Joinability of centrifugal composite castings

• Autorzy: Adamiec Janusz , Łyczkowska Katarzyna , Dolata Anna , Dyzia Maciej , Zalewska Klaudia , Kliś Paweł , Baluch Katarzyna , Bulik Joanna , Jakubiałowicz Urszula

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2021.2/1

Warianty tytułu

PL

Badania możliwości łączenia kompozytów metalowych odlewanych odśrodkowo

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Centrifugal composite castings based on aluminium alloys belong to a group of materials with high potential for application in the automotive and aerospace industries. Their use is limited by the lack of a technology enabling the obtainment of a permanent joint ensuring safe operation. The article presents the results of preliminary surfacing and welding tests of a hybrid centrifugal composite casting based on the AlSi₁₂ alloy and reinforced with silicon carbide (5% by weight) and glassy carbon (5% by weight) particles. Structural tests and the quantitative evaluation of the distribution of structural constituents indicated the possibility of the joining of such composites using the TIG welding process. It was found that overlay welds made using the filler metal having a chemical composition similar to that of the matrix could be treated as a buffer layer. The aforesaid approach should enable the joining of composite castings. The structure of the weld revealed the presence of heterogeneously distributed reinforcing phases, which was related to the gradient structure of centrifugal composite castings. The presence of the Al₄C₃ phase at the interface between the glassy carbon and the matrix could result in the reduction of corrosion resistance in a humid environment. The structural tests discussed in the article should be supplemented with the assessment of the mechanical properties of the joint. As a result, it will be possible to implement the technology for the welding of composite castings on an industrial scale.

PL

Kompozyty metalowe na osnowie stopów aluminium odlewane odśrodkowo należą do grupy materiałów o dużym potencjale zastosowania w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Ograniczeniem ich wykorzystania jest brak technologii łączenia trwałego zapewniającego bezpieczną eksploatację. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych prób napawania i spawania kompozytu o osnowie stopu AlSi₁₂ umacnianego cząstkami węglika krzemu (5% wag.) oraz węgla szklistego (5% wag.) odlewanego odśrodkowo. Przeprowadzone badania strukturalne oraz ilościowa ocena rozmieszczenia składników strukturalnych wskazała na możliwość łączenia tego typu kompozytów za pomocą spawania metodą TIG. Stwierdzono, że napoiny wykonane materiałem dodatkowym o zbliżonym do osnowy składzie chemicznym można traktować jako warstwę buforową, co pozwoli na łączenie odlewów kompozytowych. W strukturze spoiny ujawniono niejednorodnie rozmieszczone fazy umacniające. Jest to związane z gradientową strukturą kompozytów odlewanych odśrodkowo. Obecność fazy Al₄C₃ na granicy węgla szklistego i osnowy może skutkować obniżeniem odporności korozyjnej w środowisku wilgoci. Przeprowadzone badania strukturalne należy uzupełnić o ocenę właściwości mechanicznych złącza. Pozwoli to na wdrożenie technologii spawania odlewów kompozytowych do praktyki przemysłowej.

Słowa kluczowe

EN

composite casting; centrifugal casting; alluminium alloy; weldability; joints; mechanical properties

PL

odlewy kompozytowe; odlewanie odśrodkowe; stop aluminium; spawalność; złącza; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 65, No. 2
• Strony: 7--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., tab., il., wykr.

Twórcy

autor

Adamiec Janusz

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Łyczkowska Katarzyna

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Dolata Anna

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Dyzia Maciej

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Zalewska Klaudia

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Kliś Paweł

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Baluch Katarzyna

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Bulik Joanna

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

autor

Jakubiałowicz Urszula

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, Institute of Material Science

Bibliografia

• [1] Posmyk A.: Tribologia materiałów kompozytowych w pojazdach samochodowych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2020.
• [2] Composite Materials Handbook. MIL-HDBK-17, Department of Defence of USA, 700 Robbins Avenue, Philadelphia 2002.
• [3] Pradeep R., Schultz B.: Solidification During Casting of Metal-Matrix Composites. ASM Handbook, Volume 15: Casting ASM Handbook Committee, 2008 ASM, pp. 390–397.
• [4] Dolata A. J.: Hybrid Composites Shaped by Casting Methods. W: Light Metal and their Alloys III – Technology, Microstructure and Properties. Solid State Phenomena, 2014, vol. 211, pp. 47–52, DOI:10.4028/www.scientific.net/SSP.211.47.
• [5] Myalski J., Wieczorek J.: Kompozyty o osnowie metalowej zawierające cząstki węgla szklistego wykorzystane do pracy w warunkach tarcia. Trybologia, 2010, no. 6, pp.79–86.
• [6] Ogonowski K, Wysocki J., Gawdzińska, K., Przetakiewicz W.: Próba łączenia kompozytów metalowo-ceramicznych za pomocą spawania metodą TIG. Przegląd Spawalnictwa, 2018, vol. 90, no. 5, pp. 51–54.
• [7] Wysocki J., Gawdzińska K., Lenart S.: Weld microstructure in cast AlSi9/SiC(p) metal matrix composites. Archives of Foundry Engineering, 2009, vol. 9, no. 2, pp. 173–176.
• [8] Wysocki J., Grabian J., Przetakiewicz W.: Continuous drive friction welding of cast AlSi/SiC(p) metal matrix composites. Archives of Foundry Engineering, 2007, vol. 7, no. 1, pp. 47–52.
• [9] Ji Tai Niu, Zeng Gao, Dong Feng Cheng, Xi Tao Wang, Si Jie Chen: Welding of Aluminum Matrix Composites. Materials Science Forum, 2013, vol. 762, pp. 476–482.
• [10] Bonollo F., Tiziani A., Penasa M.: CO2 laser welding of aluminium matrix composites. International Journal of Materials and Product Technology, 2002, vol. 17, no. 3–4, pp. 291–302.
• [11] Tjahjanti P. H.; Hermansyah F.; Prasetya L. H.; Sulistyanto M. P. T.: Casting and Welding of Aluminium Matrix Composite Materials Reinforced by SiC Particles. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 434, no. 1 pp. 1–7.
• [12] Śleziona J.: Kształtowanie właściwości kompozytów stop Al-cząstki ceramiczne wytwarzanych metodami odlewniczymi. ZN PŚ 41, Gliwice, 1994
• [13] Sui Xiandong, Luo Chemping, Luo Zhuoxuan, Ouyang Liuzhang: The Fabrication and properties of particle reinforced cast metal matrix composites. Journal of Materials Processing Technology, 1997, vol. 63, pp. 426–431.
• [14] Gao J.W., Wang C.Y.: Modeling the solidification of functionally graded materials by centrifugal casting. Materials Science and Engineering, 2000, A292, pp. 207–215.
• [15] Śleziona J.: Wpływ zwilżania na zjawiska segregacji zbrojenia w odlewanych kompozytach Al-cząstki ceramiczne. II Konferencja nt. Zjawiska powierzchniowe w procesach odlewniczych, Poznań-Kołobrzeg, 1994.
• [16] Śleziona J., Grosz A., Wieczorek J.: Wytwarzanie odlewów zbrojonych warstwowo cząstkami Al2O3, IV Międzynarodowa Konferencja nt. Zjawiska powierzchniowe w procesach odlewniczych, Poznań-Kołobrzeg 1998.
• [17] Dolata A.J., Dyzia M., Wieczorek J.: Tribological Properties of Single (AlSi7/SiCp, AlSi7/GCsf) and Hybrid (AlSi7/SiCp+ GCsf) Composite Layers Formed in Sleeves via Centrifugal Casting. Materials, 2019, vol. 12, no. 17, Article Number 2803; DOI: 10.3390/ma12172803.
• [18] Szala J.: Nowoczesne metody oceny struktury materiału, W: Praca zbiorowa pod red. E. Hadasika: Przetwórstwo metali – Plastyczność a struktura. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2006, pp. 43–70.
• [19] Park J.K., Lucas J.P.: Moisture effect on SiCp/6061 AL MMC: dissolution of interfacial Al4C3. Scripta Materiala, 1997,no. 37, pp. 511–515.

Uwagi

1. Wersja polska artykułu w wydaniu papierowym s. 11-15.

2. The research work [paper] has been funded within the PBL Programme “Development of a Technology for the Welding of the Al-SiC Centrifugal Composite Castings” financed by the Silesian University of Technology.

3. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).