for Air Compressor Pistons

Dolata A. J., Dyzia M., Jaworska L., Putyra P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

705--708

EN

The main purpose of the investigations was to develop the phase composition of the composite assuming that the component selection criterion will be the formability of piston work surfaces during the machining. Wear resistance under the friction conditions was assumed as the additional parameter for the assessment of composite material. In the study were used AlSi7Mg/SiC+Cg and AlSi7Mg/SiC+GR hybrid composites prepared by the stir casting method.

5

Structure studies on the AK7-SiC composite after machining

Karolus M., Cyboroń J., Putyra P., Dyzia M., Ratuszek W.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 2CD

319--329

EN

The paper presents results of the structural studies on the composites of alumina matrix after machining processes. There were used two different methods: Electrical Discharge Machining (EDM) and Abrasive Water Jet (AWJ). The phase composition of the composite was carried out by X-ray diffraction (XRD). In order to investigate the heterogeneity of the material there were conducted additional measurements using the Grazing Incident X-ray Diffraction (GIXD) for angles of 1°, 3°, 5°, 9° and 12°. Residual stresses were determined based on the sin2ψ and grazing (g-sin2ψ) methods for the main components of the composite - alumina and silicon carbide. Analysis of the diffraction patterns performed for different X-ray penetration depths, showed that the tested material was inhomogeneous. Furthermore, depending on the treatment method (EDM or AWJ), the tested materials were shown the differences, both in the phase composition and the residual stresses values, as well.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych stopów z układu AK7-10% obj. SiC, po procesie obróbki ubytkowej z wykorzystaniem dwóch metod: elektroerozyjnej i wodnościernej. Badania składu fazowego oraz jego zmian przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragga-Brentano. W celu zbadania niejednorodności materiału przeprowadzono dodatkowe pomiary w geometrii stałego kata padania (SKP – Grazing Incident X-ray Diffraction) dla kątów padania promieniowania rentgenowskiego: 1°, 3°, 5°, 9°, 12°. Przeprowadzono pomiary naprężeń własnych dla głównych składników stopów, tj. Al i SiC, które wyznaczono w oparciu o metodę g-sin2ψ. Analiza dyfraktogramów wykonanych przy różnych głębokościach wnikania promieniowania rentgenowskiego wykazała, iż badany materiał kompozytowy jest wielofazowy i niejednorodny. Ponadto, w zależności od zastosowanej metody obróbki badanych materiałów (EDM i obróbka wodnościerna), wystąpiły różnice, zarówno w składzie fazowym, jak i w wielkościach wyliczonych naprężeń własnych.

6

Dobór składu fazowego kompozytu na bazie stopu AlSi pod kątem możliwości kształtowania powierzchni roboczych tłoków

Dyzia M., Dolata A. J., Putyra P., Jaworska L.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

519--523

PL

Od wielu lat kompozyty o osnowie stopów aluminium (AlMMC) są zaliczane do grupy nowoczesnych materiałów inżynierskich. Obecnie na skalę przemysłową są wytwarzane elementy pracujące w warunkach dużych obciążeń ciernych, na przykład tłoki kompozytowe, tarcze i bębny hamulcowe. Główne technologie wytwarzania materiałów kompozytowych bazują na wysokociśnieniowych metodach infiltracji porowatych preform ceramicznych ciekłym stopem aluminium. Nadal jednak głównym problemem ograniczającym szersze zastosowanie tych materiałów jest ich cena, a przede wszystkim koszt obróbki kształtującej gotowy wyrób. W artykule przedstawiono wyniki badań technologicznych dotyczących możliwości wykorzystania metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o osnowie stopu AlSi zbrojonych cząstkami ceramicznymi (SiC i SiC + Cg) i kształtowania półfabrykatu tłoka w procesie odlewania kokilowego (rys. 1). Celem badań było opracowanie składu fazowego kompozytu przy założeniu, że głównym kryterium doboru komponentów będzie możliwość kształtowania powierzchni roboczych tłoka w procesach obróbki skrawaniem oraz ocena właściwości tribologicznych kompozytu. Trwałość ostrza narzędzi wykonanych z polikrystalicznego diamentu (PCD) określono, przyjmując czas pracy, po którym parametr starcia osiągnie wartość VB = 0,3 mm. Na podstawie obserwacji SEM powierzchni ostrza po współpracy z materiałami kompozytowymi zidentyfikowano charakter zużycia narzędzia. W przypadku współpracy ostrza PCD z kompozytem zbrojonym cząstkami SiC zużycie miało charakter wytarcia, natomiast w przypadku współpracy z kompozytem zbrojonym mieszaniną cząstek SiC + Cg na ostrzu tworzyły się narosty.

EN

The article presents the results of technological research on the possibilities of using the slurry method for producing alloy matrix composites reinforced with ceramic particles AlSi (SiC and SiC + Cg) and shaping the piston in the die casting process. The purpose of the proposed study was to develop a composite phase composition on the assumption that the main criterion for the selection of components will be able to shape the working surface of the piston in machining processes and to assess the tribological properties of the composite. Polycrystalline diamond (PCD) tool life was determined based on the time of operation after which clashes parameter reaches VB = 0.3 mm. On the basis of SEM observation of the surface of the blade when working with composite materials identified nature of tool wear. In the case of cooperation PCD composite reinforced with SiC particles consumption was of wipe, while in the case of composite reinforced cooperation with the mixture of particles of SiC + Cg on the blade formed growths. The testing system–on–disc confirmed the beneficial effects of reinforcement SiC particles on the stability coefficient of friction. In an attempt to abrasive wear was recorded for reduced wear of composite samples AlSi7Mg2Sr003/SiC as compared with a hybrid AlSi7Mg2Sr003/SiC + Cg.

7

Effect of Chemical Composition of the Matrix on AlSi/SiCp+Cp Composite Structure

Dolata A. J., Dyzia M.

Archives of Foundry Engineering

|

2014

|

Vol. 14, iss. 1 spec.

135--138

EN

The casting processes using mechanical stirring of composite suspension are considered for the most economical methods for manufacturing of metal matrix composites in the application and industrial practice. The most common problems during the composite suspensions production include: weak wetting between liquid Al alloy and ceramic particles and gassing of composite mixtures resulting with introducing the particles into aluminium alloy and long-term stirring process. The agglomerates and clusters of particles created among others as an effect of gas blisters absorption on the surface of ceramics causes discontinuity of composite structure and thereby they reduce properties of final products. The porosity has disadvantageous effect on mechanical properties of products, it reduces the corrosion and wear resistance, particularly under technically dry friction conditions. Therefore, to produced the casts composite possessed optimal properties, it is necessary their minimal porosity. To obtaining a good high-quality castings, the proper selection of components, particularly the chemical composition of the Al matrix and the kind of reinforcement are necessary. In this paper, the effect of chemical composition of the matrix on AlSi/SiCp+Cp composite structure were presented.

8

Al/CF composites obtained by infiltration method

Dolata A. J., Dyzia M., Śleziona J.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

310-316

EN

Aluminium alloys reinforced with carbon fibres can find applications in a variety of light constructions operating in complex load conditions. The methods of obtaining these types of composites are mainly based on liquid-phase methods, where the connection between the composites is achieved as a result of wetting the reinforcement phase with a liquid metal. For these processes, the aluminium matrix should be characterized by high strength, the possibility for heat treatment and adequate technological properties (high castability, good wettability of carbon fibre surface by molten metal). A following important aspect in the Al/CF discussed system is a reduction of reactivity between the liquid aluminium and carbon fibre. In the article, the results of infiltration tests on nickel coated carbon performs by a liquid Al alloy have been presented. In the examinations, aluminium with a silicon alloy (226D) modified by magnesium and strontium were used. The infiltration process was carried out on a Degussa press. The manufactured composite plates were characterized a regular shape, without surface casting defects. The nickel coating prevents the destruction of the fibres, but the reaction of Ni with the liquid aluminum alloy in the boundary area leads to the precipitation of a ductile phase of the Al-Ni system. Decohesion takes place among the matrix and fibres, which allows the supposition that the composite will be characterized by good mechanical properties. This requires experimental verification, which is planned in the successive stage of the research in the project "3D-textile reinforced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in the frames of the programme supported by the Polish Ministry of Science and Higher Education and by the DFG in Germany in the Polish-German Bilateral Project.

PL

Stopy aluminium wzmacniane włóknami węglowymi mogą znaleźć zastosowanie w wielu lekkich konstrukcji, pracujących w złożonych warunkach obciążenia. Metody wytwarzania tego rodzaju kompozytów są oparte głównie na metodach ciekłofazowych, gdzie połączenie pomiędzy komponentami uzyskuje się w wyniku zwilżania fazy zbrojenia przez ciekły metal. Dla tego typu procesów aluminiowa osnowa powinna charakteryzować się wysoką wytrzymałością, możliwością przeprowadzenia obróbki cieplnej i odpowiednimi właściwościami odlewniczymi (wysoką lejnością, dobrą zwilżalnością powierzchni włókien węglowych, niską lepkością). Kolejny ważny aspekt w omawianym układzie komponentów to konieczność obniżenia reaktywności występującej pomiędzy ciekłym stopem aluminium a włóknami węglowymi. W artykule przedstawiono wyniki badań procesu infiltracji ciekłym stopem Al tkanin węglowych z powłoką niklową. Do infiltracji tkanin węglowych zastosowano stop aluminium z krzemem (226D) modyfikowany dodatkami magnezu i strontu. Proces infiltracji przeprowadzono na prasie Degussa. Wytworzone płytki kompozytowe charakteryzowały się regularnym kształtem bez powierzchniowych wad odlewniczych. Potwierdzono korzystny wpływ powłoki niklowej, która zabezpiecza włókna przed zniszczeniem. Jednak reakcja Ni z ciekłym stopem aluminium w obszarze granicznym prowadzi do powstania kruchych faz z układu Al-Ni. Zniszczenie materiału kompozytowego zachodzi poprzez osnowę i włókna, co pozwala przypuszczać, że kompozyty będą charakteryzowały się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej planowanej w kolejnych etapach badawczych. Prace zostały zrealizowane w ramach projektu finansowanego w programie DFG: "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn".

9

Struktura kompozytów Al-CF wytwarzanych metodami infiltracji

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

23--28

PL

W artykule przedstawiono strukturę kompozytów uzyskanych w procesie infiltracji ciekłym stopem Al tkanin węglowych typu 2D oraz 3D. W badaniach zastosowano stop aluminium z krzemem i manganem AlSi9Mn (trimal 37 -TR37). Jako zbrojenie wykorzystano tkaniny węglowe przygotowane z włókien, na których zastosowano bariery ochronne w postaci powłoki niklowej, powłoki z węglika krzemu oraz węgla pyrolitycznego. Preformy węglowe wykonano w Instytucie Konstrukcji Lekkich i Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych (ILK TU Dresden) oraz w Instytucie Technologii i Systemów Ceramicznych (Fraunhofer - IKTS). Proces infiltracji tkanin węglowych przeprowadzono z wykorzystaniem ciśnieniowo-próżniowej infiltracji na prasie Degussa oraz gazowo-ciśnieniowej infiltracji (GPI) w autoklawie zaprojektowanym i wykonanym w Katedrze Technologii Materiałów w Politechnice Śląskiej. Wytworzone kompozyty charakteryzowały się regularnym kształtem, bez powierzchniowych wad odlewniczych. Najlepsze połączenie komponentów, uzyskano w kompozycie AlSi9Mn/Cf(Ni) otrzymanym w procesie gazowo-ciśnieniowej infiltracji (GPI). Analiza mikrostruktury oraz obserwacja przełomów, nie wykazała oddzielania włókien od osnowy i ich wyciągania. Zniszczenie kompozytu następowało poprzez włókna. Przeprowadzone badania struktury nie wykazały obecności węglika aluminium na granicy włókno-osnowa, a także w osnowie, co pozwala przypuszczać, że kompozyty będą charakteryzowały dobre właściwości mechaniczne. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej planowanej w kolejnym etapie badań, w projekcie realizowanym w ramach programu DFG: „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn”.

EN

The structure of the composites obtained in infiltration processes 2D and 3D carbon preform by liquid Al alloy have been presented in this paper. An aluminum alloy with silicon and manganese AlSi9Mn (trimal 37-TR37) was applied in the researches. As the reinforcement used carbon perform prepared with various protective barriers such as the nickel coating, the coating of silicon carbide and pyrolytic carbon coating. Carbon preforms was prepared at the Institute for Lightweight Structures and Polymer Technology (ILK TU Dresden) and at the Institute of Technology and Ceramic Systems (Fraunhofer-IKTS). The process of infiltration of carbon perform by liquid aluminium alloy was carried out using a pressure-vacuum infiltration on the Degussa press and gas-pressure infiltration (GPI) in an autoclave designed and built at the Department of Materials Technology at the Silesian University of Technology. The obtained composites were characterized by a regular shape, with no surface casting defects. The best connection of components was observed in AlSi9Mn/Cf(Ni) composite, obtained by gas-pressure infiltration method (GPI). On metallographic specimens, good interface between fibres and the aluminium matrix were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres. During the failure crack propagated across fiber. There was no presence of aluminum carbide on the fiber-matrix. It can be assumed that the composite will be characterized by the good mechanical properties. However, this requires further experimental verification planned in the next stage of research, in the project realized within the DFG program: "3D textile reinforced aluminium matrix composites for complex loading situations in lightweight automobile and machine parts".

10

Aluminiowe kompozyty heterofazowe przeznaczone na tłoki do sprężarek powietrza

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Śleziona J., Starczewski M., Złotecki M.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

35--38

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań powierzchni odlewów kompozytowych kształtowanych w procesie odlewania kokilowego. W ramach realizacji projektu badawczo rozwojowego w Katedrze Technologii Materiałów Politechniki Śląskiej, zbudowano stanowisko umożliwiające wytworzenie w jednym cyklu produkcyjnym ponad 50 kg zawiesiny kompozytowej. Wykonane w warunkach przemysłowych odlewy do formy z rdzeniem wewnętrznym pięciodzielnym zamontowanej w kokilarce GM110 potwierdziły możliwość formowania metodami odlewniczymi tłoków kompozytowych. Odlewy wykonane z kompozytu AlSi7Mg/SiC i kompozytu heterofazowego AlSi7Mg/SiC+Cg zgodnie z procedurą technologiczną zakwalifikowano jako, poprawne i przeznaczono do obróbki mechanicznej kształtującej właściwe powierzchnie robocze tłoka do sprężarki powietrza. Wykonano badania porównawcze dla odlewów z niezbrojonego stopu AlSi7Mg i odlewów kompozytowych. Do oceny zdolności do wypełnienia wnęki formy i dokładności odwzorowania kształtu wykorzystano profilograf FRT analizując odległości pomiędzy środkami rowków na powierzchni płaszcza tłoka. Badania te potwierdziły różnice w lejności niezbrojonego stopu osnowy i zawiesin kompozytowych. Różnica w dokładności odwzorowania wymiarów formy nie dyskwalifikuje materiałów kompozytowych, wszystkie odlewy zostały zakwalifikowane jako poprawne i przeznaczone do obróbki mechanicznej.

EN

The article presents the results of surface test of composite shaped in the permanent mould casting process. As part of the research and development project realized in the Department of Materials Technology at the Silesian University of Technology, a pilot plant scale stand was built to manufacture of more than 50 kg suspensions in a single technological cycle. Made in industrial conditions castings to form in the five inner core mould mounted in GM110 permanent mould casting machine confirmed the possibility of the shaping the composite pistons. Castings made from composite suspension AlSi7Mg/SiC and AlSi7Mg/SiC + Cg according to the technology procedure were classified as correct and devoted to the proper machining forming working surfaces of the piston to the air compressor. Comparative tests were performed for the casting of unreinforced AlSi7Mg alloy and composite castings. To assess the ability to fill the mold cavity and the accuracy of mapping used in contour shape FRT analysis of the distance between the grooves on the surface of the piston skirt. Studies have confirmed the differences in the fluidity of alloy matrix and composites suspensions. The difference in the accuracy of the dimensional mapping mould does not disqualify of composite materials, all castings are classified as correct and used for machining.

11

Heterofazowa struktura tłoków kompozytowych wytwarzanych metodą odlewania kokilowego

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Lech-Grega M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2010

|

R. 55, nr 9

614-618

PL

Wielofazowe umocnienie stopów aluminium stanowi nowe rozwiązanie materiałowe pozwalające w znacznym stopniu na rozszerzenie możliwości projektowania i zróżnicowania właściwości wyrobów, przede wszystkim mechanicznych i tribologicznych. Tego typu kompozyty wykorzystano do produkcji tulei cylindrowych w silnikach Hondy Prelude 2.3 L i Toyoty Celica. Zastosowanie preformy z udziałem 12 % włókien Al2O3 i 9 % włókien węglowych pozwoliło na obniżenie masy bloku silnika, poprawę warunków chłodzenia oraz zmniejszenie zużycia poprzez tarcie. Nowym rozwiązaniem materiałowo--technologicznym może okazać się wykorzystanie metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o zbrojeniu heterofazowym. Jak wykazały badania autorów, zastosowanie zbrojenia w postaci mieszaniny cząstek węglika krzemu i węgla szklistego pozwala na stabilizację współczynnika tarcia, a przede wszystkim obniżenie zużycia partnera tarcia. Właściwości te mogą być wykorzystane w układzie tribologicznym tłok-cylinder, od którego wymaga się stabilności wymiarowej, wytrzymałości i trwałości. Z kolei właściwości kompozytów odlewanych determinowane są strukturą, czyli rodzajem, wielkością, kształtem i udziałem umocnienia oraz składem fazowym osnowy. Istotna jest również stabilność powierzchni międzyfazowej, która zapewnia trwałość wyrobu kompozytowego. W artykule przedstawiono strukturę i stan powierzchni rozdziału faz w heterofazowych tłokach kompozytowych odlewanych kokilowo. W badaniach wykorzystano metody mikroskopii świetlnej i skaningowej.

EN

The multi-reinforcement of aluminium alloys is a new material solution permitting in considerable degree on development of possibility design and properties diversification of product, first of all mechanical and tribological properties. Such kind of composites used as the production of cylinder sleeves in Honda Prelude 2.3 L and Toyota Celica engines. Application of 12 % Al2O3 short fibres and 9 % carbon preform permitted on lowering the mass of block of engine, improvement of conditions of cooling as well as decrease friction wear. New material and technological solution could be stirring method for obtaining heterophase composite suspension. How the authors' investigations showed, applying of silicon carbide and glassy carbon mixture of particles as reinforcement make possible to obtain material with stable of the friction coefficient and the first of all lowering wear of friction partner. These properties can be used in piston-cylinder tribological system which was required dimension stability, strength and durability. The properties of cast composites determined by the structure i.e. kind, size, shape and volume of reinforcement as well as the phase composition of the matrix. It essential is also the stability of the interface which assures the stability of composite product. The structure and the state of interface in composite pistons with heterophase reinforcement obtained by mould casting method are presented in the article. In the investigations the method of light and scanning microscopy was used.

12

Możliwości zastosowania kompozytów heterofazowych w tłokowych sprężarkach powietrza (komunikat)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 4

399-400

PL

Technologie wytwarzania kompozytów, bazujące na metodach ciekłofazowych, i kształtowanie wyrobów metodami odlewniczymi w porównaniu z metodami wykorzystującymi techniki sycenia preform są kilkasetkrotnie tańsze. Nowym rozwiązaniem materiałowo-technologicznym może okazać się wykorzystanie metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o zbrojeniu heterofazowym. Jak wykazały badania autorów, zastosowanie jako zbrojenia cząstek SiC i węgla szklistego pozwala na stabilizację współczynnika tarcia, a przede wszystkim obniżenie zużycia partnera tarcia. Właściwości te mogą być wykorzystane w układzie tribologicznym tłok-cylinder, od którego wymaga się stabilności wymiarowej, wytrzymałości i trwałości. Celem badań realizowanych w ramach projektu badawczo-rozwojowego PBR N RO7 001106 jest opracowanie kompleksowej technologii wytwarzania tłoków kompozytowych o zbrojeniu heterofazowym. Planuje się przeniesienie procedury wytwarzania zawiesin kompozytowych, opracowanej w skali laboratoryjnej przez autorów projektu, na skalę półtechniczną, umożliwiającą w warunkach przemysłowych odlewanie kokilowe tłoków do sprężarek powietrza. Efektem końcowym realizowanego projektu rozwojowego będzie dokumentacja techniczna metody wytwarzania tłoków kompozytowych w oparciu o technologię odlewania kokilowego zawiesiny kompozytowej oraz wytworzenie partii prototypowej tłoków kompozytowych do sprężarek powietrza we współpracy z odlewnią "Złotecki" Sp. z o.o. w Rojewie.

EN

The technologies of composite production, basing on liquid phase methods and the formation of products by the casting methods are most economical in comparison with methods the using infiltration perform. New material and technological solution could be stirring method for obtaining heterophase composite suspension. The investigation realized on Faculty of Material Engineering and Metallurgy on Silesian Engineering within a framework of projects PBZ / KBN / 114 / T08 / 2008, KBN 3 T08D 024 28 confirmed good casting proprieties of composite suspensions. Applying as heterophase reinforcement (mixture of SiC and glassy carbon particles) make possible to obtain material with stable of the friction coefficient and the first of all lowering wear of friction partner. These properties can be used in piston - cylinder tribological system which was required dimension stability, strength and durability. Aim of investigations realized in frames of project PBR the N RO7 001106 is the develop of complex production technology of heterophase composites pistons applied in air compressor. Transfer from laboratory method to semi technical scale which enabling in industrial conditions cast the pistons is planned. As final result of project will be introduce full technological enabling procedure producing in quantity composite suspension approx. 50 kg of once melting. The realization of prototype part pistons should make possible in industrial conditions in support with mould casting method applied in firm "Złotecki".

13

Supersprężyste druty NiTi dla chirurgii małoinwazyjnej

Lekston Z., Nawrat Z., Dybka W., Kostka P., Dyzia M.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 96-98

25--29

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę struktury i własności supersprężystych drutów NiTi przeznaczonych na elementy aktywacyjne i końcówki zminiaturyzowanych prototypowych narzędzi dla chirurgii małoinwazyjnej. Metodą rentgenograficzną (XRD) stwierdzono, że druty w stanie dostarczenia w temperaturze otoczenia miały strukturę fazy macierzystej B2. Metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) stwierdzono, że podczas chłodzenia w badanych drutach przemiana zachodziła bezpośrednio z fazy macierzystej B2 do fazy martenzytycznej B19’. Przemiana odwrotna zachodziła z udziałem fazy romboedrycznej wg schematu B19’→R→B2. Badane druty w próbach rozciągania wykazywały bardzo dobre własności mechaniczne i supersprężystość. W próbach wyginania pod naprężeniem prostych odcinków drutów do kąta 90o, po usunięciu zewnętrznego naprężenia następował całkowity odzysk wyprostowanego kształtu. Krzywe zależności siły w funkcji strzałki ugięcia, zarejestrowane w próbach wielokrotnie powtarzanego, trójpunktowego zginania, potwierdziły bardzo dobre, stabilne własności supersprężyste badanych drutów. Supersprężyste elementy NiTi wykorzystano do przekazu napędu do końcówki roboczej prototypowego narzędzia mechatronicznego Robin Heart Uni 0.

EN

The study presents the structure and properties of superelastic NiTi wires which are aimed to be used for activation elements and tips for miniature prototype tools in minimal invasive surgery. With X-ray diffractometry (XRD) it was found out that the wires in their state of delivery at ambient temperature had the structure of B2 parent phase. Differential scanning calorimetry (DSC) showed that during cooling in the tested wires the phase transition was directly from B2 parent phase to B19’ martensitic phase. The reverse transition was with the participation of rhombohedric R phase according to B19’→R→B2. During stretching the tested wires displayed very good mechanical properties and superelasticity. During bending, when straight parts of the wire were strained to 90o, when external strain was removed, complete recovery of the straightened shape was observed. The curves of the forces in the function of deflection, recorded during multiple three-point bending were the confirmation of very good, stable superelastic properties of the tested wires. Superelastic NiTi elements were used to transmit the drive to the operating tip of the Robin Heart Uni 0 prototype mechatronic tool.

14

Wytwarzanie i struktura nasycanych kompozytów Al - włókno węglowe

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 3

11-18

PL

W artykule przedstawiono wyniki wstępnych prób infiltracji ciekłym stopem Al tkaniny węglowej 2D i 3D, utkanej z włókien pokrytych niklem (HTS 40 A23 12K). W badaniach zastosowano stop 226D (Al-Si-Cu-Mg) modyfikowany 1% Mg i 0,03% Sr. Infiltrację prowadzono na prasie Degusa (temperatura 720°C, p = 15 MPa). Otrzymany kompozyt charakteryzował się regularnym kształtem, bez powierzchniowych wad odlewniczych. Korzystne połączenie komponentów, uzyskane w wyniku zastosowania odpowiednich parametrów procesu, potwierdziła analiza mikrostruktury i obserwacja przełomów, na których nie stwierdzono oddzielania włókien od osnowy i ich wyciągania. Dekohezja następowała przez osnowę i włókna, co pozwala przypuszczać, że kompozyt będzie miał dobre właściwości mechaniczne. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej, co zaplanowano w projekcie „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/A1-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn", realizowanym w ramach programu DFG.

EN

In the article the results of preliminary infiltration tests 2D and 3D carbon performs, with the nickel couched (HTS 40 A23 12K), by the liquid Al alloy have been presented. In examinations 226D alloy (Al-Si-Cu-Mg) modified 1% Mg and Sr 0.03% was used. Infiltration process was carried out on the Degusa press (T =720°C, p =15 MPa). The manufactured composite was characterized the regular shape, without surface casting defects. Profitable connection components obtained as a result of applied parameters of the process, analysis confirmed microstructure and observation of turning points, which separating fibres from the warp and taking them wasn't being watched on. Decohesion takes place via the matrix and fibres, which allows the supposition that the composite will be characterized by the good mechanical properties This requires experimental verification, which is planned in the successive stage of the research in project "3D-textile reinforced aliminium matrix composites (3D-CF/A1-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

15

Struktura i właściwości kompozytów po odlewaniu ciśnieniowym

Wieczorek J., Śleziona J., Dyzia M., Dolata-Grosz A., Myalski J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 1

41-49

PL

Próby odlewania ciśnieniowego kompozytów AK12+15%SiC, AK12+15%Cs i AK12+15%SiC-Cs wykonano w firmie PRESS na zimnokomorowej maszynie ciśnieniowej o sile zwarcia 100 t. Stwierdzono, że odlewanie zawiesin kompozytowych metodą ciśnieniową nie stanowi większego problemu. Próby wykazały, że konieczne jest odpowiednie zaprojektowanie formy i poprawny dobór parametrów odlewania kompozytów. Wyniki badań struktury i właściwości odlewów ciśnieniowych wskazują, że struktura dobrze wykonanego odlewu jest bardzo korzystna, niezależnie od typu cząstek wzmacniających. Efektem tego jest dobry poziom właściwości wytrzymałościowych, różniących się jednak znacznie od właściwości wytrzymałościowych odlewów grawitacyjnych. Wyróżnikiem jest zwiększona plastyczność odlewów ciśnieniowych. Badania twardości HB wykazały, że kompozyty po odlaniu ciśnieniowym mają dużą twardość: AK12+15%SiC 138 HB, która jest znacznie większa niż odlewów grawitacyjnych - 115 HB. Wszystkie odlewy kompozytowe charakteryzuje stosunkowo mała udarność - na poziomie 22 kJ/m2.

EN

Trials of pressure die casting of: AK12/15%SiC, AK12/15C and AK12/10%SiC5%C were carried out using a cold-chamber pressure machine of pressure force 100 t, in PRESS company, Poland. It was found that pressure casting of composite suspensions does not deliver problems. The trials showed that casting of the composites demands adequately designed mold and properly assorted process parameters. The results of investigations concerning structure and properties of the casts reveal very advantageous structure, independently of reinforcing particles type. In consequence the composites show good level of mechanical properties, however, similar to gravity cast composites. Only significant increase in plasticity distinguishes the pressure casts. The pressure composites showed also higher HB hardness - 138 HB in comparison with 115 HB for gravity cast ones. All composite casts characterizes relatively low impact resistance - about 22 kj/m2.

16

Aspekty technologiczne wytwarzania kompozytów stop aluminium - włókno węglowe dobór materiału osnowy

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 3

19-25

PL

Głównym celem badań wykonywanych w ramach w projektu „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/A1-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn", należącego do programu DFG, jest opracowanie składu chemicznego stopu Al na osnowę kompozytu Al - włókno węglowe. Zgodnie z przyjętymi założeniami technologicznymi, otrzymanie kompozytu musi być możliwe w warunkach infiltracji ciśnieniowej, infiltracji gazowej (GPI) oraz odlewania ciśnieniowego. Z tego względu osnowa musi mieć określone właściwości w stanie ciekłym i po zakrzepnięciu. Z jednej strony konieczne jest ograniczenie reaktywności w układzie Al-C, z drugiej poprawa zwilżalności włókien węglowych przez ciekły stop. Jako stop bazowy wybrano AlSi9Cu(Fe), a jego skład chemiczny modyfikowano z użyciem zapraw AlMg, AlTiB oraz AlSr. Wstępne kryterium oceny modyfikacji oparto na zmianie zakresu temperatury krzepnięcia, wynikach próby lejności i próby infiltracji ciśnieniowej na prasie Degussa.

EN

Presented results are part of realized investigations in project ,,3D-textile reinforced aluminium matrix composites (3D-CF/A1-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG. The main aim of the researches at Sile-sian University of Technology is to develop the chemical composition an Al alloy for the matrix of Al/carbon fibres composite obtained as a result of infiltration process of a porous fibrous structure with a liquid matrix. For this reason, the matrix must have a number of features in a liquid state as well as after solidification. Selection of alloying additions was made with paying special attention to improvement of the carbon fibres surface wettability with a liquid aluminum alloy, necessary to obtain proper strength and technological properties, as well as possibilities of its further thermal treatment. As a base alloy AlSi9Cu(Fe) was selected and chemical composition was modified by AlMg, AlTiB and AlSr master alloys As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability.

17

Die-cast heterophase composites with AlSi13Mg1CuNi matrix

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Śleziona J.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 1 spec.

301--304

EN

On the basis of the performed tests, an advantageous interaction of glassy carbon particles in a couple consisting of a heterophase composite and a spheroidal cast iron has been corroborated. It was found that, the presence of glassy carbon in the heterophase composite (SiC+C) affects the stabilization of the friction coefficient value as a function of the friction distance and reduces the intensity of the wearing-in stage of the interacting surfaces. Both a decrease of the friction coefficient and the wear of the heterophase composites may be connected with the carbon particles' chipping effect and the deposition of its fragments on the surface of the interacting components of the friction couple, which forms a kind of a solid lubricating agent in the system. This should allow applying of this material to the composite piston-cylinder sleeve system in piston air-compressors. Further works will concern the selection of the matrix alloy composition with the purpose of reducing the phenomenon of particles chipping during machining. It seems that one of the possibilities is the application of a more plastic matrix and optimizing the fraction of reinforcing phases and their gradient distribution in the casting.

18

Próby sycenia preform z włókien węglowych modyfikowanym stopem AlSi9Cu(Fe)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

210-213

PL

W ostatnich latach coraz więcej ośrodków badawczych prowadzi prace nad kompozytami o osnowie aluminium zbrojonymi włóknami węglowymi (AlMMC/CF). Ponieważ materiały te charakteryzują się wysoką sztywnością, wytrzymałością właściwą oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, potencjalnym obszarem ich zastosowań może być przemysł lotniczy, motoryzacyjny, a także elektroniczny. Głównym problemem w procesie wytwarzania kompozytów o osnowie aluminium jest reaktywność oraz zwilżalność w układzie Al-C. Poprzez modyfikacje stopu osnowy oraz powierzchni włókien zbrojących można w procesach ciekłofazowych uzyskać warunki dobrego połączenia na granicy osnowa-włókno zbrojące. Celem realizowanych badań była modyfikacja składu stopu AlSi9Cu(Fe), tak aby możliwe było jego wykorzystanie w warunkach procesu gazowej infiltracji preformy 2D CF (tkaniny wyplecionej z włókien węglowych HTS 40 A23 12K). Jako wstępne kryterium oceny modyfikacji stopu bazowego przyjęto zakres temperatury krzepnięcia oraz wyniki próby lejności, natomiast weryfikacją technologiczną była próba sycenia zrealizowana w ILK TU Dresden. Prezentowane wyniki są fragmentem badań realizowanych w projekcie "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn" realizowanego w ramach programu DFG.

EN

In last years more and more research centers leads works on aluminium matrix composites reinforcement with carbon fibres (AlMMC/CF). That kind of materials characterize high stiffness, specific strength as well as low coefficient of thermal expansion and high coefficient of thermal and electric conductivity. Potential area of application them could be aerospace, automotive, and also electronic industry. Main problem in process of production aluminium matrix composites is reactivity and wettability into Al-C system. Improper wetting and chemical reaction at interface boundary could be a reason of degradation mechanical properties of the composite. After through modifications of alloy matrix and surface of reinforced fibres it were been possible to get conditions of best's connection between matrix and fibre in liquid phases processes. The aluminium alloys used for composites must have appropriate strength. Carbon fibres are characterized by a high elasticity modulus (from 250 to 400 GPa) with deformation until failure of 1-3%. To take advantage of the strength, the matrix must show deformation higher than that of the fibres. In addition, from the point of view of the liquid-phase technology, the aluminium alloy matrix should be characterized by low viscosity, high surface tension and low reactivity with carbon. Al-Si alloys fulfill this condition. However, they contain at least 7% Si and have low plastic properties (total strain does not exceed 5%), and the composite is characterized by high brittleness. Modification of base alloy AlSi9Cu(Fe), was aim of realized investigations in the point of view utilization them in conditions of process of gas infiltration 2D CF textile (woven preform made on HTS 40 A23 12K fibres). As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability. However realized of infiltration test was technological verification at ILK TU Dresden. The obtained plate had a regular shape, without casting defects on its surface. On metallographic specimens, good filling of the space between fibres with the matrix metal and a continuous connection on the fibres-matrix interface were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres, which, coupled with suitable alloy modification, should enable obtaining a composite which will meet the project assumptions including, first of all, appropriate technological and strength properties. Presented results are part of realized investigations in project "3D-textile rein-forced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

19

Development of textile-reinforced carbon fibre aluminium composites manufactured with gas pressure infiltration methods

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 35, nr 2

177-183

EN

Purpose: The aim of his paper is to show potential of textile-reinforced carbon fibre aluminium composite with advantage of the lightweight construction of structural components subjected to thermo-mechanical stress. Design/methodology/approach: The manufacture of specimens of the carbon fibre-reinforced aluminium was realised with the aid of an advanced differential gas pressure infiltration technique, which was developed at ILK, TU Dresden. Findings: The gas pressure infiltration technology enables to fabricate complex carbon aluminium composites with fibre or textile reinforcement using moulds of graphite, but in future development the optimization of infiltration process is required. The load-adapted combination of 3D reinforced semi-finished fibre products (textile preforms) made from carbon fibres (CF) with aluminium light metal alloys (Al) offers a considerable lightweight construction potential, which up to now has not been exploited. Research limitations/implications: Gas pressure infiltration technology enables to fabricate complex carbon aluminium composites with fibre or textile reinforcement using precision moulds of graphite, but in future development the optimization of infiltration process is required. Practical implications: Load-adapted CF/Al-MMC, due to the relatively high stiffness and strength of the metal matrix, allow the introduction of extremely high forces, thereby enabling a much better exploitation of the existing lightweight construction potential of this material in comparison to other composite materials. Originality/value: Constantly rising demands on extremely stressed lightweight structures, particularly in traffic engineering as well as in machine building and plant engineering, increasingly require the use of endless fibre-reinforced composite materials which, due to their selectively adaptable characteristics profiles, are clearly superior to conventional monolithic materials.

20

Rozmieszczenie cząstek zbrojących w kompozycie AK12/SiC+C kształtowane podczas krzepnięcia odlewu

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 3

296-301

PL

Zagadnienia dotyczące krzepnięcia odlewów to ostatni etap wytwarzania zawiesin kompozytowych. Poznanie zjawisk towarzyszących temu procesowi pozwala na kształtowanie zróżnicowanej struktury wytwarzanych materiałów. Z kolei od struktury ściśle zależą właściwości finalnego wyrobu. Proces kształtowania struktury w trakcie krzepnięcia odlewu kompozytowego zależy od wielu czynników, przede wszystkim od wielkości i udziału objętościowego fazy zbrojącej oraz rodzaju i właściwości stosowanej osnowy i zbrojenia. Jak wykazały wyniki badań, istotny jest również materiał formy, w której krzepnie zawiesina kompozytowa. W artykule przedstawiono wyniki obserwacji procesu krzepnięcia kompozytu o zbrojeniu heterofazowym (AK12/SiC+C). Zawiesinę kompozytową odlewano do formy grafitowej i formy piaskowej. W trakcie badań rejestrowano temperaturę i czas krzepnięcia kompozytów oraz temperaturę formy. Do rejestracji zmian zachodzących podczas krzepnięcia zawiesin kompozytowych wykorzystano system fotometryczny ThermaCAM TM E25. Pokazano krzywe krzepnięcia uzyskane dla kompozytów oraz rozkład temperatury na ściankach form, zarejestrowany dla początku i końca krzepnięcia kompozytu. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono istotny wpływ materiału formy na rozmieszczenie heterofazowego zbrojenia w osnowie.

EN

The problems on solidification of castings are the last stage of composite suspensions production. A description and understanding of the phenomena that accompany those processes allows the forming of a varied structure of the materials produced, which strictly determines the properties of the final product. The process of forming the structure in the time of solidification of the composite cast is depending on many factors, first of all on the size and volume fraction of the reinforcing phases as well as on the kind and the properties of the using reinforcement. The results of examination shown that material of the mould in which composite suspension is solidification is also important. In the article the observation result of solidification process of AK12/ SiC+C heterophase composite are presented. The composite suspension was cast into the graphite and sand mould. In the research the temperature and time of composite solidification and temperature of mould have been register. The ThermaCAM TM E25 system for changing registered in the time of composite solidification has been used. Gotten curves of composite solidification were analysed. The profile of the temperature on the walls of moulds, recorded for the start and the finish of composite solidification were presented. On the basis of gotten results, the essential influence of material of the mould on the distribution of heterophase reinforcements in the matrix have been stated.