Influence of size of SiC particles on selected properties of aluminium-based composites obtained by extrusion of P/M compats

• Autorzy: Wojtaszek M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wielkości cząstek SiC na wybrane właściwości kompozytów na osnowie aluminium formowanych przez wyciskanie wyprasek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of investigations are presented, which are aimed at determining the effect of the size of SiC particles on selected properties of aluminium-based composites. As initial materials, atomized aluminium powder and silicon carbide powders of different particle size were applied. The scope of the research included the preparation of a matrix and composite material samples, as well as the determination of their selected properties. Powder metallurgy and plastic working technologies were applied to obtain the composite materials. The volume fraction of the reinforcing phase particles in the matrix was set constant at the level of 10%. All the samples were formed using the same parameters. The manufacturing process included the mixing of the components, cold compaction of the aluminium powder and mixtures as well as hot forward extrusion of the P/M compacts. Based on extrusion force measurements, it was shown that introducing smaller silicon carbide particles into the matrix resulted in the necessity to apply a higher load. For extruded materials, their relative density, hardness and abrasion resistance were determined. The results obtained from compression tests performed at room temperature and at 200°C allowed us to construct flow curves for the investigated materials. Microstructure examination was also performed. It was shown that application of the proposed forming technology results in obtaining products showing a relative density close to that of a solid material. The introduction of silicon carbide particles into the matrix caused an increase of true stresses at which deformation proceeded, regardless of the test temperature. In the case of compression of the samples performed at 200°C, the increase of stresses was observed as a result of a reduction of the reinforcing phase particles size in the matrix. In case of compression tests performed at room temperature, no unequivocal influence of particle size on the character of the obtained curves was observed. The realized microstructure examination revealed uniform distribution of SiC particles in the aluminium matrix. The particles were closely adherent to the matrix, and the metallographic specimens did not reveal any voids caused by particles falling out during specimen preparation. The comparative abrasion test showed that the introduction of 10% SiC particles into the matrix and increasing their size, with their volume fraction held constant, leads to lower abrasive wear of the investigated materials. Based on the obtained results, it was concluded that in the case of the given components and their forming technology, the introduction of particles into the matrix has a favourable effect, while their size influences individual properties differently. Therefore, the final selection of the proper size of silicon carbide particles applied as reinforcement in the aluminium matrix, should be based on the knowledge of the characteristic and working conditions of the composite product, as well as the expectations to be met.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań, których celem było określenie wpływu wielkości cząstek węglika krzemu na wybrane właściwości kompozytów na osnowie aluminium. W roli materiałów wyjściowych zastosowano rozpylany proszek aluminium oraz proszki węglika krzemu o różnej wielkości cząstek, odpowiednio SiC220, SiC400, SiC800. Zakres pracy objął wykonanie próbek tworzyw kompozytowych oraz określenie ich wybranych właściwości. Do formowania kompozytów wykorzystano technologie metalurgii proszków i przeróbki plastycznej. Przyjęto stały udział cząstek fazy umacniającej w osnowie, który wynosił 10% objętościowych, wszystkie próbki wykonano, stosując te same parametry ich formowania. Proces wytwarzania kompozytów objął mieszanie składników, prasowanie na zimno proszku aluminium i mieszanin oraz wyciskanie współbieżne na gorąco wyprasek. Na podstawie pomiarów siły koniecznej do wyciskania wykazano, że wprowadzenie do osnowy mniejszych cząstek węglika krzemu skutkowało koniecznością zastosowania większych sił. Dla wyciskanych tworzyw wyznaczono ich gęstość względną, twardość oraz odporność na zużycie ścierne. Na podstawie wyników z prób ściskania w temperaturze pokojowej oraz przy temperaturze 200°C opracowano krzywe umocnienia tworzyw, przeprowadzono również obserwacje ich mikrostruktury. Wyniki badań pozwalają na stwierdzenie, iż zastosowanie proponowanej technologii formowania kompozytów prowadzi do uzyskania wyrobów o gęstościach względnych zbliżonych do litego materiału. Wprowadzenie do osnowy cząstek węglika krzemu powodowało zwiększenie naprężeń rzeczywistych, przy którym przebiegało odkształcenie, niezależnie od temperatury badań. W wyniku ściskania próbek w temperaturze 200°C przyrost wartości naprężeń obserwowano w wyniku zmniejszenia wielkości cząstek fazy umacniającej w osnowie kompozytu, w przypadku prób prowadzonych w temperaturze pokojowej nie stwierdzono jednoznacznego wpływu wielkości cząstek na przebieg otrzymanych krzywych. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury ujawniły równomierne rozmieszczenie cząstek węglika krzemu w aluminiowej osnowie. Cząstki ściśle przylegały do osnowy, na zgładach nie zaobserwowano pustek powstałych w wyniku ich wypadania podczas przygotowywania zgładów metalograficznych. Porównawczy test odporności na zużycie ścierne wykazał, iż wprowadzenie do osnowy 10% cząstek węglika krzemu oraz zwiększenie ich wielkości przy niezmiennym udziale objętościowym prowadzi do obniżenia zużycia ściernego badanych tworzyw. W świetle przeprowadzonych badań można stwierdzić, że dla przyjętych do badań komponentów i zastosowanej technologii ich formowania wprowadzenie cząstek do osnowy powoduje korzystne rezultaty, natomiast ich wielkość ma różny wpływ na poszczególne właściwości. Dlatego ostateczny dobór korzystnej wielkości stosowanych do umocnienia aluminiowej osnowy cząstek węglika krzemu powinien być oparty na znajomości charakterystyki i warunków pracy wyrobu kompozytowego oraz stawianych przed nim oczekiwań.

Słowa kluczowe

EN

powder metallurgy; forming; aluminium powder; SiC particles; cold compaction; hot extrusion; physical and mechanical properties; microstructure

PL

metalurgia proszków; przeróbka plastyczna; proszek aluminium; cząstki węglika krzemu; prasowanie; wyciskanie na gorąco; właściwości fizyczne i mechaniczne; mikrostruktura

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 4
• Strony: 331--335
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojtaszek M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Singla M., Deepak Dwivedi D., Singh L., Chawla V., Development of aluminium based silicon carbide particulate metal matrix composite, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering 2009, 8, 6, 455-467.
• [2] Nowacki J., Spiekane metale i kompozyty z osnową metaliczną, WNT, Warszawa 2005.
• [3] Hyla I., Śleziona J., Kompozyty - elementy mechaniki i projektowania. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
• [4] Khumar Buschan R., Kumar S., Influence of SiC particles distribution and their weight percentage on 7075 Al alloy, Journal of Materials Engineering and Performance 2011, March, 20(2).
• [5] Hyla I., Śleziona J., Kompozyty aluminium-cząstki ceramiczne, Kompozyty odlewane, CIATF, Opole 1995.
• [6] Walczak M., Bieniaś J., Sidor-Walczak J., Badania korozyjne aluminiowych kompozytów zbrojonych SiC wykorzystywanych do produkcji tarcz hamulcowych. Autobusy. Technika, Eksploatacja Systemy Transportowe 2010, Nr 6.
• [7] Wojciechowski A., Sobczak J., Alternative composite material solution in the frictional connections, Journal of KONES Internal Combustion Engines 2003, 10, 3-4.
• [8] Nan C.-W., Clarke D.R., The influence of particle size and particle fracture on the elastic/plastic deformation of metal matrix composites, Acta Mater. 1996, 44, 9, 3801-3811.
• [9] PN ISO 8486 -1 i 2, DIN 69101.
• [10] Abrasives Sizing Systems: http://www.ukabrasives.com