Właściwości tribologiczne heterofazowych aluminiowych odlewów kompozytowych zawierających węgliki chromu i tytanu

• Autorzy: Dolata-Grosz A. , Wieczorek J.

Warianty tytułu

EN

Tribological properties of heterophases aluminium cast composites containing chromium and titanium carbides

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości tribologicznych (współczynnik tarcia, zużycie) pary ciernej żeliwo-kompozyt. Badaniom poddano kompozyty heterofazowe zawierające węgliki chromu (Cr3C2) i tytanu (TiC). Na osnowę wytwarzanych kompozytów zastosowano stop aluminium z magnezem AlMg10. Fazy zbrojące w postaci mieszaniny proszku kompozytowego typu NiCr-Cr3C2-TiC, stosowane w procesie technologicznym jako nośnik umocnienia, otrzymano w procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS). Do wytworzenia wlewków kompozytowych typu AlMg10/NiCr-Cr3C2-TlC, stanowiących półwyrób w przyjętym procesie technologicznym, zastosowano metodę mechanicznego mieszania zawiesiny kompozytowej, którą przeprowadzono w temperaturze 720°C. Uzyskane odlewy charakteryzowały się złożoną strukturą faz o różnej morfologii i składzie chemicznym. Metodą odlewania odśrodkowego z pionową osią wirowania ukształtowano tuleje, z których pobrano próbki w postaci pierścieni z przeznaczeniem do badań tribologicznych. Dla wytworzonych kompozytów wykonano pomiar twardości metodą Brinella. Badania pary kompozyt-żeliwo przeprowadzono w warunkach tarcia technicznie suchego, wykorzystując tester tribologiczny T-01 typu tarcza-trzpień. Tarcze stanowił kompozyt odlany odśrodkowo, partnerem tarcia zaś żeliwny trzpień. Wyniki uzyskane w badaniach tribologicznych pozwalają stwierdzić, że na wartość współczynnika tarcia pary kompozyt-żeliwo nie wpływa ilość stosowanego zbrojenia. Udział objętościowy stosowanego umocnienia wpływa natomiast na poziom zużycia partnera tarcia, czyli żeliwa. Wykonane badania dowodzą słuszności stosowania metody odlewania odśrodkowego zawiesin kompozytowych, która umożliwia wytwarzanie odlewów warstwowych przeznaczonych do pracy w warunkach tribologicznych.

EN

The application of heterophase reinforcement is a solution which enables the broadening of the possibilities of designing the tribological properties of friction couples. The appropriate choice of components such as matrix and reinforcing phases allows us to limit the wear of the elements of frictional couple and to gain the stability of friction coefficient. This article presents the research results on tribological properties (friction coefficient, wear) of the frictional couple cast iron-composite. The subject of that research was heterophase composites containing chromium carbides (Cr3C2) and titanium carbides (TiC). The aluminium-magnesium alloy (AlMg10) was used as a matrix of the produced composites. The result of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) were the reinforcing phases such as mixture of composite powder like NiCr-Cr3C2-TiC used in technological process as a consolidation carrier. The structure and phase composition of the composite powder used in modification of aluminium alloy is shown in Figure 1. The method of mechanical stirring of composite suspended matter conducted in 720°C was used to produce AlMg10/NiCr-Cr3C2-TiC composite ingot being a semi-finished product in the applied technological process. The obtained castings were characterized by complex phase structure of different morphology and chemical composition (Fig. 3). The sleeves that were formed using the centrifugal casting method, with vertical axis, were used for further tribological research. Tribological investigations of cast iron - composite couple were carried out under technically dry friction on a T-01 pin-on-disk tester. The centrifugal cast composite constituted the disc; the friction partner was the cast iron pin. The device's diagram used in tribological examinations is presented in Figure 2. The process of wear and changes of friction coefficient in the path function is presented in histograms as an absolute mass decrement of composite and the cooperating cast iron respectively (Figs. 4, 6, 8). The created composites were measured with Brinell hardness method and the results were presented in the form of diagram, shown in Figure 9. The results obtained during tribological examinations allow us to state that the amount of used reinforcement does not influence the value of friction coefficient composite - cast iron couple. Volume fraction of the applied reinforcement influences the level of friction partner wear, that is the cast iron. All the conducted tests of the centrifugal casting method of composite suspended matters proved to be correct; it also enables creating layered castings used in tribological conditions.

Słowa kluczowe

PL

AMCs; zbrojenie heterofazowe; metody odlewnicze; właściwości tribologiczne

EN

AMCs; heterophase reinforcement; casting methods; tribological properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 3
• Strony: 26--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dolata-Grosz A.

autor

Wieczorek J.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

Bibliografia

• [1] Deuis R.L., Subramanianian C., Yellup J.M., Dry sliding wear of aluminium composites - a review, Composites Science and Technology 1997, 57, 415-435.
• [2] Zhang J., Alpas A.T., Wear regimes and transitions in Al2O3 particulate-reinforced aluminum alloys, Materials Science Engineering 1993, A 161, 273-284.
• [3] Wieczorek J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J., Właściwości tribologiczne kompozytowych materiałów o osnowie stopu aluminium AK12 zbrojonych cząstkami ceramicznymi, Kompozyty (Composites) 2002, 1, 2, 207-210.
• [4] Posmyk A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Reibungs - und Schmierungsverthalten von Aluminium - legierungen mit einem verstarkten Oberflachenbereich, Technische Akademie Esslingen, 12th International Collopuium, January 11-13 2000, Tribology 2000 - Plus.
• [5] Song J.I., Bae S.I., Ham K.C., Han K.S., Abrasive Wear Behavior of Hybrid Metal Matrix Composites, Key Eng. Mat. 2000, 183-187, 1267-1272.
• [6] Yoshimi Watanabe, Tatsuru Nakamura, Microstructures and wear resistances of hybrid Al-(A13Ti+A13Ni) FGMs fabricated by a centrifugal method, Intermetallics 2001, 9, 33-43.
• [7] KBN nr 3T08D02428: Kształtowanie funkcjonalnej, warstwowej struktury odlewów kompozytowych zawierających zbrojenie heterofazowe.
• [8] Myalski J., Wieczorek J., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Tribologiczne właściwości kompozytów zbrojonych mieszaniną cząstek ceramicznych i węgla szklistego, Inżynieria Materiałowa 2005, 3, 93-104.
• [9] Lakshmi S., Lu L., Gupta M., In situ preparation of TiB2 reinforced Al based composites, Journal of Materials Processing Technology 1998, 73, 160-166.
• [10] Fraś E., Janas A., Wierzbiński S., Kolbus A., Odlewane aluminiowe kompozyty in situ, umacniane węglikami tytanu, IV Międzynarodowa Konferencja Naukowa Zapewnienie jakości w odlewnictwie 2000, Krzepnięcie Metali i Stopów PAN, 2000, 2, 43, 167-176.
• [11] Zyska A., Braszczyńska-Malik K.N., Struktura kompozytów Al-(TiB2+Al2O3)p wytwarzanych metodami in situ, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 11, 236-240.
• [12] Formanek B., Szymański K., Szczucka-Lasota B., Bierska B., Kompozytowe proszki i natryskiwane cieplnie powłoki z osnową NiCr i fazami międzymetalicznymi, Inżynieria Materiałowa 2003, 6, 137, 412-416.
• [13] Formanek B., Szymański K., Szczucka-Lasota B., Structure of composite powders with Ni-Cr matrix and FeAl phases, carbides and aluminium oxide, Kompozyty (Composites) 2002, 5, 278-282.
• [14] He J., Ice M., Lavernia E.J., Synthesis and characterization of nanostructures Cr3C2-NiCr, Elsevier Science, Nanostructure Materials 1998, 10, 8, 1271-1283.
• [15] Schuster J.C., Du Y, Thermodynamic description of the system Ti-Cr-C, Calphad 1999, 23, 3, 393-408.
• [16] Dolata-Grosz A., Śleziona J., Formanek B., Aluminium matrix cast composite (AMCC) with hybrid reinforcement, Archives of Faundry 2005, 5, 15, 70-78.
• [17] Dolata-Grosz A., Formanek B., Śleziona J., Wieczorek J., Struktura heterofazowych aluminiowych odlewów kompozytowych zawierających węgliki chromu i tytanu, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 81-85.
• [18] Dolata-Grosz A., Formanek B., Śleziona J., Aluminium alloy reinforcement NiCr-Cr3C2-TiC Composites powder, 10th International Conferences Aluminium 2005, Kliczków, 12-14 October 2005, wydanie na CD.
• [19] Velgosova O., Besterci M., Influence of stain rate and temperature on fracture mechanism of dispersion strengthened Al-12Al4C3 system, Materials Letters 2003, 57, 4014-4017.