Wpływ cząstek grafitu na rozszerzalność cieplną kompozytów metalowych AlSi6Cu4/grafit

• Autorzy: Mitko M.

Warianty tytułu

EN

The influence of graphite particles on thermal expansion of metal composites AlSi6Cu4/graphite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty metalowe zbrojone cząstkami grafitu syntetycznego wytworzono metodą mieszania i prasowania cząstek ze stopem odlewniczym AlSi6Cu4 (AK64) w stanie ciekło-stałym. Wytworzono kompozyty zawierające odpowiednio: 4, 8 i 12% objętościowych cząstek grafitu. W celach porównawczych wytworzono także tą metodą próbki ze stopu AK64, jednak bez dodawania grafitu. Przykładowe struktury otrzymanego w ten sposób materiału do badań pokazano na rysunku 1. Oznaczenie współczynnika cieplnej rozszerzalności liniowej przeprowadzono na dylatometrze optycznym LS-4. Cykl pomiarowy obejmował nagrzewanie próbek z temperatury 25 do 415°C, a następnie chłodzenie do temperatury 25°C z szybkością 180°C/h. Wyniki obliczeń średnich wartości współczynnika rozszerzalności liniowej uzyskane w procesie nagrzewania zestawiono na rysunku 2, a chłodzenia na rysunku 3. Zmianę wymiarów próbek po badaniach dylatometrycznych zestawiono w tabeli 1. Podczas nagrzewania pomiędzy 200 a 300°C następuje szybki wzrost współczynnika rozszerzalności cieplnej badanych kompozytów i stopu AK64 odpowiednio od 20--22 10(-6) K(-1) do 26--28 10(-6) K(-1). Przy dalszym nagrzewaniu do temperatury 415°C następuje obniżenie współczynnika rozszerzalności cieplnej do 25--27 10(-6) K(-1). Przy ochładzaniu próbek obniżanie współczynnika do 22--24 10(-6) K(-1) jest bardziej równomierne. Zwiększenie wymiarów po cyklu nagrzewania i chłodzenia jest znacznie większe dla próbek z kompozytów niż dla próbek wykonanych ze stopu użytego na osnowę. Rozszerzalność cieplna w porównaniu ze stopem osnowy jest tym mniejsza, im większy jest udział cząstek grafitu w kompozycie. Przy udziale 8--12% cząstek grafitu różnice te dochodzą do ponad 10%, a przy udziale 4% cząstek do 5%, co wskazuje na silne połączenie na granicy międzyfazowej cząstka-osnowa. Wzrost udziału cząstek grafitu korzystnie wpływa na właściwości eksploatacyjne kompozytów AlSi6Cu4/grafit w warunkach tarcia suchego nie tylko poprzez zmniejszenie zużycia ściernego i współczynnika tarcia, ale także w wyniku zmniejszenia rozszerzalności cieplnej kompozytu. Zwiększenie stabilizacji wymiarów, a także zmniejszenie naprężeń w czasie eksploatacji można uzyskać, przeprowadzając odpowiednią obróbkę cieplną elementów wykonanych z tego typu kompozytów, co w efekcie powinno wydłużyć ich czas eksploatacji.

EN

Metal composites reinforced with synthetic graphite particles have been obtained by squeeze casting of AlSi6Cu4 (AK64) cast alloy mixed with graphite particles. Composites containing 4, 8, and 12% (by volume) of graphite have been obtained. Also pure AlSi6Cu4 alloy (i.e. without graphite addition) has been squeeze cast for the purpose of comparison. Exemplary structures of such obtained materials have been shown in Figure 1. Determining of the coefficient of thermal expansion has been performed with use of the LS-4 optical dilatometer. Measuring cycle has covered heating of specimens from the temperature of 25 to 415°C and subsequent cooling back to 25"C, both with the rate of 180°C/h. Results of calculating average values of the coefficient of thermal expansion have been shown in Figure 2 for the data obtained on heating, and in Figure 3 for the data gathered during the cooling period. Dimensional changes of specimens after dilatometric examination have been presented in Table 1. A rapid growth in the coefficient of thermal expansion - from 20--22 10(-6) K(-1) to 26--28 10(-6) K(-1) - occurs during heating from 200 to 300°C both for examined composites and for AlSi6Cu4 alloy. Further heating to 415°C results in decreasing of the coefficient of thermal expansion to 25--27 10(-6) K(-1). During the cooling stage dropping of the coefficient of thermal expansion has more even character. The dimensional growth after the heating and cooling cycle is much larger for composite specimens than for the specimens of pure matrix alloy. Thermal expansion of composites as compared with with the value for matrix alloy is the smaller the greater is the graphite particles percentage in composite material. These differences exceed 10% at the graphite percentage of 8--12%, and reach 5% at the graphite content of 4%. This suggests the existence of strong bonding at the particle-matrix interface. The increase of graphite particles content is advantageous for the serviceability of AlSi6Cu4/graphite composites not only because of diminishing the frictional wear and the coefficient of friction, but also due to decreasing of thermal expansion of composite material. Improving the dimensional stability as well as decreasing working stresses can be achieved by employing a proper thermal treatment of elements made of such composites, which should result in prolonging their lifetime.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; stop; aluminium; cząstki grafitu; rozszerzalność cieplna

EN

composite; alloy; aluminium; graphite particles; thermal expansion

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 10
• Strony: 175--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mitko M.

• Politechnika Częstochowska, Katedra Odlewnictwa, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Wasilewski P., Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości, Krzepnięcie Metali i Stopów (Solidification of Metals And Alloys), Monografia 21, PAN, Katowice 1993.
• [2] Podrzucki C., Żeliwo - struktura, właściwości zastosowanie, T. 1 i 2, Wydawnictwo ZG STOP, Kraków 1991.
• [3] Tomczyński S., Mitko M., Analiza porównawcza zużycia ściernego kompozytów na bazie stopów aluminium, Acta Metallurgica Slovaca 2001, 7, 2/2, 343-347.
• [4] Kurzawa A., Kaczmar J.W., Janus A., Rozszerzalność cieplna materiałów kompozytowych na osnowie Al w podwyższonych temperaturach, Kompozyty (Composites) 2001, 1, 2, 167-170.
• [5] Konopka Z., Cisowska M., Rachwalik A., Rozszerzalność cieplna materiałów kompozytowych na osnowie stopu AlMg10 z cząstkami SiC i Cgr, Kompozyty (Composites) 2001, 2, 3, 113-116.
• [6] Mitko M., Rozszerzalność cieplna kompozytu stop AlSi6Cu412% - cząstek grafitu syntetycznego, Kompozyty (Composites) 2003, 3, 8, 376-379.
• [7] Mitko M., Tomczyński S., Morphology of the structure of AlSi6Cu4 alloy/synthetic graphite composites, 7th International Conference Technologia 2001, Volume II, Bratislava 11-12.9.2001, 528-531.