BazTech - Yadda

1

Impact of vibro-compaction on microstructure and properties of aluminium matrix composite with SiC particles

Godzierz Marcin, Olszówka-Myalska Anita, Dudzińska Karolina, Urbiczek Mateusz

Inżynieria Materiałowa

|

2019

|

Vol. 40, nr 6

140--145

EN

In the paper, the effect of vibro-compaction in processing of sintered SiCp – aluminium matrix composite was presented. The composite with 15% vol. of SiCp, obtained with three stages: vibro-compaction with use of different amplitude (0.75 mm, 1.125 mm and 1.5 mm), cold pressing and pressure less sintering. The obtained composites were characterized by porosity measurements, microhardness, quantitative metallography analysis and dry sliding tests. It was proved that the application of chosen compaction method, for powder mixture consisting of powders with different density (Al and SiC), allows to obtain graded structure composite. An increase of SiC particles volume fraction as well as microhardness increase was observed towards the bottom of the sample. The most beneficial effect, in SiCp distribution and microhardness values, was noted for the sample were the amplitude of vibro-compaction was 1.5 mm. Moreover, the tribological examinations showed differences in friction coefficients and mass losses for opposite surfaces of composite samples, due to different SiCp volume fraction across the sample. The vibro-compacted material revealed lower porosity, higher mean value of friction coefficient and lower mass loss comparing to the reference composite.

PL

Głównym obszarem zastosowania kompozytów na osnowie aluminium zbrojonych cząstkami ceramicznymi są skojarzenia ślizgowe i cierne, takie jak grupa tłokowo-cylindrowa maszyn tłokowych i łożyska ślizgowe, a w przemyśle samochodowym klocki hamulcowe, sprzęgła, przekładnie pasowe czy bloki silnika. W wielu elementach nie są wymagane takie same właściwości tribologiczne materiału na całym przekroju lub nie jest technologicznie możliwe uzyskanie ekstremalnie wysokich parametrów użytkowych związanych z dużą zawartością cząstek w całej objętości. W takich przypadkach rozwiązaniem mogą być materiały charakteryzujące się gradientowym rozmieszczeniem cząstek ceramicznych i istnieje wiele koncepcji technologicznych pozwalających uzyskać ten typ mikrostruktury. W pracy przedstawiono możliwość uzyskania metodą metalurgii proszków struktury gradientowej w kompozycie Al–SiCp, dla udziału zbrojenia w mieszaninie wyjściowej 15% obj. Założono, że gradientowe zróżnicowane rozmieszczenie zbrojenia w osnowie powstanie dzięki różnicy gęstości komponentów (Al 2,7 g/cm3, SiC 3,21 g/cm3), podczas zgęszczania wibracyjnego, dzięki bardziej intensywnemu w porównaniu z proszkiem aluminium przemieszczaniu się cząstek SiC w dół formy.

2

Applications of metallic composites in the automotive industry and their machining by the EDM

Bialo D., Peronczyk J., Skalski A., Skalski A.

Journal of KONES

|

2018

|

Vol. 25, No. 1

15--23

EN

The article deals with the problems of application of aluminium matrix composites in car industry and electro discharge machining (EDM) of selected composites, which are used for engine pistons. Composites with Al+20%Si+3%Cu+1%Mg matrix were manufacturing by the powder metallurgy route in the process of cold compaction, degassing and hot extrusion. As the reinforcing phase Al2O3 particles with average size of 3, 9, 23 and 53 μm were used. Samples had constant reinforcing phase 5 and 10 % by volume. Electro discharge machining was performed using machine equipped with RLC generator. Four modes of energy of single discharge Ei in the range of 0.165 to 2.268 mJ were applied. EDM was carried out in a free – system. The main parameters determined after machining were volumetric productivity Vw (mm3 /min) and roughness of the machined surface expressed as Ra. It was shown that energy of single discharge influence mainly on the EDM process running. The higher was Ei, the higher were value of Vw. Increasing particle granularity from 3 to 53 μm caused decreasing in process productivity 13 to 19%. Ei affects the surface roughness during EDM. The value of Ra increases as this energy increases. When the size of reinforcing particles is growing, roughness parameter Ra is also growing.

3

Charakterystyka tribologiczna kompozytu A390/Gr

Walczak M., Bieniaś J., Pasierbiewicz K.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 11

149--151

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań tribologicznych kompozytu A390/Gr (zawierającego cząsteczki grafitu w ilości 5,7% wag.) i jego osnowy AlSi20CuNi. Kompozyt ten znajduje zastosowanie, jako nowoczesny materiał konstrukcyjny w przemyśle motoryzacyjnym, szczególnie na tłoki, tuleje cylindrowe i łożyska ślizgowe. Pomiary współczynnika tarcia wykonano na tribotesterze typu „ball-on-disc” z przeciwpróbkami (ball) w postaci kulek wykonanych ze stali 100Cr6. Badano współczynnik zużycia i współczynnik tarcia próbki, a ślady zużycia poddano obserwacjom SEM. Ocenę istotności zmian współczynnika zużycia przeprowadzono testem U Manna-Whitneya. Odporność na zużycie stopu osnowy i kompozytu zostały poddane analizie porównawczej. Wykazano, że kompozyt zbrojony grafitem charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem tarcia i mniejszym zużyciem w porównaniu do osnowy.

EN

The paper presents the results of tribological research on A390/Gr composite (containing graphite particles in the amount of 5.7% wt.%) and on AlSi20CuNi its matrix. This composite is used in automotive industry, particularly for pistons, cylinder liners and slide bearings. Friction coefficient measurements were performed on „ball-on-disc” tribotester with counter-specimen (ball) made of steel 100Cr6. Were tested wear rate and coefficient of friction of the sample, the tracks of wear was SEM observation. The evaluation of the significance of changes in wear factor was conducted by Manna-Whitney U test. It was demonstrated that the composite reinforced with graphite is characterized by lower friction coefficient and lower wear in comparison to the matrix.

4

Effect Of Milling Time On Microstructure Of AA6061 Composites Fabricated Via Mechanical Alloying

Tomiczek B., Pawlyta M., Adamiak M., Dobrzański L. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

789--793

EN

The aim of this work is to determine the effect of manufacturing conditions, especially milling time, on the microstructure and crystallite size of a newly developed nanostructural composite material with the aluminium alloy matrix reinforced with halloysite nanotubes. Halloysite, being a clayey mineral of volcanic origin, is characterized by high porosity and large specific surface area. Thus it can be used as an alternative reinforcement in metal matrix composite materials. In order to obtain this goal, composite powders with fine microstructures were fabricated using high-energy mechanical alloying, cold compacting and hot extrusion techniques. The obtained composite powders of aluminium alloy reinforced with 5, 10 and 15 wt% of halloysite nanotubes were characterized with SEM, TEM and XRD analysis. It has been proven that the use of mechanical alloying leads to a high degree of deformation, which, coupled with a decreased grain size below 100 nm and the dispersion of the refined reinforcing particles–reinforces the material very well.

PL

Celem niniejszej pracy było określenie wpływu warunków wytwarzania, w szczególności czasu mielenia, na strukturę i wielkość krystalitów nowo opracowanych nanostrukturalnych materiałów kompozytowych o osnowie stopów aluminium wzmacnianych nanorurkami haloizytowymi. Haloizyt, będący minerałem ilastym pochodzenia wulkanicznego, charakteryzuje się dużą porowatością, dużą powierzchnią właściwą, i może stanowić alternatywne wzmocnienie metalowych materiałów kompozytowych. W tym celu przy użyciu wysokoenergetycznego mechanicznego stopowania w młynie kulowym wytworzono rozdrobnione i trwale połączone proszki kompozytowe, które następnie poddano zagęszczaniu na zimno i wyciskaniu na gorąco. Tak opracowane materiały kompozytowe o udziale masowym haloizytowego wzmocnienia 5, 10, 15% zbadano metodami skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz rentgenowskiej analizy fazowej. Stwierdzono, że wywołane mechanicznym stopowaniem silne odkształcenie plastyczne i zmniejszenie rozmiaru ziarna poniżej 100 nm oraz dyspersja haloizytowych cząstek wzmacniających wpłynęła na znaczne umocnienie materiałów kompozytowych.

5

Effect of abrasion parameters on tribological properties of cast A339/SiC/10p composite

Kurtyka P., Sulima I., Malczewski P., Augustyn-Pieniążek J.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 4

189--196

EN

The paper presents the results of tribological tests conducted on an A339/SiC/10p composite reinforced with SiC particles. The test method used in the research was the ball-on-disc method combined with variable abrasion test parameters. Different materials were used for the counter-specimen (steel, Al2O3, SiC), variable load (5 and 10N) and sliding speed (0.1 and 0.5 m/s). It was found that the use of a counter-specimen made from a material of higher hardness significantly reduced the friction coefficient and the specific wear rate of the tested A339/SiC/10p composite. On the other hand, in all the friction pairs, an increase in the load while maintaining the same test conditions caused a decrease in the friction coefficient value and an increase in the specific wear rate. Additionally, in the Al2O3 counter-specimens, an abnormal decrease in the friction coefficient was observed with an increasing load, but it had no impact on the results of the specific wear rate.

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości tribologicznych kompozytów A339/SiC/10p. Testy metodą ball-on-disc przeprowadzono, stosując zmienne parametry, takie jak: różne przeciwpróbki (stalowa, Al2O3, SiC), obciążenie (5, 10 N) oraz prędkość ścierania (0,1 i 0,5 m/s). Badania wykazały, że zastosowanie przeciwpróbki z materiału o wyższej twardości wpływa na zmniejszenie współczynnika tarcia oraz wskaźnika zużycia badanego kompozytu A339/SiC/10p. Dla wszystkich badanych układów zaobserwowano, że wzrost obciążenia przy zachowaniu tych samych pozostałych warunków testu powoduje obniżenie wartości współczynnika tarcia oraz wzrost wskaźnika zużycia. W przypadku przeciwpróbki z Al2O3 obserwowano nietypową zależność. Wraz ze wzrostem obciążenia zanotowano jedynie nieznaczny spadek współczynnika tarcia, co nie miało bezpośredniego przełożenia na wartości wskaźnika zużycia.

6

Manufacturing with Application of Gpi Method and Selected Properties of Al Matrix Composites Reinforced Unidirectionally and Three-Directionally with Carbon Fibres

Wojtaszek M., Czulak A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1539--1546

EN

The discussion of the possibility of application of the GPI (gas pressure infiltration) process to the manufacturing of composites based on selected aluminium alloys reinforced with carbon fibres coated with nickel protective layer, as well as the determination of selected properties of materials obtained using this technique, is presented in the article. The composites reinforced unidirectionally (UD) were produced, the suitable volume fraction of fibres was determined and the proper forming parameters were established. Basing on the obtained results, with application of the same components, the composites reinforced three-directionally (3D) were subjected to infiltration. The preforms were designed and prepared using plaiting and joining methods. The GPI process parameters were verified for the assumed fibre arrangement. Thermal expansion of matrix alloys and composites obtained with application of most favourable parameters was determined and the influence of fibre arrangement and chemical composition of the matrix on the obtained results was analysed. The comparative abrasion tests with application of different velocities were performed for the selected alloy and the composite reinforced unidirectionally. In order to evaluate the changes taking place in the matrix during infiltration, the analysis of chemical composition of composites was performed for materials reinforced unidirectionally, as an example. The correctness of distribution of fibres in the composite matrix was also evaluated by means of microstructure observation as well as non-destructive testing with application of computed tomography technique. The results obtained during the investigations provide information concerning suitability and limitations of the GPI method to the manufacturing of light structural parts from the proposed components.

PL

W pracy podjęto próbę oceny możliwości stosowania procesu infiltracji gazowej do wytwarzania kompozytów na osnowie wybranych stopów aluminium, umocnionych włóknami węglowymi pokrytymi warstwą ochronną niklu a także określenia wybranych właściwości otrzymanych w ten sposób materiałów. Wykonano kompozyty umocnione jednokierunkowo, określono odpowiedni dla nich udział objętościowy włókien i wyznaczono właściwe parametry ich formowania. W oparciu o otrzymane wyniki oraz stosując te same komponenty przeprowadzono proces infiltracji kompozytów umocnionych trójkierunkowo. Do tego celu zaprojektowano i przygotowano preformy z wykorzystaniem metod wyplatania oraz łączenia. Parametry procesu GPI zweryfikowano dla tak przyjętego układu włókien. Określono rozszerzalność termiczną stopów osnowy oraz kompozytów otrzymanych przy zastosowaniu najkorzystniejszych parametrów, ocenie poddano wpływ ułożenia włókien oraz składu chemicznego osnowy na otrzymane wyniki. Dla wybranego stopu i otrzymanego na jego osnowie kompozytu umocnionego jednokierunkowo wykonano porównawcze badania odporności na zużycie ścierne, które prowadzono przy różnej prędkości realizacji testów. W celu oszacowania zmian zachodzących w osnowie podczas infiltracji wykonano na przykładzie tworzyw umocnionych jednokierunkowo analizę składu chemicznego kompozytów. Ocenie poddano także poprawność rozlokowania włókien w osnowie kompozytów, prowadząc w tym celu obserwacje mikrostruktury oraz badania nieniszczące z wykorzystaniem metody tomografii komputerowej. Otrzymane podczas badań wyniki stanowią informację na temat przydatności i ograniczeń w stosowaniu metody GPI do wytwarzania z zaproponowanych komponentów elementów lekkich konstrukcji.

7

Aluminium AlMg1SiCu Matrix Composite Materials Reinforced with Halloysite Particles

Dobrzański L. A., Tomiczek B., Pawlyta M., Król M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

335--338

EN

In this work selected results of investigations of the new AlMg1SiCu matrix composite materials reinforced with halloysite particles manufactured by powder metallurgy techniques including mechanical alloying and hot extrusion are present. The composite materials obtained as a result of mechanical synthesis and hot extrusion are characterized with the structure of evenly distributed, disperse reinforcing phase particles in fine-grain matrix of AlMg1SiCu alloy, facilitate the obtainment of higher values of strength properties, compared to the initial alloy. The nanostructural composite materials reinforced with halloysite nanotubes with 15 mass % share are characterized by almost twice as higher micro-hardness - compared to the matrix material.

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań materiałów kompozytowych o osnowie stopu AlMg1SiCu wzmacnianych cząstkami hałoizytowymi wytworzonymi z wykorzystaniem metod metalurgii proszków, w tym mechanicznej syntezy i wyciskania na gorąco. Otrzymane w procesie mechanicznej syntezy i wyciskania na gorąco materiały kompozytowe charakteryzują się strukturą równomiernie rozłożonych, rozdrobnionych cząstek fazy wzmacniającej w drobnoziarnistej osnowie stopu AlMg1SiCu, sprzyjającą osiąganiu wyższych wartości właściwości wytrzymałościowych w porównaniu do stopu wyjściowego. Wytworzone nanostrukturalne materiały kompozytowe wzmacniane nanorurkami hałoizytowymi o udziale masowym 15% charakteryzują się - w porównaniu do materiału osnowy - ponad dwukrotnie większą mikrotwardością.

8

Effect of carbon nanotubes content on morphology and properties of AlMg1SiCu matrix composite powders

Dobrzański L., Macek M., Tomiczek B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2014

|

Vol. 69, nr 1

12--18

EN

Purpose: The main purpose of this work is to determine morphology, as well as technological and mechanical properties of aluminium matrix powder reinforced with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) using powder metallurgy techniques. Dispersion of the multi-walled carbon nanotubes was achieved by using mechanical milling in a high energy ball mill. The addition of MWCNTs cause significant improvement in mechanical properties of Al/MWCNTs nanocomposites what is confirmed with more than a threefold increase in the hardness of composite powders, as compared to this value before milling. Design/methodology/approach: The main problem of the study is the agglomeration and poor distribution of carbon nanotubes in the matrix material. In order to achieve uniform dispersion of carbon nanotubes in aluminium alloy matrix mechanical milling was used. Additional problem is possible formation of the brittle aluminium carbides in the result of reaction between carbon nanotubes and aluminium particles. Findings: On the basis of micro-hardness testing has found that a small addition of carbon nanotubes in an amount of 0.5% by volume increases composites hardness by 13%, while the addition of carbon nanotubes in an amount of 5% by volume results in an increase of 37%.Practical implications: Composite powders carbon nanotubes were prepared using powder metallurgy method which shows the practical implications in manufacturing of nanocomposites. Originality/value: The investigation results shows that the technology of composite materials manufacturing can find the practical application in the production of new light metal matrix composites. It was found that carbon nanotubes, used as reinforcing phase, have influence on the properties of metal matrix composites.

9

Characterization of reaction products of liquid Al and Mg3N2

Gajewska M., Morgiel J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 3

162--164

EN

The paper presents an attempt to produce aluminium matrix composite reinforced with dispersed aluminium nitride (AlN) via reaction of liquid aluminium and magnesium nitride (Mg3N2). The latter was introduced into the metal bath in a form ofa green compact. It was expected that the introduction of Mg3N2 as an nitrogen-bearing substrate into Al melt would allow to obtain an in-situ reaction leading to a formation ofan aluminium nitride (AlN) reinforcing phase dispersed in the Mg-strengthened aluminium matrix. The produced material was investigated by means of X-ray diffraction measurements (XRD), light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM) and microhardness tests. Microstructure investigations showed that absence of an external mixing of metal melt led to a formation of inhomogeneous structure of the casting: composite zone with about 90 vol. % of reinforcing particles of a size of ~20 um and an area of unreinforced aluminium. The composite area was localized in the initial area of Mg3N2 compact and its immediate vicinity. Energy Dispersive Spectrometry (EDS) analysis combined with X-ray diffraction (XRD) analysis of the casting conﬁrmed presence of two main phase: aluminium solid solution (with up to 4 at. % ofMg) and aluminium nitride. Microhardness tests showed very high values of hardness in the composite zone, reaching up to about 500 HV, as compared with ~25 HV in the unreinforced Al region.

PL

W pracy podjęto próbę wytworzenia materiału kompozytowego na osnowie aluminium zbrojonego dyspersyjnie cząstkami AlN przez reakcję ciekłego aluminium z azotkiem magnezu, wprowadzonym do kąpieli metalowej w formie wypraski. Spodziewano się, że wprowadzenie do ciekłego alumi- nium Mg3N2 jako nośnika azotu doprowadzi do uzyskania reakcji in-situ, w której nastąpi utworzenie fazy zbrojącej AlN w osnowie aluminiowej umocnionej roztworowo magnezem. Wytworzony odlew kompozytowy badano metodami dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD), mikroskopii świetlnej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) połączonej z mikroanalizą rentgenowską (EDS). Kompozyt został również poddany badaniu mikrotwardości sposobem Vickersa. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury wykazały, że ze względu na brak zewnętrznego mieszania mechanicznego ciekłego metalu otrzymany odlew charakteryzuje się niejednorodną mikrostrukturą, w której można wyodrębnić dwa obszary: strefę kompozytową oraz obszar aluminium bez cząstek zbrojących. Strefa kompozytową ograniczała się do pierwotnego obszaru wypraski z Mg3N2 oraz jego najbliższego sąsiedztwa i zawierała ~90% obj. cząstek zbrojących o wielkości ~20 um. Mikroanaliza rentgenowska w połączeniu z badaniami techniką dyfrakcji rentgenowskiej zgładu wykonanego z odlewu potwierdziła obecność dwóch głównych faz w wytworzonym materiale - roztworu stałego aluminium (o zawartości magnezu do 4% at.) oraz AlN. Badania mikrotwardości materiału wykazały bardzo dużą twardość w obszarze kompozytowym, osiągającą ok. 500 HV, w porównaniu z twardością ~25 HV w obszarze niezbrojonym.

10

Microstructure and microhardness of ball milled/hot pressed aluminium with Mg3N2 addition

Gajewska M., Dutkiewicz J., Morgiel J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

433--436

EN

The microstructure and microhardness of a ball milled and hot pressed aluminium powder with 10 vol.% of magnesium nitride (Mg3N2) were investigated. It was expected that the addition of a Mg3N2 as an nitrogen-bearing substrate would allow to obtain an in situ reaction leading to a formation of an aluminium nitride (AlN) strenghtening phase. The powders were milled in a high energy planetary ball mill for up to 40 h and then compacted in vacuum at 400ºC/600 MPa. The material was investigated by means of X-ray diffraction measurements (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and microhardness tests. The performed investigations showed that the composite preparation method provided a significant structure refinement of the material - the average matrix grain size of composite compact was about ˜140 nm. Energy Dispersive Spectrometry (EDS) analysis of Al/ Mg3N2 compact combined with X-ray diffraction (XRD) technique indicated a presence of Mg3N2 as well as Mg-Al-O phase, which were probably formed during hot pressing. Microhardness tests showed nearly 40% increase in the hardness of Al/ Mg3N2 composite over the non-reinforced aluminium compact.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki obserwacji mikrostruktury i pomiarów mikrotwardości kompozytu o osnowie z aluminium z dodatkiem 10% objętościowych azotku magnezu wytworzonego drogą wysokoenergetycznego mielenia połączonego z prasowaniem na gorąco. Zakładano, że dodatek Mg3N2 jako substratu azotonosnego pozwoli na uzyskanie reakcji in situ prowadzącej do wytworzenia fazy wzmacniającej w postaci azotku aluminium. Proszki poddano mieleniu w wysokoenergetycznym młynku kulowym przez okres 40. godzin, a następnie sprasowano w próżni pod ciśnieniem 600 MPa w temperaturze 400ºC. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury materiału wykazały, że zastosowana metoda wytwarzania kompozytu pozwala na uzyskanie znacznego rozdrobnienia struktury materiału - średnia wielkość ziaren osnowy wynosiła ˜140 nm. Pomiary składu chemicznego technika EDS w połączeniu z analizą XRD wskazały na obecność zarówno azotku magnezu, jak również fazy Mg-Al-O w wyprasce kompozytowej. Pomiary mikrotwardości wykazały natomiast 40%-owy wzrost twardości kompozytu Al/ Mg3N2 w porównaniu z wypraska z niezbrojonego aluminium.

11

Wpływ korozji na eksploatację kompozytowych tarcz hamulcowych

Czech R., Posmyk A.

Tribologia

|

2012

|

nr 1

41-51

PL

W artykule omówiono wpływ korozji na właściwości tribologiczne materiału kompozytowego F3S.20S (AC-AlSi9Mg0,5+20%mSiC) współpracującego z tradycyjnym materiałem stosowanym na okładziny cierne hamulców tarczowych (F701). W celu sprawdzenia zachowania kompozytu stosowanego do wytwarzania tarcz hamulcowych pojazdów samochodowych w warunkach korozji atmosferycznej wykonano badania tribologiczne na testerze laboratoryjnym, a następnie porównano je z wynikami badań przeprowadzonych w takich samych warunkach eksperymentalnych dla tarcz hamulcowych wykonanych z żeliwa szarego z grafitem płatkowym (GJL 350). Przyjęto czas ekspozycji próbek na środowisko korozyjne 0, 48 i 240 godzin. Wyniki badań pozwoliły określić wpływ korozji, obciążenia i prędkości współpracy na współczynnik tarcia oraz zużycie współpracujących części.

EN

In this article an influence of corrosion on tribologial properties of composite material F3S.20S (A359+20%mSiC) mated with material used in production of brake pads (F701) has been studied. In order to define the influence of the used composite on utility features of brakes, the research results were compared with the ones received in the same experimental conditions for the brake discs made of grey cast iron with flake graphite. The time of the exposition of the counter-samples to the corrosion environment has been accepted as 0, 48 and 240 hours. Tests have been performed on a pin-on-disc apparatus, according to the Hartley’s plan of experiment. Their results have been used to determine the influence of pressure, sliding velocity and time of exposition on corrosion on friction coefficient and mass loss of the rubbing materials Obtained dependences have been described with quadratic functions and presented on 3D graphs, Fig. 2 and 3. Composite was characterised with considerably lower susceptibility to changes of the value of friction factor (0.25-0.32) in comparison to grey cast iron (0.2-0.6). Its wear was also several times lower than of the traditional material.

12

The influence of friction stir welding process on structure and mechanical properties of the AlSiCu/SiC composites

Kurtyka P., Sulima I., Wójcicka A., Ryłko N., Pietras A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 55, nr 2

339--344

EN

Purpose: The aim of this study was to explain the influence of the friction stir welding on the size and distribution of reinforcement particles in the composite AlSiCu/SiCp, as well as determine its mechanical properties. Design/methodology/approach: Aluminium alloy reinforced with 10% vol. SiC particles with an average size of 15 microns has been joined using friction stir welding method. The joining process were carried out at rotation speed 560 rpm and linear velocity of 355 mm/min and the temperature was lower than 793 K. Microstructures of joined materials were observed according to the light and scanning electron microscopy. Changing of distribution of reinforcement particles were analysed by new RVE theory. The mechanical properties determined on the basis of compression tests. Tests were performed at room temperature at a strain rate 10-4s-1. Findings: In the resulting joints (welds) observed significant changes in the distribution of SiC particles, precipitation which was characterized by macro-heterogeneity. However, in micro scale, a few typical distributions and areas of fragmentation of the reinforcing particles were identified. Differences in the sizes of the ceramic particles were 15 microns in the initial material and 2-3 micron in the welded material, respectively. The analysis of these regions using the new RVE theory shows that the coefficient of mechanical properties anisotropy was varied from 0.500328 to 0.016961. Mechanical testing of selected parts of joints showed significant differences in the values of the plastic flow stress in advancing and retreating sides, approximately from 400 to 450 MPa. Practical implications: The obtained results can be used to optimize the welding process composites by friction stir welding. In addition, the analysis results may be used to design new methods to modify aluminium matrix composites reinforced with ceramic particles. Originality/value: The work provides information on the influence of the FSW process on the change distribution and fragmentation of reinforcing particles and mechanical properties of composites joints.

13

Mechanically milled aluminium matrix composites reinforced with halloysite nanotubes

Dobrzański L.A., Tomiczek B., Adamiak M., Gołombek K.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 55, nr 2

654--660

EN

Purpose: The present work describes fabrication of aluminium AlMg1SiCu matrix composite materials reinforced with halloysite nanotubes by powder metallurgy techniques and hot extrusion. Design/methodology/approach: Mechanical milling, compacting and hot extrusion successively are considering as a method for manufacturing metal composite powders with a controlled fine microstructure and enhanced mechanical properties. It is possible by the repeated welding and fracturing of powders particles mixture in a highly energetic ball mill. Findings: The milling process has a huge influence on the properties of powder materials, changing the spherical morphology of as-received powder during milling process to flattened one due to particle deformation followed by welding and fracturing particles of deformed and hardened enough which allows to receive equiaxial particles morphology again. The investigation shows that so called brittle mineral particles yields to plastic deformation as good as ductile aluminium alloy particles. That indicates that the halloysite powder can play a role of the accelerator during mechanical milling. High energy ball milling as a method of mechanical milling improves the distribution of the halloysite reinforcing particles throughout the aluminium matrix, simultaneously reducing the size of particles. The apparent density changes versus milling time can be used to control the composite powders production by mechanical milling and the presence of halloysite reinforcements particles accelerates the mechanical milling process. Research limitations/implications: Contributes to knowledge about technology, structure and properties of aluminium alloy matrix composite material reinforced with mineral nanoparticles. Practical implications: Conducted research shows that applied technology allows obtaining very good microstructural characteristics. Originality/value: It has been confirmed that halloysite nanotubes can be applied as an effective reinforcement in the aluminium matrix composites. Deformation, grain size reduction and dispersion conduce to hardening of the composite powders. Mechanical milling cause a high degree of deformation, decrease the grain size even to nanoscale and create an enormously uniform distribution of reinforcing phases or oxides in the structure of the metal.

14

Zużycie i struktura powierzchni aluminiowych kompozytów zbrojonych cząsteczkami SiC w warunkach tarcia technicznie suchego

Walczak M., Pieniak D., Bieniaś J.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2012

|

R. 13, nr 7-8

167-173

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań tribologicznych aluminiowego materiału kompozytowego F3S.20S (zawierającego 20% obj. cząsteczek SiC) i stopu AlSi9Mg stanowiącego osnowę. Kompozyt ten znajduje zastosowanie jako nowoczesny materiał konstrukcyjny w przemyśle samochodowym, szczególnie na tłoki i tarcze hamulcowe. Wprowadzenie cząstek wzmacniających znacząco może zmieniać właściwości tribologiczne tych materiałów. W tym celu wykonano testy zużycia metodą ball-on-disc. Mikrostruktura i odporność na zużycie stopu osnowy i kompozytu zostały poddane analizie porównawczej. Wykazano, że kompozyt zbrojony SiC charakteryzuje się większym współczynnikiem tarcia i mniejszym zużyciem w porównaniu do osnowy.

EN

The paper presents results of tribology studies of aluminium matrix composites F3S.20S (contain 20 vol. % of SiC particles) and AlSi9Mg matrix alloy. This composite can be applied as modern construction material in automotive industry, particularly for brake discs and pistons. The addition of reinforcement particles could significantly influence of tribology properties of these materials. The wear tests were made using a ball on disc method. Microstructural and wear resistance of matrix alloy and composites were investigated and compared. Reinforced SiC composite characteristic higher values coefficient of friction and wear smaller than matrix alloy.

15

Manufacturing of EN AW6061 matrix composites reinforced by halloysite nanotubes

Dobrzański L. A., Tomiczek B., Adamiak M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 1

82--89

EN

Purpose: The core of the work consists in the elaboration of composite materials of aluminium alloy matrix, manufactured with the use of powder metallurgy technologies, including mechanical milling and hot extrusion and in determining the influence of the share of halloysite nanotubes - as the reinforcing phase on the structure and mechanical properties of fabricated composites. Design/methodology/approach: Mechanical milling and hot extrusion are considering as a method for fabricating composite metal powders with a controlled fine microstructure. It is possible by the repeated fracturing and re-welding of powders particles mixture in a highly energetic ball mill. Findings: It has been confirmed that halloysite nanotubes can be applied as a effective reinforcement in the aluminium matrix composites. High energy ball milling as a method of mechanical milling improves the distribution of the halloysite reinforcing particles throughout the aluminium matrix, simultaneously reducing the size of particles. Research limitations/implications: Contributes to research on structure and properties of aluminium alloy matrix composite material reinforced with mineral nanoparticles. Practical implications: The apparent density changes versus milling time can be used to control the composite powders production by mechanical milling and the presence of halloysite reinforcements particles accelerates the mechanical milling process. Conducted research shows that applied technology of composite materials production allows to obtain very good microstructural characteristics. Originality/value: The application of halloysite nanotubes as the reinforcing phase of metal composite materials is a novel assumption of the discussed work and an interesting challenge whereof realization would enable to use this mineral clay in an innovative and cost effective way.

16

Możliwości zastosowania kompozytów heterofazowych w tłokowych sprężarkach powietrza (komunikat)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 4

399-400

PL

Technologie wytwarzania kompozytów, bazujące na metodach ciekłofazowych, i kształtowanie wyrobów metodami odlewniczymi w porównaniu z metodami wykorzystującymi techniki sycenia preform są kilkasetkrotnie tańsze. Nowym rozwiązaniem materiałowo-technologicznym może okazać się wykorzystanie metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o zbrojeniu heterofazowym. Jak wykazały badania autorów, zastosowanie jako zbrojenia cząstek SiC i węgla szklistego pozwala na stabilizację współczynnika tarcia, a przede wszystkim obniżenie zużycia partnera tarcia. Właściwości te mogą być wykorzystane w układzie tribologicznym tłok-cylinder, od którego wymaga się stabilności wymiarowej, wytrzymałości i trwałości. Celem badań realizowanych w ramach projektu badawczo-rozwojowego PBR N RO7 001106 jest opracowanie kompleksowej technologii wytwarzania tłoków kompozytowych o zbrojeniu heterofazowym. Planuje się przeniesienie procedury wytwarzania zawiesin kompozytowych, opracowanej w skali laboratoryjnej przez autorów projektu, na skalę półtechniczną, umożliwiającą w warunkach przemysłowych odlewanie kokilowe tłoków do sprężarek powietrza. Efektem końcowym realizowanego projektu rozwojowego będzie dokumentacja techniczna metody wytwarzania tłoków kompozytowych w oparciu o technologię odlewania kokilowego zawiesiny kompozytowej oraz wytworzenie partii prototypowej tłoków kompozytowych do sprężarek powietrza we współpracy z odlewnią "Złotecki" Sp. z o.o. w Rojewie.

EN

The technologies of composite production, basing on liquid phase methods and the formation of products by the casting methods are most economical in comparison with methods the using infiltration perform. New material and technological solution could be stirring method for obtaining heterophase composite suspension. The investigation realized on Faculty of Material Engineering and Metallurgy on Silesian Engineering within a framework of projects PBZ / KBN / 114 / T08 / 2008, KBN 3 T08D 024 28 confirmed good casting proprieties of composite suspensions. Applying as heterophase reinforcement (mixture of SiC and glassy carbon particles) make possible to obtain material with stable of the friction coefficient and the first of all lowering wear of friction partner. These properties can be used in piston - cylinder tribological system which was required dimension stability, strength and durability. Aim of investigations realized in frames of project PBR the N RO7 001106 is the develop of complex production technology of heterophase composites pistons applied in air compressor. Transfer from laboratory method to semi technical scale which enabling in industrial conditions cast the pistons is planned. As final result of project will be introduce full technological enabling procedure producing in quantity composite suspension approx. 50 kg of once melting. The realization of prototype part pistons should make possible in industrial conditions in support with mould casting method applied in firm "Złotecki".

17

Badania korozyjne aluminiowych kompozytów zbrojonych SiC wykorzystywanych do produkcji tarcz hamulcowych

Walczak M., Bieniaś J., Sidor-Walczak J.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2010

|

R. 11, nr 6

PL

W ostatnich latach w zakresie metalowych materiałów kompozytowych prowadzone są intensywne prace badawcze związane z kształtowaniem składu chemicznego i ocenę właściwości korozyjnych potencjalnych materiałów wykorzystywanych do produkcji części samochodowych. W pracy przedstawiono wyniki badań korozyjnych kompozytu F3N.20S i stopu AK9. Testy korozyjne prowadzono techniką zanurzeniową w 3,5% wag. roztworze NaCl. Na podstawie badań stwierdzono wyższą podatność korozyjną kompozytu F3S.20S niż samej osnowy. Wprowadzenie do osnowy aluminiowej znacznych ilości dodatków stopowych oraz materiału wzmacniającego powoduje pojawienie się w strukturze wydzieleń faz międzymetalicznych, co prowadzi z kolei do wytwarzania się na filmie pasywnym dobrze przewodzących prąd "plam katodowych". Zarówno w przypadku kompozytu F3S.20S jak też stopu AK9 wżery korozyjne są usytuowane w eutektyce (Al)+?(Si). Dodatkowo w kompozycie F3S.20S wżery występują pomiędzy cząsteczkami SiC a osnową.

EN

In the recent years, within the range of modern materials for application automotive parts intensive study is being conducted on modification chemical composition and corrosion behavior. The aim of this work is to present a study of corrosion test of F3S20 composite and AK9 alloy. The corrosion behavior of aluminium alloys was investigated by immersion techniques in 3,5 wt. % aqueous solution. The above studies led to the conclusion that the corrosion resistant of F3S.20S was higher than matrix. In the case of composites introduction of considerable amounts of alloy additions and reinforcing materials (SiC) to the aluminium matrix releases intermetallic phases in the structure, which lead to the formation of galvanic couples favourable to corrosion. The corrosion pits for both the F3S.20S composite and matrix alloy AK9 are formed in the solid solution (Al)+?(Si). In the case of F3S.20.

18

Ocena właściwości tribologicznych skojarzenia żeliwo-kompozyt w warunkach eksploatacji silnika spalinowego

Posmyk A., Witaszek S.

Tribologia

|

2008

|

nr 3

281-288

PL

W artykule omówiono wpływ warunków pracy grupy tłokowo-cylindrowej w silniku spalinowym na właściwości tribologiczne materiału kompozytowego W6A.22A (6061+20%mAl2O3) współpracującego z żeliwem EN-GJL-350. W celu sprawdzenia przydatności kompozytu do wytwarzania tulei cylindrowych silników spalinowych małej mocy wykonano badania tribologiczne na testerze laboratoryjnym w temperaturach, w jakich pracuje grupa tłok–cylinder silnika spalinowego. Badania wykonano bez obecności środka smarnego. Wyniki badań pozwoliły na określenie wpływu temperatury, obciążenia i prędkości współpracy na współczynnik tarcia oraz zużycie współpracujących materiałów.

EN

In this article, an influence of working conditions of a pairing piston–cylinder liner on tribological properties of the W6A.22A (6061+20%mAl2O3) composite material and the EN-GJL-350 cast iron mated with it has been studied. To investigate the possibilities of using the composite for cylinder liners of small power combustion engines, laboratory tribological tests have been carried out. These tests have been performed on a pin-on-disc apparatus in thermal conditions corresponding to those of a pairing piston–cylinder liner. These tests have been carried out according to the Hartley’s plan of experiment. Their results have been utilised to determine the influence of temperature, pressure and sliding speed on the friction coefficient and mass loss of the rubbing materials. Obtained dependencies have been described with quadratic functions and presented on 3D graphs. An analysis of these graphs revealed that tested parameters have a significant influence on the coefficient of friction and the wear behaviour of investigated materials. Wear mechanisms have been studied with the aid of optical microscopy. Results of microscopic observations indicate that abrasive wear is the dominant wear mechanism in majority of researched conditions; whereas, in severe cases, adhesive wear has been observed.

19

Wykorzystanie oddziaływania proszek żelaza-folia aluminiowa do otrzymywania laminatu

Olszówka-Myalska A.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2008

|

R. 53, nr 3

158-162

PL

Zaprezentowano możliwość wytworzenia laminatu aluminium-(aluminidki żelaza w osnowie aluminium) z wykorzystaniem jako komponentów folii aluminiowej i proszku żelaza. Uzyskane wyniki porównano z wcześniejszymi badaniami oddziaływania pomiędzy proszkami Al i Fe w podwyższonej temperaturze, metodą DTA, i efektami strukturalnymi obserwowanymi podczas prasowania proszków na gorąco, w próżni. Stwierdzono, że w zastosowanych warunkach zgrzewania dyfuzyjnego występuje samorozwijąjąca się wysokotemperaturowa synteza (SHS), która umożliwia powstanie struktury warstwowej, zawierającej zdyspergowany aluminidek żelaza.

EN

The paper presents the possibility of obtaining the laminate of aluminium with iron aluminides particle, by diffusion bonding. The aluminium foil and iron powder with granulation 325 mesh were used to the preparation of Al/Fe/Al packs with constant Fe content and different aluminium foil layers amount (fig. 2). The parameters of the diffusion bonding in heat-treating furnace were chosen on the basis of earlier own investigations of thermal effects and microscopic observations [5-8]. The exothermic effects during heating of mixture of aluminium and iron powders were measured by DTA method (fig. 1). SEM observations of hot pressed mixtures, showed the transformation of initial iron powder into the iron aliminide by two mechanisms - diffusional growth and self-propagating high-temperature synthesis (SHS) (fig. 3). The composite samples were obtained by heating of packets with configuration 16Al layers/Fe powder/16Al layers, 32Al layers/Fe powder/16Al layers, 64Al layers/Fe powder/16Al layers at the temperature range of 650-660 degrees of Celsius, time of 5-15 minutes. The evolution of macrostructure and microstructure of packs to the composite sample was presented (tab.1, figs 4-6). It was stated that after incubation period fine particles of Al3Fe were formed by SHS process. The intermetallic was surrounded with aluminium very closely. The microhardness of such composite layer was almost three times higher than welded aluminium foil (tab. 2). The amount of the layers of aluminium foil in the initial packets influenced on the final cross section of composite layered system.

20

Sinker electrical-discharge machining of aluminium matrix composites

Cichosz P., Karolczak P.

Materials Science Poland

|

2008

|

Vol. 26, No. 3

548--554

EN

Principal features of aluminium matrix composites are put forward. Emphasis is put on temperatures of melting and coefficients of heat conduction of matrix and reinforcement. The paper presents results of electrical discharge machining of aluminium matrix composites with particular attention given to thickness of the defected layer after machining. Influence of various machining parameters on the behaviour of saffil fibres and matrix material in the affected zone is presented. Scanning micrographs and roughness measurements are used to analyse surface finish following machining. The influence of used current parameters on the quality of surface layer after electrical discharge machining is discussed. The results for composite materials are compared with those for aluminum alloys.