BazTech - Yadda

1

The comparison of the effect of powder morphology on the microstructure and mechanical properties of WC-Co-Cr coatings HVOF-sprayed on substrates made of alloy AZ31

Górnik Monika, Jonda Ewa, Łatka Leszek

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2022

|

Vol. 66, No. 6

7--14

EN

The paper presents results of comparative tests concerning the effect of the morphology and particle size of the WC-Co-Cr coating material on the microstructure and mechanical properties of coatings sprayed (using the high velocity oxy-fuel method (HVOF)) on substrates made of magnesium alloy AZ31. The tests involved the use of two types of commercial powders, i.e. agglomerated and sintered powder (AS) (Höganäs, Amperit 558.074) and sintered powder (S) (Höganäs, Amperit 554.071). The microstructures of the coatings were observed using digital light microscopy and scanning electron microscopy. The tests also involved the determination of porosity and roughness as well as measurements of instrumental hardness (HIT) and Young’s modulus (EIT ). The microscopic observations revealed that the coatings were characterized by the relatively compact, dense and uniform structure as well as good adhesion to the substrate. The porosity of the S-type coating was approximately 1.5 times higher than that of the AS-type coating. In addition, the S-type coating was visibly thinner (than the AS-type coating), which could be ascribed to a lower powder feed rate applied during the spraying process. The surface of the AS-type coating was characterized by lower roughness (Ra = 4.5 ± 0.1 μm) than that of the S-type coating (Ra = 5.8 ± 0.3 μm). The differences in terms of instrumental hardness (HIT) and instrumental Young’s modulus (EIT) were also small. However, it could be noticed that the more compact structure and lower porosity of the AS-type coating resulted in the obtainment of slightly higher values of both HIT and EIT.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań porównania wpływu morfologii oraz wielkości cząstek materiału powłokowego WC-Co-Cr na mikrostrukturę i własności mechaniczne powłok natryskiwanych płomieniowo naddźwiękowo (High Velocity Oxy-Fuel) na podłoże ze stopu magnezu AZ31. Do badań wybrano dwa rodzaje handlowego proszku: aglomerowany i spiekany (AS) – Höganäs, Amperit 558.074 oraz spiekany (S) – Höganäs, Amperit 554.071. Obserwacje mikrostruktur wytworzonych powłok wykonano przy użyciu mikroskopów: cyfrowego świetlnego oraz skaningowego elektronowego. Określono także porowatość i chropowatość oraz zmierzono twardość instrumentalną (HIT) i moduł Younga (EIT). Na podstawie wykonanych obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że wytworzone powłoki charakteryzują się stosunkowo zwartą, gęstą oraz jednolitą strukturą i dobrze przylegają do podłoża. Porowatość powłoki S jest ok. 1,5 razy większa niż w przypadku powłoki AS. Ponadto charakteryzuje ją widocznie mniejsza grubość niż powłoki AS, co jest związane z mniejszym wydatkiem podawania proszku w trakcie procesu natryskiwania. Powierzchnia powłoki AS odznacza się mniejszą chropowatością niż powłoki S, odpowiednio: Ra = 4,5 ± 0,1 µm i Ra = 5,8 ± 0,3 µm. Różnice w wartości twardości instrumentalnej (HIT) oraz instrumentalnego modułu Younga (EIT) są również niewielkie, jednakże można zauważyć, że bardziej zwarta budowa oraz niższa porowatość powłok AS wpływają na uzyskanie nieznacznie wyższych wartości zarówno HIT, jak i EIT.

2

Comparative Analysis of Mechanical Properties of WC-based Cermet Coatings Sprayed by HVOF onto AZ31 Magnesium Alloy Substrates

Jonda Ewa, Łatka Leszek

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2021

|

Vol. 15, no 2

57--64

EN

Magnesium alloys are very interesting engineering materials due to their very high strength to density ratio (the best among metallic alloys). However, because of low hardness as well as low resistance against erosion, abrasion and corrosion, their applications in the industry is very limited. In order to improve mechanical performances, deposition of hardening coating by thermal spraying was proposed. In this work, the WC-based coatings with different binder (Co or Ni) and co-hardening additives (Cr or Cr3C2) manufactured by high velocity oxy-fuel (HVOF) were studied. These coatings were deposited onto AZ31 magnesium alloy. The crucial problem is obtaining good-adhered coating without damage the substrate, because of relatively low temperature resistance of magnesium alloys (about 300 °C). To solve this problem, HVOF method, which is low temperature and high velocity, was proposed. Also an important role plays process parameters (e.g. spray distance, fuel medium, type of nozzle). The goal of the study was to compare three types of cermet coatings manufactured from commercially available powders (WC-Co, WC-Co-Cr and WC-Cr3C2-Ni) in terms of their microstructure features, microhardness, instrumented indentation and fracture toughness. Results revealed that selected process parameters made it possible to obtain well-adhered coating with good fulfillment of the surface unevenness of the AZ31 substrate. The most noticeable effect was influence of cobalt matrix on higher hardness (1.4 – 1.6 GPa) and Young modulus (330 – 340 GPa) of deposited coatings in compare to the nickel matrix ones (1.2 GPa and 305 GPa, respectively). The same trend was observed in case of fracture toughness, c.a. 6.5 MPa·m1/2 for Co-matrix and 4.9 MPa·m1/2 for Ni-matrix

3

Experimental Analysis of FSW Process Forces

Balawender Tadeusz, Myśliwiec Piotr

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2020

|

Vol. 44, nr 2

51--56

EN

This paper presents the results of research work on linear friction stir welding (FSW) of magnesium AZ31 and aluminum 2024 alloys. During the FSW process, forces exerted by a tool on joined materials were measured. The measurements of forces were taken in three directions, vertical (Z axis) and horizontal (X and Y axes) directions, using high-sensitive piezoelectric dynamometer. The force analysis was done for three stages of welding process: plunging, dwelling, and welding. Conclusions regarding the force reaction of materials to be welded were formulated. It was found that the first two stages of the process, plunging and dwelling, are very important for the correct welding. In the plunging stage, a tool exerts the greatest forces and unit pressures (at the Z direction) on joined materials; during the dwelling stage, thermal conditions of the process are established. The welding stage was divided into two substages: the initial unstable and the subsequent long-term stabilized one.

4

Łączenie blach ze stopu magnezu AZ31 metodą przetłaczania na gorąco

Gronostajski Z., Bartczak B.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2017

|

R. 62, nr 7

3--6

PL

W artykule opisano metodę przetłaczania na gorąco do łączenia blach ze stopu magnezu AZ3 7. Łączenie poprzez przetłaczanie polega na lokalnym wtłoczeniu jednej blachy w drugą, aby zablokować dno blachy wtłoczonej względem blachy wytłaczanej. Próby rozciągania wykazały, że badany stop osiąga dobrą plastyczność w temperaturach powyżej 300°C. Zaprojektowano specjalne stanowisko, na którym stop magnezu był nagrzewany oporowo do temperatury ok. 350°C, a następnie klinczowany. W obserwacjach makroskopowych nie zaobserwowano żadnych wad połączeń. Wykonane badania wytrzymałościowe w warunkach statycznych i dynamicznych, potwierdziły poprawność wykonania złączy.

EN

The method of the hot clinching of magnesium alloy sheets joining is presented. Clinching is a bulk-sheet metal-forming process aimed at joining thin metal sheet without additional components, using special tools to plastically form an interlock between two or more sheets. The tensile test proved that the researched magnesium alloy has good workability at temperature 300X. The special device was designed where the sheets of magnesium alloys were joined at temperature 350X and then clinching. The dynamic and static tensile test of joining and the macroscopic observation confirm good quality of joining.

5

Komputerowe wspomaganie projektowania procesu tłoczenia w podwyższonej temperaturze na przykładzie wytwarzania elementu ze stopu magnezu

Ambroziński M., Rauch Ł., Paćko M., Gronostajski Z., Kaczyński P., Jaśkiewicz K., Krawczyk J.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 1

59--62

PL

Praca stanowi część projektu, którego celem jest ocena możliwości wykorzystania wyrobów ze stopów magnezu w elementach konstrukcyjnych nadwozi samochodowych. Motywacją do przeprowadzenia badań było dążenie do obniżenia masy komponentu z zachowaniem jego dotychczasowych funkcji konstrukcyjnych. Skupiono się na wykorzystaniu symulacji numerycznej procesu wytwarzania elementu wspornika będącego częścią usztywniającą konstrukcję belki wzmacniającej układ kierowniczy samochodu. Zbadano laboratoryjnie stop magnezu AZ31 i przeprowadzono symulacje numeryczne uwzględniające zachowanie się materiału podczas formowania w podwyższonych temperaturach. Przedstawiono uzyskane wyniki oraz ocenę przydatności stopów magnezu do wybranego zastosowania.

EN

This work represents a segment of the investigation project work intended to review the prospects of application magnesium alloy materials for production of the car chassis parts. The need for the research has aroused from the concept of replacing the conventional heavy steel parts with the lightweight magnesium alloy substitutes revealing however equivalent strength and functional properties. The study focused on numerical simulation of the manufacturing process specified for the bracket supporting the steering system reinforcing beam. Laboratory tests of the magnesium alloy grade AZ31 material were performed and numerical simulations were conducted with due consideration given to material behavior when formed at elevated temperatures. Finally presented are the results of the tests and prospects of application of the magnesium alloys for selected purposes.

6

Analiza procesu tłoczenia elementu nadwozia pojazdu samochodowego ze stopu magnezu AZ31

Gronostajski Z., Jaśkiewicz K., Chorzępa W.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 9

393--397

PL

Rosnące zainteresowanie wykorzystaniem lekkich materiałów konstrukcyjnych o zadawalających właściwościach mechanicznych, zmusza ośrodki naukowe i badawcze do opracowania dokładnych metod projektowania procesów kształtowania, dla których niezbędne są dane zebrane podczas rzeczywistych eksperymentów, pozwalające na poprawne opracowanie technologii wytwarzania. Jednym z takich materiałów, z powodzeniem stosowanych od wielu lat w różnych dziedzinach przemysłu, są stopy magnezu. W ostatnich latach wzrasta rola magnezu i jego stopów, jako szczególnie użytecznego materiału konstrukcyjnego. Decyduje o tym z jednej strony niewielka masa właściwa stopów magnezu i coraz niższa cena. Z drugiej strony, ciągłe polepszanie właściwości materiałowych i technicznych stopów magnezu umożliwia doskonalenie metod kształtowania gotowych wyrobów. Należy jednak pamiętać, że projektowanie technologii wytwarzania gotowych wyrobów ze stopów magnezu, szczególnie stopów przeznaczonych do kształtowania plastycznego, napotyka na szereg problemów związanych ze zjawiskami hamującymi procesy obróbki plastycznej [1−3]. Celem pracy była analiza procesu kształtowania wspornika ze stopu AZ31, będącego częścią złożenia belki poprzecznej w samochodzie osobowym oraz określenie podstawowych założeń niezbędnych do przeprowadzenia poprawnego tłoczenia.

EN

The increasing interest in the use of light construction materials with satisfactory mechanical properties requires from scientific and research centres to develop precise methods of designing forming processes, for which it is necessary to have at one’s disposal the data collected during the actual experiments, making it possible to properly develop the production technology. One of these materials, having been successfully applied for many years in various industrial branches, is magnesium alloys. In the recent years, the role of magnesium and its alloys has increased as an exceptionally useful construction material. On the one hand, this is because of the low mass density of magnesium alloys and the increasingly low price. On the other hand, the continuous improvement of the material and the mechanical properties of magnesium alloys make it possible to perfect the methods of forming ready products. One should, however, remember that designing technologies of manufacturing ready products made of magnesium alloys, especially alloys for plastic forming, faces problems related to the phenomena which inhibit the process of sheet metal forming [1−3]. The aim of this work was to analyze the process of shaping the bracket alloy AZ31, which is a part of an automobile cross-beam and to define the basic principles needed to perform the correct stamping.

7

Trwałość wysokocyklowa stopów metali lekkich

Cieśla M., Marek A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2015

|

Vol. 82, nr 8

546--548

PL

Praca dotyczy badań zmęczenia wysokocyklowego przerabianych plastycznie stopów metali lekkich, mających zastosowanie między innymi w technice lotniczej. Przydatność stopów metali lekkich na elementy konstrukcyjne urządzeń determinowana jest, oprócz ich niskiej gęstości, także szeregiem korzystnych właściwości mechanicznych, a w przypadku zastosowań na elementy środków transportu dodatkowo dobrą wytrzymałością zmęczeniową. Materiał do badań stanowiły pręty po przeróbce plastycznej na gorąco ze stopów magnezu AZ31 i AZ61, dwufazowego stopu tytanu Ti-6Al-4V oraz stopu aluminium 2017A (T451). Do badań zmęczenia wysokocyklowego w warunkach zginania obrotowego przy współczynniku asymetrii cyklu R= −1 wykonano próbki walcowe o średnicy d0=8 mm. Przeprowadzono próby w zakresie ograniczonej wytrzymałości zmęczeniowej. Na podstawie uzyskanych wyników opracowano charakterystyki trwałości zmęczeniowej badanych materiałów. W badaniach zmęczenia wysokocyklowego największą trwałość wykazał stopu tytanu Ti-6Al-4V.

EN

The paper refers to the research on high-cycle fatigue of wrought light metal alloys, applied, inter alia, in the aviation technology. Usefulness of the light metal alloys for various structural components is determined, apart from their low density, by a number of favourable mechanical properties and in the case of their use for components of transport means - additionally by good fatigue strength. The material for the research consisted of hot-worked rods made of AZ31 and AZ61 magnesium alloys, Ti-6Al-4V two-phase titanium alloy and 2017A (T451) aluminium alloy. Cylindrical specimens with a diameter of d0 = 8 mm were made for the fatigue test under high-cycle rotary bending conditions with the cycle asymmetry coefficient R = −1. The tests were carried out for a limited fatigue strength range. Based on the obtained results, fatigue life characteristics of the tested materials were drawn up. It was found that the Ti-6Al-4V alloy has the longest fatigue life.

8

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne stopu AZ31 po procesie walcowania na gorąco

Bednarczyk I., Niewielski G., Kuc D.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2013

|

Vol. 80, nr 8

508--511

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości mechanicznych taśm ze stopu magnezu AZ31 po procesie walcowania na gorąco. Procesowi walcowania poddano pasma odlewane o grubości 5 mm. Walcowanie prowadzono w zakresie temperatury od 450˚C do 300˚C na grubość końcową od 2,8 do 0,9 mm. Na podstawie badań strukturalnych stwierdzono, że zastosowanie gniotów powyżej 45% i temperatury końca walcowania około 300˚C umożliwia otrzymanie taśm bez pęknięć i zawalcowań. Stop AZ31 po walcowaniu wykazuje korzystne właściwości mechaniczne oraz charakteryzuje się drobnoziarnistą strukturą, bez widocznych obszarów ziarn pierwotnych.

EN

The paper presents the results of microstructure and mechanical properties tests of bands made of magnesium alloy AZ31 after the process of hot rolling. Rolling was conducted on bands casted in thickness of 5mm. Rolling was conducted in temperature range from 450˚C to 300˚C to achieve final thickness from 2,8 to 0,9 mm. It was concluded on the basis of structural tests that the application of drafts above 45% and temperature of rolling end of 300˚C makes it possible to keep the band without crackings and cold shuts. Alloy AZ31 after rolling shows beneficial mechanical properties and is characterised with fine-grained structure without visible areas of primary grains.

9

Thermo-Mechanical Analysis of a Lever Preform Forming from Magnesium Alloy AZ31

Tomczak J., Pater Z., Bulzak T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 4

1211-1218

EN

This paper presents the results of numerical analysis of metal forming process of a lever preform from magnesium alloy AZ31, which will be used as a semi-finished product in the forging process of a lever part. Presently, the lever forging is formed from semi-finished product in the form of a bar, which is connected with large material losses. Numerical simulations were made for two different metal forming methods: forging longitudinal rolling and cross-wedge rolling. Calculations were conducted basing on finite element method (FEM), applying commercial software DEFORM-3D. Geometrical models used in calculations were discussed. Simulations, made in conditions of three dimensional state of strain, allowed for determining distributions of strain intensity, temperature, cracking criterion, and mainly for determining the possibility of a lever preform manufacturing on the basis of rolling processes. Considering the obtained results of numerical simulations, the design of tools for semi-finished products rolling was worked out; these semi-finished products will be used for experimental verification of the lever preforms forming.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy numerycznej procesu kształtowania plastycznego przedkuwki dźwigni ze stopu magnezu AZ31, która posłuży jako półfabrykat w procesie kucia odkuwki dźwigni. Obecnie odkuwkę dźwigni kształtuje się z półfabrykatu w kształcie pręta, co związane jest z dużymi stratami materiałowymi. Symulacje numeryczne wykonano dla dwóch różnych metod kształtowania plastycznego: kuźniczego walcowania wzdłużnego oraz walcowania poprzeczno-klinowego. Obliczenia przeprowadzono w oparciu o metodę elementów skończonych (MES), wykorzystując komercyjny pakiet oprogramowania DEFORM-3D. Omówiono modele geometryczne zastosowane w obliczeniach. Symulacje przeprowadzone w warunkach przestrzennego stanu odkształcenia umożliwiły wyznaczenie rozkładów intensywności odkształcenia, temperatury, kryterium pękania, a przede wszystkim określenie możliwości wytwarzania przedkuwki dźwigni w oparciu o procesy walcownicze. W oparciu o uzyskane wyniki symulacji numerycznych opracowano konstrukcje narzędzi do walcowania półfabrykatów, które posłużą do weryfikacji doświadczalnej kształtowania przedkuwki dźwigni.

10

Corrosion resistance of AZ31 alloy after plastic working in NaCl solutions

Walke W., Przondziono J., Hadasik E., Szala J., Kuc D.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 45, nr 2

132--140

EN

Purpose: The purpose of the study was to assess corrosion resistance of magnesium alloy AZ31 (Mg-Al-Zn alloy) after plastic working in NaCl solutions. It presents currently applied methods of magnesium alloys plastic working. Basic groups of magnesium alloys that are used for plastic working have been discussed. Design/methodology/approach: Corrosion tests of AZ31 alloy were carried out in solution with concentration of 0.01-2 M NaCl with application of the system for electrochemical tests VoltaLab®PGP201. Resistance to electrochemical corrosion was evaluated on the ground of registered anodic polarisation curves by means of potentiodynamic method. Immersion tests were carried out in NaCl solutions in the time of 1-5 days. Scanning microscopy enabled to present microstructure of AZ31 after immersion tests. Findings: Results of all carried out tests explicitly prove deterioration of corrosion properties of magnesium alloy AZ31 with the increase in molar concentration of NaCl solution. Practical implications: It was determined that irrespective of molar concentration of NaCl solution pitting corrosion was found in the tested alloy. It proves that application of protective coating on elements made of the tested alloy is necessary. Originality/value: Literature gives the results of corrosion tests with reference to cast alloy AZ31. Tests of corrosion resistance of hot rolled AZ31 in chloride solutions have been made for the first time.

11

Badania odporności na korozję elektrochemiczną stopu magnezu AZ31

Przondziono J., Walke W.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2009

|

Vol. 76, nr 8

650-653

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odporności na korozję elektrochemiczną odlewanego i przerabianego plastycznie stopu magnezu AZ31. Pomiary realizowano w roztworze 1,35 % NaCl z wykorzystaniem systemu do badań elektrochemicznych VoltaLabŽPGP201. Na podstawie zarejestrowanych krzywych polaryzacji wyznaczono charakterystyczne wielkości opisujące odporność stopu na korozję elektrochemiczną, tj.: potencjał korozyjny, opór polaryzacyjny, gęstość prądu korozyjnego, a także szybkość korozji. Porównano odporność na korozję wżerową stopu AZ31 w zależności od stanu jego dostawy.

EN

The work presents the results of electrochemical corrosion tests of cast and plastic formed magnesium alloy AZ31. The tests were performed in 1,35 % NaCl solution with the use of electrochemical testing system VoltaLabŽPGP201. On the ground of recorded polarization curves, typical characteristics that describe electrochemical corrosion have been determined, i.e.: corrosion potential, polarization resistance, corrosive current density and corrosion rate. Resistance to pitting corrosion of AZ31 was compared depending on its delivery condition.

12

Effects in the texture and mictostructure in some metals of cubic and heksagonal symmetry caused by the change of the rolling direction

Pospiech J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 1

83-87

EN

In the present paper texture and microstructure effects which are released after the change of the deformation path in metals are displayed. The effects are characterized by experimental results selected from earlier studies for some metals of cubic and hexagonal symmetry. The observed effects result directly from the instability of the texture and microstructure with respect to the modified geometry of deformation. A consequence of the change of the geometry of deformation is at the same time a reduction of the global strain hardening which causes that the observed changes are rapid and dynamic. The presented results which were obtained in the rolling process of copper, copper alloy and magnesium alloy show strong effects of destabilization after the change of the rolling direction and after a relatively small amount additional deformation. The performed investigations, were inspired by works published in the 1990s mainly by A.Korbel.

PL

Prezentowane są efekty w teksturze i mikrostrukturze metali wywołane zmiany drogi plastycznego odksztalcenia. Są one charakteryzowane wynikami eksperymentalnymi, które wybrano z wcześniejszych prac dla niektórych metali sieci regularnej i heksagonalnej. Obserwowane efekty wynikają bezpośrednio z niestabilności tekstury i mikrostruktury względem zmienionej geometrii odksztalłenia. Skutkiem zmiany geometrii odkształcenia jest równocześnie redukcja globalnego umocnienia, co powoduje, że zachodzace zmiany są szybkie i dynamiczne. Przedstawione wyniki, które uzyskano w procesie walcowania miedzi, stopu miedzi i stopu magnezu, pokazują efekty destabilizacji po zmianie kierunku walcowania, po względnie małych dodatkowych odkształceniach. Wykonanie eksperymentów inspirowane było pracami A.Korbla w latach 90-tych.

13

The effect of the rolling geometry on the texture and microstructure in AZ31 and copper

Pospiech J., Ostafin M., Schwarzer R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2006

|

Vol. 51, iss. 1

37-42

EN

The destabilization phenomena in texture and microstructure caused by the change of the deformation path are considered in an AZ31 magnesium alloy. The study, based on individual grain orientation measurements in the SEM by COM/EBSD, is a continuation of earlier investigation on copper. The phenomena in materials caused by the destabilization provide new information about the mechanism of plastic deformation and its structure-texture effects which are valuable for the solving basic problems of controlling mechanical properties.

PL

Przedmiotem pracy jest zjawisko destabilizacji w teksturze i mikrostrukturze wywołane zmianą drogi odkształcenia w stopie magnezu AZ31 i w miedzi. Badania oparte na pomiarach pojedynczych orientacjach techniką COM/EBSD w SEM, stanowią kontynuację wcześniejszych prac nad miedzią. Zjawiska w materiałach wywołane destabilizacją dostarczają nowych informacji cennych dla rozwiązania podstawowych problemów sterowania właściwościami mechanicznymi.