Wpływ rodzaju zbrojenia na rozszerzalność cieplną metalowych materiałów kompozytowych

• Autorzy: Łągiewka M. , Konopka Z. , Zyska A. , Nadolski M.

Warianty tytułu

EN

The influence of the reinforcement type on thermal expansion of metal matrix composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań rozszerzalności cieplnej kompozytów metalowych na osnowie stopu AlMg9. W celu przeprowadzenia badań wytworzono kompozyty zawierające zbrojenie w postaci ciętych włókien węglowych oraz cząstek grafitu. Stosowano włókna węglowe o długości 4 mm i średnicy 7 žm a średnia wielkości grafitu mieściła się w przedziale od 100 do 160 žm. Udziały objętościowe zbrojenia w kompozytach wynosiły odpowiednio 5, 10 i 20%. Odlewy kompozytowe wykonane zostały poprzez zasysanie uprzednio przygotowanej zawiesiny kompozytowej do rurek kwarcowych o średnicy 9 mm. Badania rozszerzalności cieplnej przeprowadzono za pomocą dylatometru automatycznego. Próbki do badań dylatometrycznych miały kształt walcowy o długości ok. 35 mm i średnicy 7 mm. W celu określenia stabilizacji wymiarowej próbki nagrzewano do temperatury 400°C z prędkością 1 K/s i następnie chłodzono do temperatury otoczenia z tą samą prędkością. Z zarejestrowanych zmian długości próbki wraz ze wzrostem temperatury wykreślono krzywe dylatometryczne. Na podstawie przebiegu krzywych dylatometrycznych określono zmiany wymiarowe próbek po cyklu nagrzewania i chłodzenia. Największym skróceniem próbek charakteryzował się stop osnowy - skrócenie próbki wynosi 0,046 mm, najmniejszym kompozyt zawierający 20% cząstek grafitu, w którym w ogóle nie zaobserwowano zmian wymiarowych. Następnie obliczono chwilowe współczynniki liniowej rozszerzalności cieplnej badanych materiałów ze wzoru (1). Wyniki badań pokazują, że współczynnik rozszerzalności cieplej w badanych kompozytach jest wyższy niż dla stopu osnowy. Dla kompozytów zawierających cząstki grafitu różnice te nie są aż tak znaczące, natomiast dla kompozytów z krótkimi włóknami węglowymi współczynniki rozszerzalności cieplnej przyjmują znacznie wyższe wartości. Przyczyną tego zjawiska może być mikroporowatość odlewów kompozytowych, której podczas wytwarzania zawiesin kompozytowych bardzo trudno uniknąć. Inną przyczyną może być również brak połączeń adhezyjnych pomiędzy osnową a zbrojeniem w badanych kompozytach. Z przeprowadzonych badań jednoznacznie wynika, że wprowadzenie do stopu osnowy zbrojenia w postaci cząstek grafitu powoduje stabilizację wymiarową odlewów, natomiast wprowadzenie krótkich włókien węglowych poprawia stabilizację wymiarową stopu osnowy jednak w dużo mniejszym stopniu niż cząstki grafitu.

EN

The examination results concerning thermal expansion of AlMg9 alloy matrix composites have been presented in the work. Composites reinforced with chopped carbon fibre or graphite particles have been produced for experimental purpose. The length and the diameter of the applied carbon fibre has been equal to 4 mm and 7 žm, respectively, while graphite particles has been of 100-160 žm average size. The volume percentage of the reinforcement has been selected to be 5, 10, or 20%. The composite castings have been produced by suction of beforehand prepared composite suspension into silica pipes of 9 mm diameter. The examination of thermal expansion has been held by means of an automatic dilatometer. The examined cylindrical specimens have the length of about 35 mm and 7 mm diameter. Specimens have been heated up to 400°C at the rate of 1K/s and then cooled to the ambient temperature at the same rate to determine their dimensional changes. The recorded changes of length against temperature have been presented in the form of dilatometric curves, which in turn have enabled to determine dimensional changes after heating and cooling cycle. The greatest shortening of specimens - 0.046 mm - has been observed for pure matrix alloy, the least one has been recorded for composite with 20% of graphite, which has revealed no dimensional changes at all. Then the instantaneous coefficients of thermal expansion have been calculated according to Formula 1. The results of examinations show that the coefficient of thermal expansion is greater for composites than for matrix alloy. The differences are of minor significance for composites containing graphite particles, but for composites with carbon fibre the coefficient of thermal expansion reaches much greater values. The reason of this phenomenon can be the microporosity of composite castings, which is difficult to avoid during production of composite suspension. Another reason can be also the lack of adhesive bond between the matrix and the reinforcement in the examined composites. The performed tests allow for undoubted conclusion that introducing particulate graphite reinforcement into the matrix alloy results in the dimensional stability of castings, while introducing chopped carbon fibre, though improves the dimensional stability, nevertheless to the significantly less degree than graphite particles.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; rozszerzalność cieplna; współczynnik rozszerzalności cieplnej; stop aluminium

EN

composite; thermal expansion; coefficient of thermal expansion; aluminium alloy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 380--383
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łągiewka M.

autor

Konopka Z.

autor

Zyska A.

autor

Nadolski M.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Katedra Odlewnictwa al. Armii Krajowej 19, 42-200 Częstochowa,

Bibliografia

• [1] Poniewierski Z., Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów, WNT, Warszawa 1986.
• [2] Górny Z., Odlewnicze stopy metali nieżelaznych, WNT, Warszawa 1992.
• [3] Konopka Z., Cisowska M., Rachwalik A., Rozszerzalność cieplna kompozytów na osnowie stopu AlMg10 z cząstkami SiC i Cgr, Kompozyty (Composites) 2002, 2, 3 113-116.
• [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] Ziencik H., Rentgenowskie badanie składu fazowego, rozszerzalności cieplnej i zdrowienia stopu FeA116, Archiwum Nauki o Materiałach 1996, 17, 4.
• [6] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 1998.