Termofizyczny dobór komponentów w odlewanych kompozytach dyspersyjnch

• Autorzy: Cholewa M.

Warianty tytułu

EN

Thermo-physical selection of components for dispersion cast composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono sposób oceny wpływu parametrów termofizycznych na kinetyczne czynniki kształtujące strukturę osnowy kompozytu. Zaproponowano metodykę postępowania przy ocenie termotizycznego dopasowania komponentów. Przedstawiono zależności temperatury, gradientu temperatury oraz pochodnej z temperatury po czasie w bezpośrednim otoczeniu cząstek zbrojących (rys. 1). Na rysunku 2 pokazano graficzne sposoby interpretacji wyników analiz symulacyjnych służących poprawnemu doborowi komponentów pod względem sterowania procesem krzepnięcia i krystalizacji kompozytowego odlewu. Badania swym zakresem obejmują płaskie kwadratowe wirtualne modele i jednokierunkowy ruch ciepła przy skrajnie zróżnicowanych właściwościach cieplnych komponentów i zróżnicowaniu temperatury początkowej komponentów (Tz > Tv lub Tp > Tm). W wyniku badań opracowano metodykę postępowania przy doborze termofizycznych cech komponentów. Procedura może także uwzględniać statystyczny kształt cząstek uzyskanych poprzez ilościową analizę i ich morfologiczny opis za pomocą modułu morfologicznego. Wyznaczenie liczbowej wielkości niedopasowania komponentów odbywa się poprzez porównanie wybranych wielkości cieplnych: temperatury lub jej pochodnych w funkcji czasu i kierunku ciepła. Porównywane są obliczeniowe układy: kompozytowy z reprezentatywną cząstką zbrojącą i układ bez cząstki, czyli złożony z samej osnowy kompozytu. Cechą układu jest związek geometryczno termofizyczny komponentów i granicy przejścia, który kształtuje kinetykę ruchu ciepła. Na ich podstawie można prognozować właściwości strukturalne osnowy w otoczeniu cząstki na podstawie przykładowych zależności pokazanych na rysunkach 1e i f, będących ilorazem i iloczynem pochodnych temperatury po czasie i kierunku (dT/dt:dT/dl =f(t,l) [cm/s], dT/dl • dT/dt =f(t,l) [K2/(cm s)]).

EN

In presented work evaluation method for thermo-physical parameters influence on kinetic factors of composite matrix solidification is shown. A methodology has been proposed for thermo-physical matching evaluation of components. Relations of temperature, thermal gradient and temperature first derivative after time in close neighborhood of the reinforcing particle (Fig. 1). In Figure 2 the graphical way of simulation analysis results interpretation is shown which can be used for proper components selection in respect of solidification and crystallization process control. Studies concern flat virtual models and unidirectional heat flow with extremely different components thermal properties and its initial temperatures. As the results author obtained methodology of components thermo-physical properties selection. This procedure can also take into account statistical particles shape obtained in quantitive analysis and their description with use of morphology modulus. Evaluation of mismatch value for the components is realized by some thermal quantities comparison: temperature and its derivatives after time and heat flow direction. Compared are the calculation systems with and without (containing only the alloy matrix) the model of reinforcing particle. One of the features of the system is geometrical and thermo-physical relation between the components and interface, which models the heat flow kinetics. On this basis the structural properties of the matrix can be forecast in the particle neighborhood.

Słowa kluczowe

PL

odlewnictwo; odlewy kompozytowe; krzepnięcie; krzepnięcie odlewu; symulacja

EN

casting; composite; solidification; simulation

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 4
• Strony: 82--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Cholewa M.

• Politechnika Ślaska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Zakład Odlewnictwa, ul. Towarowa 7, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Rutter J.W., Chalmers B., Canadian Journal of Physics 1953, 31.
• [2] Tiler W.A., Jackson K.A., Rutter J.W., Chalmers B., Acta Metall. 1953, 1, 428.
• [3] Kac A.M., Pribliżonnyj rasczot dendtrytnogo strojenija otliwki, Lit. Proizw. 1980, 7, 2.
• [4] Ma D., Sam P.R., Erstarrungsmodell für den Primurabstand von Hellen und Dendriten, Giesserei-Forschung 1992, 44, 2, 80.
• [5] Miyata Y., Suzuki T., Uno J., Cellular and Dendritic Growth - cz. I i II, Metall. Trans. 1985, 16A, 1799.
• [6] www.mse.mtu.edu.aluminium-silicon alloy castings.
• [7] Brown S., Spittle J.A., Janes J.D., The mould filling and solidification of a complex foundry casting, J.O.M. 2002.
• [8] Mollard F., Flemings M., Transactions of the Metallurgical Society of AIME 1967, 239, 1526.
• [9] Liu J., Zhan Y., Shang B., Lamellar eutectic stable growth - I. Modeling, Acta Metall. Mater. 1990, 38, 1625.
• [10] Kurtz W., Fisher D.J., Acta Metall. 1980, 28, 777.
• [11] Khan S., Eliot R., Solidification kinetics of the unmodified aluminum - silicon flake structure, Acta Metall. Mater. 1993, 41, 2433.
• [12] Khan S., Ourdjini A., Eliot R., Interflake spacing - growth velocity relationship in Al-Si and AL-CuAl2 eutectic alloys, Mater. Sci. Technol. 1992, 8, 516.
• [13] Burden M.H., Hunt J.D., Cellular and dendritic growth II, J. Cryst. Growth Trans. 1974, 22, 109.
• [14] Flemings M., Solidification processing, Met. Trans., Mc Graw-Hill Book Co., New York 1974.
• [15] Fraś E., Krzepnięcie metali i stopów, WN PWN, Warszawa 1992.
• [16] Kurz W., Fisher D.J., Fundamentals solidification, Trans. Tech. Publ., Paris 1984.
• [17] Toluoi B., Hellawell A., Phase separation and undercooling in Al-Si eutectic alloy the influence of freezing rate and temperature gradient, Acta Metall., 1976, 24, 565.
• [18] Cholewa M., Korelacje między cieplno-geometrycznymi właściwościami zbrojenia w kompozytach dyspersyjnych, KMiS PAN, Katowice 2000, 2, 44, 57-64.
• [19] Cholewa M., Wybrane właściwości kompozytu zbrojonego cząstkami w funkcji morfologii zbrojenia, KMiS PAN, Katowice 2000, 2, 44, 65-70.
• [20] Cholewa M., Gawroński J., Związek geometrycznych cech komponentów wzmacniających z technologicznymi i eksploatacyjnymi właściwościami kompozytów odlewanych, KMiS PAN, Katowice 2000, 2, 44, 71.
• [21] Cholewa M., Szczególny przypadek krzepnięcia odlewanego kompozytu zbrojonego cząstkami, 12 IScC AMME 03, Gliwice 2003, 147.
• [22] Braszczyński J., Zyska A., Analysis of the influence of ceramics particles on the solidification process of metal matrix composites, Elsevier, Materials Science and Engineering A 2000, 278, 185.