Application of FSP technology in formation process of composite microstructure in AlZn5.5MgCu aluminium alloy surface layer reinforced with SiC particles

• Autorzy: Iwaszko J. , Kudła K. , Fila K. , Caban R.

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie technologii FSP w procesie kształtowania mikrostruktury kompozytowej w warstwie wierzchniej stopu aluminium AlZn5.5MgCu wzmacnianego cząstkami SiC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this study an effort was made to form a composite microstructure in the surface layer of the AlZn5.5MgCu aluminium alloy using FSP technology by introducing SiC particles to the alloy. In the experiment the multi-chamber solution was used, which consists in placing SiC powder in chambers separated one from another, cut into the modified material, perpendicular to the sample surface. To perform the friction stir processing a tool with a threaded pin was used. Evaluation of the surface treatment effects was carried out by means of both light and scanning electron microscopy. In addition EDS analysis was performed as well as a comparative measurement of hardness. The conducted examinations showed strong refinement of the of aluminium alloy structure and intense dispersion of the SiC particles in the surface layer of the material, resulting in the formation of a metal-ceramics type composite microstructure. The presence of SiC particles was found in both the stirred zone (SZ) and the thermo-mechanically affected zone (TMAZ). The consequence of the strong refinement of the microstructure and the introduction of SiC particles was a considerable increase in the hardness of the surface layer of the modified material. The performed experiment showed the effectiveness of the applied multi-chamber technology and the possibility to create a composite microstructure in the surface layer of the AlZn5.5MgCu aluminium alloy.

PL

W pracy podjęto próbę wytworzenia mikrostruktury kompozytowej w warstwie wierzchniej stopu aluminium AlZn5.5MgCu za pomocą technologii FSP (Friction Stir Processing) poprzez wprowadzanie do stopu cząstek SiC. W eksperymencie wykorzystano technologię wielokomorową FSP, polegającą na umieszczeniu proszku SiC w odseparowanych od siebie komorach wydrążonych w materiale modyfikowanym prostopadle do powierzchni próbki. Do przeprowadzenia obróbki tarciowej zastosowano narzędzie z gwintowanym trzpieniem. Ocenę efektów obróbki powierzchniowej wykonano za pomocą mikroskopii świetlnej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Wykonano także analizę EDS oraz porównawczy pomiar twardości. Przeprowadzone badania wykazały silne rozdrobnienie mikrostruktury stopu aluminium oraz intensywne rozproszenie cząstek SiC w warstwie wierzchniej materiału, skutkujące powstaniem mikrostruktury kompozytowej typu metal-ceramika. Obecność cząstek SiC ujawniono zarówno w strefie wymieszania SZ (stirred zone), jak i w strefie dkształcenia termomechanicznego TMAZ (thermo-mechanically affected zone). Konsekwencją silnego rozdrobnienia mikrostruktury oraz wprowadzenia cząstek SiC był znaczący wzrost twardości warstwy wierzchniej materiału modyfikowanego. Przeprowadzone badania wykazały skuteczność zastosowanej technologii wielokomorowej i możliwość wytworzenia mikrostruktury kompozytowej w warstwie wierzchniej stopu aluminium AlZn5.5MgCu.

Słowa kluczowe

EN

friction stir processing; surface layer; composite; AlZn5.5MgCu aluminium alloy

PL

modyfikacja tarciowa z mieszaniem materiału; warstwa wierzchnia; kompozyt; stop aluminium AlZn5.5MgCu

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 1
• Strony: 51--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Iwaszko J.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, Institute of Materials Engineering al. Armii Krajowej 19, 42-200 Czestochowa, Poland

autor

Kudła K.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Computer Science, Department of Welding al. Armii Krajowej 21, 42-200 Czestochowa, Poland

autor

Fila K.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, Institute of Materials Engineering al. Armii Krajowej 19, 42-200 Czestochowa, Poland

autor

Caban R.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, Institute of Materials Engineering al. Armii Krajowej 19, 42-200 Czestochowa, Poland

Bibliografia

• [1] Iwaszko J., Strzelecka M., Effect of cw-CO2 laser surface treatment on structure and properties of AZ91 magnesium alloy, Optics and Lasers in Engineering 2016, 81, 63-69.
• [2] Iwaszko J., Kudła K., Szafarska M., Remelting treatment of the non-conductive oxide coatings by means of the modified GTAW method, Surface and Coatings Technology 2012, 206, 11-12, 2845-2850.
• [3] Szkodo M., Bień A., Antoszkiewicz M., Effect of plasma sprayed and laser re-melted Al2O3 coatings on hardness and wear properties of stainless steel, Ceramics International 2016, 42, 9, 11275-11284.
• [4] Golański D., Dymny G., Kujawińska M., Chmielewski T., Experimental investigation of displacement/strain fields in metal coatings deposited on ceramic substrates by thermal spraying, Solid State Phenomena 2015, 240, 174-82.
• [5] Uţu I.D., Marginean G., Hulka I., Şerban V.A., Sliding wear behavior of remelted Al2O3 -TiO2 plasma sprayed coatings on titanium, Solid State Phenomena 2016, 254, 231-236.
• [6] Gwoździk M., Characteristic of crystallite sizes and lattice deformations changes in the oxide layer formed on steel operated for a long time at an elevated temperature, Solid State Phenomena 2013, 203-204, 204-207.
• [7] Wrońska A., Dudek A., Characteristics of surface layer of sintered stainless steels after remelting using GTAW method, Archives of Civil and Mechanical Engineering 2014, 14, 3, 425-432.
• [8] Ma Z.Y., Pilchak A.L., Juhas M.C., Williams J.C., Microstructural refinement and property enhancement of cast light alloys via friction stir processing, Scripta Materialia 2008, 58, 361-366.
• [9] Węglowski M.S., Pietras A., Friction stir processing - analysis of the process, Archives of Metallurgy and Materials 2011, 56, 779-788.
• [10] Chen Y.C., Nakata K., Evaluation of microstructure and mechanical properties in friction stir processed SKD61 tool steel, Materials Characterization 2009, 60, 1471-1475.
• [11] Sanella M.L., Engstrom T., Storjohann D., Pan T.Y., Effects of friction stir processing on mechanical properties of the cast aluminium alloys A319 and A356, Scripta Materialia 2005, 53, 201-206.
• [12] Thomas W.M., Nicholas E.D., Needham J.C., Church M.G., Templesmith P., Dawes C.J., Friction stir butt welding, International Patent Application No. PCT/GB92/02203, GB Patent Application No. 9125978.8 (1991) and U.S. Patent No. 5460317, 1995.
• [13] Vijayavel P., Balasubramanian V., Sundaram S., Effect of shoulder diameter to pin diameter (D/d) ratio on tensile strength and ductility of friction stir processes LM25AA-5% SiCp metal matrix composites, Materials and Design 2014, 57, 1-9.
• [14] Zhao Y., Lin S., Wu L., Qu F., The influence of pin geometry on bonding and mechanical properties in friction stir weld 2014 Al alloy, Materials Letters 2005, 59, 2948-2952.
• [15] Huang Y., Wang T., Guo W., Wan L., Lv S., Microstructure and surface mechanical property of AZ31 Mg/SiCp surface composite fabricated by Direct Friction Stir processing, Materials and Design 2014, 59, 274-278.
• [16] Morisada Y., Fujii H., Nagaoka T., Fukusumi M., Effect of friction stir processing with SiC particles on microstructure and hardness of AZ31, Materials Science and Engineering A 2006, 433, 50-54.
• [17] Navazani M., Dehghani K., Fabrication of Mg-ZrO2 surface layer composites by friction stir processing, Journal of Materials Processing Technology 2016, 229, 439-449.
• [18] Sharifitabar M., Sarani A., Khorshahian S., Shafiee Afarani M., Fabrication of 5052Al/Al2O3 nanoceramic particle reinforced composite via friction stir processing route, Materials and Design 2011, 32, 4164-4172.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).