Odporność na szoki cieplne odlewanych materiałów kompozytowych

• Autorzy: Sobczak J. , Sobczak N. , Darłak P. , Rudnik D. , Sławiński Z. , Asthana R. , Rohatgi P.

Warianty tytułu

EN

The termal shock resistance of cast composite materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Odporność na szoki cieplne monolitycznych stopów Al oraz kompozytów na ich osnowie, zawierających grafit, węglik krzemu, cząsteczki popiołów lotnych z elektrowni węglowych oraz krótkie włókna Al2O3 (Saffil) określono poprzez pomiar całkowitej długości mikropeknięć w funkcji ilości cykli cieplnych (1000 do 5000 cykli) przy amplitudzie zmian temperatury wynoszącej 270 K. Podczas każdego cyklu próbki badawcze nagrzewano do temperatury 375°C, chłodzono w wodzie i stabilizowano na powietrzu. Próbki do badań wykonano odlewaniem grawitacyjnym do kokili i metodą prasowania w stanie ciekłym (squeeze casting); niektóre obrabiano cieplnie (T6). We wszystkich próbkach całkowita długość pęknięć wzrastała wraz ze wzrostem ilości cykli cieplnych. Najlepszą odporność na szoki cieplne wykazały kompozyty Al+włókna krótkie Al2O3 i Al+popioły lotne (ALFAŽ), otrzymane metodą prasowania w stanie ciekłym. Pośród odlewów monolitycznych lepszą odporność na szoki cieplne wykazał stop A112SiCuNiMg niż stopy Al25Si i AI20SiNi. Zaproponowano koncepcje propagacji pęknięć w stopach i kompozytach poddanych szokom cieplnym. Biorąc pod uwagę podstawowe właściwości materiałów, wykonano przybliżone obliczenia odporności na szoki cieplne, które wykazały zgodność obserwacji z eksperymentem.

EN

The thermal shock resistance of monolithic Al alloys and Al-matrix composites containing graphite, silicon carbide, fly ash particulates, and short alumina (Saffil) fibers was characterized by measuring the total length of microcracks as a function of number of thermal cycles (1,000 to 5,000 cycles) of 270 K amplitude. During each cycle (Fig. 1), the test specimens were heated and stabilized in air at 375°C, water quenched, and air stabilized (Fig. 2). The test specimen were fabricated using gravity casting in permanent molds and by squeeze casting, followed by heat treatment (T6) prior to thermal cycling. In all specimens, the total crack length increased with increasing number of thermal cycles (Fig. 3). Squeeze cast Al-alumina and Al-fly ash composites (ALFAŽ) exhibited the best thermal shock resistance (Fig. 4). Among monolithic alloys, squeeze cast Al12SiCuNiMg alloy exhibited better resistance to cracking than A125Si and A120SiNi alloys. Conceptual schemes are proposed for crack propagation behaviors in alloys and composites under thermal cycling conditions. Approximate calculations for the thermal shock resistance of composites based on fundamental material properties are found to be consistent with the experimental observations (Fig. 5).

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; szok cieplny; badania eksperymentalne

EN

composites; thermal shock; investigation results

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2001
• Tom: R. 1, nr 2
• Strony: 219--223
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., wykr., rys.

Twórcy

autor

Sobczak J.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Sobczak N.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Darłak P.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

autor

Rudnik D.

• Instytut Transportu Samochodowego, ul. Jagiellońska 80, 03-301 Warszawa

autor

Sławiński Z.

• Politechnika Lubelska, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin

autor

Asthana R.

• University of Wisconsin-Stout, Menomonie, WI 54751

autor

Rohatgi P.

• University of Wisconsin-Milwaukee, Milwaukee, WI 53201

Bibliografia

• [1] Petrasek D.W., Signorelli R.A., Ceram. Eng. Sci. Proc. 1981, 7-8, 739.
• [2] Yoda S., Takahashi R., Wakashima K., Umekawa S., Metall. Trans. 1979, 10A, 1796.
• [3] Grimes H.H., Lad R.A., Masial J.E., Metall. Trans. 1977, 8A, 1999.
• [4] Misra A.K., Scripta Metall. et Mater. 1993, 28, 1189.
• [5] Kim W.H., Koczak M.J., Lawley A., (in:) New Developments and Applications in Composites, eds. D. Kuhlmann-Wilsdorf and W.C. Harrigan, Jr., TMS of AIME 1979, 40.
• [6] Patterson W.G., Taya M., Proceedings of International Conference on Composite Materials (ICCM-V), eds. W.C. Harrigan, Jr., et al., TMS of AIME 1985, 53.
• [7] Hennig W., Meltzer C., Mielke S., Keramische Gradienenwerkstoffe für Komponenten in Verbrennungsmotoren, Metall. 1992, 5, 46, 436-439.
• [8] Sobczak J., Transactions of Foundry Research Institute (Special Issue), Krakow 1993, 415, 300.
• [9] Ledbetter H.M., Austin M.W., Mater. Sci. Eng. 1987, 89, 53.
• [10] Nakanishi M., Nishida Y., Matsubara H., Yamada M., Tozawa Y., J. Mater. Sci. Lett. 1990, 9, 470.
• [11] Sobczak N., Sobczak J., Rohatgi P.K., Proceedings of ECOMAP-98 (Nov 1998), Kyoto, Japan, High-Temperature Society of Japan, 195.
• [12].Turner P.S., J. Res. NBS 1946, 37, 239.