Metallographic analysis of surface layer after turning with laser-assisted machining of composite A359/20SiCp

• Autorzy: Przestacki D. , Szymański P.

Warianty tytułu

PL

Analiza metalograficzna warstwy wierzchniej kompozytu A359/20SiCp po toczeniu ze wspomaganiem laserowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The composite materials of Al/SiC are increasingly used in various industrial fields such as automotive, aerospace. However, making full use of composite materials is possible when effective methods of machining these materials are known. Due to the content of hard particles, these materials are classified to the group of hard to machine materials. One of the effective method to achieve better performance indicators for making machine parts and equipment is hybrid machining, by which, using the existing way of working, improves machinability. This process is achieved by simultaneously feeding extra heat to the cutting zone, for example by using a laser beam. The work reported here focus on analysis the composite microstructures of A359/20SiCp (F3S.20S DurAlcan™) heated by a laser beam and laser-assisted turned. During analysis of the microstructures of the composite material, the influence of the laser beam on the workpiece was determined and liquid, liquid-solid and neutral matrix zones were identified. The sample surfaces after conventional turning and laser-assisted turning were compared. From the surface layers of the composite there a zone of smaller contents of SiC particles during laser beam heating was determined. As the wedge works in the areas of liquid and liquid-solid, a reduction of the cutting forces, tool wear and the machined surface roughness is expected.

PL

Materiały kompozytowe typu Al/SiC znajdują coraz większe zastosowanie w różnych obszarach przemysłu, np. samochodowego, lotniczego. Jednakże pełne wykorzystanie materiałów kompozytowych możliwe jest w sytuacji, gdy znane są efektywne metody obrabiania tych materiałów. Z powodu zawartości twardych cząstek SiC materiały te zaliczane są do grupy trudno skrawalnych. Jednym z efektywnych sposobów uzyskania lepszych wskaźników użytkowych procesu kształtowania elementów maszyn i urządzeń jest obróbka hybrydowa, dzięki której, wykorzystując już istniejący sposób obróbki, osiąga się poprawę skrawalności poprzez jednoczesne doprowadzenie do strefy skrawania dodatkowej energii cieplnej, np. za pomocą wiązki lasera. W pracy zamieszczono analizę mikrostruktury kompozytu A359/20SiCp (F3S.20S DurAlcan™) toczonego ze wspomaganiem laserowym. Analizując mikrostruktury materiału kompozytowego, określono wpływ oddziaływania wiązki lasera na materiał obrabiany i wyznaczono strefę występowania osnowy ciekłej, ciekło-stałej oraz neutralnej. Porównano powierzchnie próbki toczonej zarówno tradycyjnie, jak i ze wspomaganiem laserowym. Wyznaczono z warstwy wierzchniej kompozytu nagrzewanego laserowo strefę o mniejszej liczbie cząstek SiC. Ponieważ ostrze porusza się w obszarach ciekłej i ciekło-stałej osnowy, należy spodziewać się zmniejszenia siły skrawania, zużycia ostrza oraz chropowatości obrobionej powierzchni.

Słowa kluczowe

EN

laser assisted machining; metal matrix composite; composite microstructure

PL

skrawanie ze wspomaganiem laserowym; kompozyty metalowe; mikrostruktura kompozytu

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 2
• Strony: 102--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Przestacki D.

autor

Szymański P.

• Poznan University of Technology, Institute of Mechanical Technology, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, Poland,

Bibliografia

• [1] Lin C.B., Hung Y.W., Liu W.C., Kang S.W., Machinability and fluidity of 356Al/SiC(p) composites, Journal of Materials Processing Technology 2001, 110, 152-159.
• [2] El-Gallab M., Sklad M., Machining of Al/SiCp metal matrix composites part II: Workpiece surface integrity, Journal of Materials Processing Technology 1998, 83, 277-285.
• [3] Sahin Y., The effects of various multilayer ceramic coatings on the wear of carbide cutting tools when machining metal matrix composites, Surface & Coatings Technology 2005, 199, 112-117.
• [4] Tomac N., Tonnesen K., Machinability of particulate aluminum matrix composites, Annals of the CIRP 1992, 41(1), 55-58.
• [5] Cronjager L., Machining of fibre and particle-reinforced aluminum, Annals of the CIRP 1992, 41(1), 63-66.
• [6] Monaghan J., O’Reilly P., Machinability of an aluminum alloy: silicon carbide metal matrix composite, J. Process. Adv. Mater. 1992, 2, 37-46.
• [7] Weinert K., A consideration of tool wear mechanism when machining metal matrix composites (MMC), Annals of the CIRP 1993, 42(1), 95-98.
• [8] Anderson M., Patwa R., Shin Y.C., Laser-assisted machining of Inconel 718 with an economic analysis, International Journal of Machine Tools & Manufacture 2006, 46, 1879-1891.
• [9] Barnes S., Morgan R., Skeen A., Effect of laser pretreatment on the machining performance of aluminum/SiC MMC, Journal of Engineering Materials and Technology 2003, 125, 378-384.
• [10] Kawalec M., Barbacki A., Pertek-Owsianna A., Jankowiak M., Nowak I., Zastosowanie lasera technologicznego CO2 do doskonalenia właściwości warstwy wierzchniej stali oraz wspomagania toczenia twardej ceramiki konstrukcyjnej Si3N4, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, Nr 2 spec., Poznań 2004, 24, 139-157.
• [11] Jankowiak M., Zużycie ostrzy z różnych materiałów narzędziowych podczas wspomaganego laserowo procesu toczenia twardej ceramiki Si3N4, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2008, 28, 2, 169-182.
• [12] Oczoś K.E., Hybrydowe procesy obróbki ubytkowej - istota, przykładowe procesy, wyzwania rozwojowe, Mechanik 2000, 5-6, 315-320.
• [13] Rozzi J.C., Pfefferkorn F.E., Incropera F.P., Shin Y.C., Transient, three dimensional heat transfer model for the laser assisted machining of silicon nitride: I. Comparison of predictions with measured surface temperature histories, International Journal of Heat and Mass Transfer 2000, 43, 1409-1424.
• [14] Chryssolouris G., Anifantis N., Karagiannis S., Laser assisted machining: an overview, Journal of Manufacturing Science and Engineering 119, 766-769.
• [15] Jankowiak M., Przestacki D., Nowak I., Effect of CO2 laser beam applied during machining of SiC particle reinforced aluminum matrix composites, 5th International PhD Conference on Mechanical Engineering, Pilsen, Czech Republic 1997, September 6-8, 225-228.
• [16] Sobczak J., Kompozyty metalowe, Instytut Odlewnictwa, Instytut Transportu Samochodowego, Kraków-Warszawa 2001.
• [17] Przestacki D., Mazur P., Wzorcowanie termometrów bezkontaktowych, Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, seria BMiZP, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2006, 3, 45-50.
• [18] Przestacki D., Jankowiak M., Investigation of temperature gradient during surface heating by laser beam, 3rd International Scientific Conference with Expert Participation - MANUFACTURING 2010, Poznań 2010, 166.