The abrasion of Al-Si coatings with different silicon crystal morphology, applied in automotive silencers

• Autorzy: Wróbel-Knysak A. , Kucharska B.

Warianty tytułu

PL

Ścieralność powłok Al-Si o różnej morfologii kryształów krzemu stosowanych w tłumikach samochodowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper compares the abrasibility of aluminium-silicon coatings with silicon crystals of various forms. The tests were performed on Al-Si coatings with the chemical composition corresponding to that of hypoeutectic and peritectic silumins (6-10wt% Si), manufactured by hot-dipping on type X2CrTi12 steel and by cold cladding with 60% cold reduction on AlMn1Cu alloy. The hot-dip coatings deposited on X2CrTi12 steel were investigated as made and after a two-stage heat treatment: 420^oC/2h/water and 120^oC/2h/air. The morphology, shape, and size of silicon crystals in the coatings were studied under a microscope and with the image analysis technique (determining the shape factor among other parameters). Image analysis was also applied to the evaluation of abrasive wear resistance of the coatings using a ball wear test. Their adhesion strength was tested with the scratch test method. The test results indicated that the change in Al-Si coating silicon crystal morphology (from large sharp edged and needle-like to smaller rounded particles) was heat induced, which, compared to the pre-treatment condition, lowered abrasion resistance values and produced a more uniform abrasion loss. This condition was regarded as more desirable in terms of maintaining the coating continuity during drawing, with no risk of spalling. It was also demonstrated that clad Al-Si coatings could provide an alternative solution for the widely used hot dip coatings on steel sheet.

PL

W pracy dokonano porównania ścieralności powłok aluminiowo krzemowych o zróżnicowanej formie kryształów krzemu. Badano powłoki Al-Si, o składzie chemicznym odpowiadającym gatunkom siluminów pod- i około eutektycznych (6–10% Si) wykonane metodą ogniową na stali X2CrTi12 oraz poprzez platerowanie na zimno z 60% stopniem zgniotu na stopie AlMn1Cu. Powłoki ogniowe na stali X2CrTi12 badano w stanie po otrzymaniu oraz po dwuetapowej obróbce cieplnej: 420^oC/2h/woda i 120^oC/2h/powietrze. W pracy dokonano oceny morfologii, kształtu i rozmiarów kryształów krzemu w powłokach metodą mikroskopową z użyciem komputerowej analizy obrazu (wyznaczając m.in. współczynnik kształtu). Analizę obrazu zastosowano również do oceny odporności na zużycie ścierne powłok przeprowadzonej kulotesterem. Dodatkowo badano ich adhezję metodą zarysowania. W wyniku badań stwierdzono, że zmiana morfologii kryształów krzemu w powłokach Al-Si spowodowana obróbką cieplną (z dużych ostrokrawędziowych i iglastych na mniejsze i o wyoblonych kształtach) spowodowała obniżenie ich odporności na ścieranie w stosunku do stanu przed obróbką, przy jednoczesnym bardziej równomiernym ścieraniu się powłok. Stan taki uznano za korzystniejszy z punktu widzenia zachowania ciągłości powłok podczas tłoczenia, bez ryzyka powstawania wykruszeń. Wykazano ponadto, że powłoki platerowane stopem Al-Si mogą stanowić alternatywę dla produkcji detali układów wydechowych w miejsce obecnie stosowanych powłok ogniowych na blachach ze stali.

Słowa kluczowe

EN

abrasibility; Al-Si coatings; hot-dip; cold clad plated coatings; exhaust system

PL

ścieralność; powłoki Al-Si; powłoki ogniowe; powłoki platerowane; samochodowe układy wydechowe

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 5
• Strony: 209--218
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Wróbel-Knysak A.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Kucharska B.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa, Poland

Bibliografia

• 1. Wróbel-Knysak A.: Zwiększenie trwałości eksploatacyjnej ochronnych powłok Al-Si stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym, Praca doktorska, Politechnika Częstochowska, 2012.
• 2. Wróbel-Knysak A., Kucharska B., Nitkiewicz Z., Lacki P.: Podatność powłok Al-Si do głębokiego tłoczenia, Hutnik – Wiadomości Hutnicze, t. 79, nr 12, 2012, s. 943-945.
• 3. Ozimina D.: Eksploatacja systemów tribologicznych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2013.
• 4. Ozimina D.: Przeciwzużyciowe warstwy wierzchnie w układach tribologicznych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2002.
• 5. Kondratiuk J., Kuhn P.: Tribological investigation on friction and wear behaviour of coatings for hot sheet metal forming, Wear, vol. 270, 2011, s. 839-849.
• 6. Bąkowski A., Radziszewski L.: Determining selected diesel engine combustion descriptors based on the analysis of the coefficient of variation of in-chamber pressure, Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences, 63(2), 2015, s. 456-464.
• 7. Żaba K.: The influence of annealing temperature and time on the structure and features of the Al-Si coatings on steel sheets, purposed for pressured welded pipes applied in exhaust systems, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 9, nr 2, 2009, s. 145-152.
• 8. Miller W.S., Zhuang L., Bottema J.: Recent developmend in aluminium alloys for the automotive industry, Materials Science and Engineering, A 280, 2000, s. 37-49.
• 9. Grydin O., Gerstein G., Nürnberger F., Schaper M., Danchenko V.: Twin-roll casting of aluminum–steel clad strips, Journal of Manufacturing Processes, vol. 15, no. 4, 2013, s. 501-507.
• 10. Szymański W., Lech-Grega M., Kłyszewski A.: Otrzymywanie warstwowych taśm ze stopów aluminiowych z przeznaczeniem na wymienniki cieplne, Rudy i Metale Nieżelazne, R. 43 nr 11, 1998, s. 662-665.
• 11. Ryu J.S., Kim M.S., Jung D.: Brazeability of cold rolled three layer Al–7.5Si/Al–1.2Mn–2Zn–(0.04–1.0)Si/Al–7.5Si (wt.%) clad sheets, Journal of Materials Processing Technology, vol. 130-131, 2002, s. 240-244.
• 12. Movahedi M., Madaah-Hosseini H.R., Kokabi A.H.: The influence of roll bonding parameters on the bond strength of Al-3003/Zn soldering sheets, Materials Science and Engineering, A 487, 2008, s. 417-423.
• 13. Betiuk M., Pokorska I., Nakonieczny A.: Zastosowanie metody rysy i kulotestera do oceny jakości powłok PVD, Inżynieria Powierzchni, nr 3, 2009, s. 34-40.
• 14. Kucharska B., Wróbel A.: The effect of the T6 heat treatment on the surface structure and oxide layer of an Al-Si coat, Optica Applicata, vol. 39, no. 4, 2009, s. 889-896.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.