Ocena mikrostruktury oraz właściwości wytrzymałościowe kompozytów Al7,9Mg/SiC otrzymywanych metodą Kobo

• Autorzy: Woźniak J. , Kostecki M. , Broniszewski K. , Bochniak W. , Olszyna A.

Warianty tytułu

EN

Evaluation of microstructure and mechanical properties of Al7, 9Mg/SiC composites obtained by Kobo method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Od wielu lat stopy aluminium są wykorzystywane w przemyśle jako materiał do wytwarzania elementów konstrukcji oraz części maszyn. W niskiej temperaturze (mniejszej niż 180°C) materiały te charakteryzują się stosunkowo wysoką wytrzymałością właściwą. Wzrost temperatury powoduje gwałtowny spadek właściwości wytrzymałościowych, co w znacznym stopniu ogranicza możliwości aplikacyjne stopów aluminium. Obniżenie właściwości wytrzymałościowych w podwyższonej temperaturze sprawiło, że rozpoczęto poszukiwania sposobu modyfikacji właściwości tych materiałów. Jedną z najczęściej wykorzystywanych metod zwiększenia właściwości wytrzymałościowych oraz temperatury eksploatacji jest wytwarzanie kompozytów na osnowie stopów aluminium umacnianych cząstkami ceramicznymi, np. Al2O3, SiC. W pracy wytworzono kompozyty na osnowie stopu Al7,9Mg o różnym udziale objętościowym (0; 2,5; 5; 7,5; 10) cząstek węglika krzemu. Komponenty proszkowe były konsolidowane z pominięciem etapu spiekania przez zastosowanie współbieżnego wyciskania z rewersyjnie rotującą matrycą (metoda KoBo). Fragmenty wyprasek pozostałe po procesie wyciskania „piętki” posłużyły do analizy poszczególnych etapów kształtowania się mikrostruktury kompozytów wytwarzanych zaproponowaną metodą. Wyniki analizy przedstawiono na rysunkach 2 i 4. Obserwacje mikrostruktury przeprowadzono również na gotowych materiałach na przekroju poprzecznym i wzdłużnym do kierunku wyciskania. Przeprowadzono również analizę ilościową aglomeratów cząstek SiC. Średnia średnica równoważna aglomeratów cząstek węglika krzemu wyniósł około 10 μm. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 1. Na wytworzonych kompozytach przeprowadzono także badania podstawowych właściwości fizycznych i mechanicznych. Materiały charakteryzowały się dużą gęstością względną bliską 100% oraz twardością wynoszącą ponad 105 HV (wyniki przedstawiono na rysunku 7). Dodatkowo przeprowadzono badania modułu Younga metodą ultradźwiękową dla wszystkich otrzymanych materiałów.

EN

For many years, aluminum alloys were used in industry as a material for the manufacturing of structural elements and machines parts. At low temperature (less than 180°C) that materials are characterized by relatively high specific strength. The increase in temperature causes a rapid decrease in strength properties, which significantly limits the aluminum alloys application. Low mechanical properties at elevated temperature were purpose for searching new solutions for a modification of those materials properties. One of the most widely used method for increasing the strength properties and the service temperature is the production of aluminum alloys matrix composites reinforced with ceramic particles such as Al2O3 or SiC. In the present work Al7,9Mg matrix composites with various volume fraction (0, 2.5, 5, 7.5, 10%) of silicon carbide particles were prepared. Powder components were consolidated without sintering stage by applying the direct extrusion with reversibly rotating die (KoBo method). Fragments of billets remained after extrusion “butt” were used to analyze the various stages of microstructure formation of the composites produced by the proposed method. The results of analysis are shown in Figures 2 and 4. Observations of the microstructure on finished materials in transverse and longitudinal to the extrusion direction sections were also conducted. Additionally a quantitative analysis of SiC particles agglomerates was determined. The average size of silicon carbide agglomerates was about 10 μm, the results shown in Table 1. The basic physical and mechanical properties of produced composites were also executed. The materials were characterized by high relative density close to 100% and hardness higher than 105 HV (results shown in Figure 7). Additionally for all received materials the Young modulus using an Optel ultrasonic refractometer was measured.

Słowa kluczowe

PL

stopy aluminium; ekstruzja; kompozyty metal-ceramika; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

EN

aluminum alloys; extrusion; metal-ceramic composites; microstructure; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 646--650
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Woźniak J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Kostecki M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Broniszewski K.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Bochniak W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Metali Nieżelaznych

autor

Olszyna A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Michna Š., Lukáč I., Louda P. et al.: Aluminium materials and technologies from A to Z. Adin, s. r. o., Prešov (2007).
• [2] Chawla N., Chawla K. K.: Metal-matrix composites in ground transportation. JOM, November 58 (2006) 67.
• [3] Kunze J. M., Bampton C. C.: Challenges to developing and producing MMCs for space applications. JOM, April 6 (2001) 22.
• [4] Wożniak J., Kostecki M., Bochniak W., Olszyna A.: Al/SiC composites produced by direct extrusion using the KOBO method. Inżynieria Materiałowa 3 (175) (2010) 453÷456.
• [5] Kostecki M., Bochniak W., Olszyna A.: Otrzymywanie kompozytów Cu/Al2O3 metodą współbieżnego wyciskania KOBO. Kompozyty 4 (2006) 29÷34.
• [6] Korbel A., Bochniak W.: U.S. Patent no 5,737,959 (1997).
• [7] Bochniak W., Korbel A.: Plastic flow of aluminium extruded undercomplex conditions. Mater. Sci. Tech. Ser 16 (2000) 2881.
• [8] Bochniak W., Ostachowski P., Korbel A., Piela K.: Superplastic flow of metals extruded by KoBo method. Mater. Sci. Forum 667-669 (2011) 1039÷1044.
• [9] Korbel A., Bochniak W., Ostachowski P., Blaz L.: Visco-plastic flow of metal in dynamic conditions of complex strain scheme. Metall. Mater. Trans. A 42 (9) (2011) 2881÷2897.
• [10] Korbel A., Pospiech J., Bochniak W., Tarasek A., Ostachowski P., Bonarski J.: New structural and mechanical features of hexagonal materials after room temperature extrusion using the KoBo metod. Int. J. Mat. Res. 102 (2011) 4.
• [11] Korbel A., Szyndler R.: Innowacyjne rozwiązania W obszarze obróbki plastycznej - udział polskiej myśli technicznej. Obróbka Plastyczna Metali XXI (3) (2010) 203.
• [12] Ostachowski P., Korbel A., Bochniak W., Łagoda M.: Własności mechaniczne drutów aluminiowych otrzymanych metodą KoBo. Rudy Metale 11 (54) (2009) 707.
• [13] Vdovychenko O. V., Voropaev V. S., Slipenyuk A. N.: Effect of microstructure on Young”s modulus of extruded Al-SiC composites studied by resonant ultrasound spectroscopy. J. Mater. Sci. 41 (2006) 8329÷8338.
• [14] Lewandowski J. J., Liu C., Hunt W. H.: Microstructural effects on fracture of SiC particulate reinforced 7XXX aluminum alloys. [w:] P. Kumar, K. Vedula (eds.), Processing and Properties of Powder Metallurgy Composites, TMS-AIME, Warrendale, Pa (1987) 117.
• [15] Bhanu Prasad V. V., Bhat B. V. R., Mahajan Y. R., Ramakrishnan P.: Structure property correlation in discontinuously reinforced aluminium matrix composites as a function of relative particle size ratio. Mater. Sci. Eng. A337 (2002) 179÷186.
• [16] Yoshimura H. N., Goncalves M., Goldenstein H.: The effect of SiCp clusters and porosity on the mechanical properties of PM Al matrix composites. Trans Tech Publications, Key Engineering Materials 127-131 (1997) 985.
• [17] Bhanu Prasad V. V., Bhat B. V. R., Ramakrishnan P., Mahajan Y. R.: Clustering probability maps for private metal matrix composites. Scripta Mater. 43 (2000) 835÷840.