PL
 |
EN
Preferencje help
Polish version English version Język
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 22

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
1
Content available remote Synthesis of Ni3Al composites reinforced by TiC, WC, ZrC, NbC, TaC - carbide particles
Janas A., Kolbus A., Olejnik E.
Kompozyty
|
2011
|
R. 11, nr 2
114-119
EN
Metal matrix composites (MMCs) dispersion hardened with particles are a product of modern and advanced technology. The functional properties of these materials depend on the type, size and volume fraction of the particles of the reinforcing phase, on the type of matrix, and on the method of fabrication. This study describes composite materials based on nickel aluminide Ni3Al reinforced with ceramic particles of the carbides of metals such as W, Ti, Nb, Zr, and Ta, fabricated by the "in situ" SHSB method patented by the Faculty of Foundry Engineering, AGH University of Science and Technology. The most serious drawbacks of the commonly applied "ex situ" methods are microporosity, gravity segregation, and poor wettability of the particles by the liquid metal matrix. All these drawbacks can be avoided when the "in situ" method is applied. In this paper, the selected method was the "in situ" synthesis of the carbides of titanium, tungsten, zirconium, niobium and tantalum by a spontaneous exothermic reaction taking place in an Ni3Al alloy melt. The selection of the intermetallic compound Ni3Al as the composite matrix was dictated, among others, by its ability to become plastic, and by its high resistance to oxidation in a wide range of temperatures, combined with the high resistance to creep and tribological wear. The particles of TiC, WC, ZrC, NbC, and TaC were selected as the reinforcement of the composites. The techniques used in the investigation microstructures of the experimental materials included scanning microscopy and X-ray microanalysis.
PL
Kompozyty o osnowie metalowej (MMCs) umacniane dyspersyjnymi cząstkami są wytworem nowoczesnej technologii. Właściwości użytkowe tych materiałów zależą od typu, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy zbrojącej, od doboru osnowy oraz od metody ich wytwarzania. Prezentowana praca przedstawia opis materiałów kompozytowych na osnowie aluminidu niklu Ni3Al, umacnianego cząstkami ceramicznymi węglików takich metali, jak W, Ti, Nb, Zr i Ta, wytworzonych metodą "in situ" SHSB opatentowaną na Wydziale Odlewnictwa AGH. Największymi wadami powszechnie stosowanej metody "ex situ" są: mikroporowatość kompozytów, segregacja grawitacyjna oraz zła zwilżalność cząstek przez ciekłą osnowę metaliczną. Wad tych można uniknąć, stosując wybraną w niniejszej pracy metodę "in situ" syntezy węglików tytanu, wolframu, cyrkonu, niobu i tantalu drogą samorzutnej reakcji egzotermicznej w kąpieli stopu Ni3Al. Wybór jako osnowy związku międzymetalicznego Ni3Al podyktowany był między innymi możliwością jego uplastycznienia, wysoką odpornością na utlenianie w szerokim zakresie temperatur, a także wysoką odpornością na pełzanie i zużycie trybologiczne. Jako umocnienie kompozytów wybrano cząstki następujących węglików: TiC, WC, ZrC, NbC oraz TaC. Do badań strukturalnych otrzymanych materiałów wykorzystano metody mikroskopii skaningowej oraz mikroanalizy rentgenowskiej.
2
Content available remote Effect of solidification conditions on microstructure of Ni3Al/C composite
Janas A., Olejnik E., Kolbus A., Kmita A.
Kompozyty
|
2011
|
R. 11, nr 3
220-224
EN
The influence of the solidification conditions on the microstructure of an Ni3Al/C composite, i.e. an engineering material in which the role of a lubricating phase, usually performed by reinforcing phases, is played by carbon, has been studied. When proper conditions are observed, a nickel-aluminium alloy composed in 87 wt. % of nickel and in 13 wt. % of aluminium, containing moreover carbon in an amount of 2.5 wt. %, forms in the solidification process a natural Ni3Al/C "in situ" composite. The composite matrix is nickel aluminide characterised by very interesting functional properties, particularly high strength at elevated temperatures. An inspiration to these studies was the surprisingly similar microstructure observed in different types of cast iron and in the fundamentally different, in regard to chemical composition, structure and microstructure, nickel - aluminium alloy. The aim of the present study was to evaluate the effect of the solidification conditions on the shape of the precipitates of graphite particles. The morphologies of the graphite phases were examined and their chemical composition was determined.
PL
W pracy przedstawiono wpływ warunków krystalizacji na mikrostrukturę kompozytu Ni3Al/C. W materiale tym osnowę stanowi aluminid niklu Ni3Al wykazujący atrakcyjne właściwości wytrzymałościowe w wysokich temperaturach, a fazą smarującą jest grafit. Do wytworzenia osnowy kompozytu wykorzystano nikiel i aluminium o udziale atomowym odpowiadającym stechiometrii fazy Ni3Al. Wytopy prowadzono w piecu próżniowym w atmosferze argonu. Fazę smarującą otrzymano wprowadzając do ciekłego stopu 2.5% wagowych grafitu. W celu zapewnienia różnych warunków krystalizacji przygotowane stopy odlewano do różnych form, tj. molochitowej, kokili chłodzonej na powietrzu, kokili chłodzonej ciekłym azotem. Jeden ze stopów pozostawiono w tyglu w celu uzyskania bardzo wolnej krystalizacji. Proces krzepnięcia stopów rejestrowano, wykorzystując standardową analizę termiczną. Przeprowadzone badania metalograficzne wykazały obecność w mikrostrukturze wydzieleń grafitu płatkowego i sferoidalnego oraz ich kombinacji. W przypadku dużych prędkości krystalizacji 25 i 100 K/s obserwowano w mikrostrukturze przewagę grafitu kulkowego. Mała prędkość chłodzenia 1 i 5 K/s sprzyjała krystalizacji grafitu płatkowego. Zaobserwowano również występowanie typowej eutektyki grafitowej przy prędkości 15 K/s.
3
Content available remote Composite layers fabricated by in situ technique in iron castings
Olejnik E., Janas A., Kolbus A., Grabowska B.
Kompozyty
|
2011
|
R. 11, nr 2
120-124
EN
The paper presents the results of studies on the development of 3 to 6 x 10−³ m thick composite layers in iron castings. The said layers are formed by an SHS reaction that occurs between the substrates, i.e. titanium and carbon, introduced into the mould. outcome is the synthesis of TiC carbides in a liquid alloy, where the hardness of these layers is 1950 MHV and the size ranges from 2 to 10 x 10 -6 m. Within the layer, locally coagulated clusters are formed. The stoichiometric mixture of titanium and carbon powders introduced to the mould, provokes changes in the alloy solidification conditions. This was confirmed by a DTA analysis, the results of which have indicated a change in the chemical composition of the alloy and local temperature rise in the reaction zone, amounting to 85 K respective of the remaining part of the casting.
PL
Przedstawiono wyniki badań dotyczące otrzymywania in situ warstw kompozytowych w odlewach z żeliwa. Powstają one w następstwie reakcji SHS (Self-Propagating High-Temperature Synthesis) zachodzącej pomiędzy wprowadzonymi do formy substratami, tj. tytanem i węglem. Inicjatorem reakcji jest zalewany do formy ciekły metal o temperaturze 1652 K. Wytworzone w wyniku burzliwej reakcji węgliki ulegają rozproszeniu w ciekłym metalu, tworząc po procesie krystalizacji osnowy warstwę kompozytową o grubości od 3 do 6 x 10-³ m. Wielkość uzyskanych faz ceramicznych o kształcie zbliżonym do owalnego wynosi od 2 do 10 x 10 -6 m. Tworzą one w obrębie warstwy lokalnie zwarte i skoagulowane formy, a ich maksymalna twardość wynosi 1950 MHV. Otrzymane krzywe TDA stopu bazowego oraz stopu zawierającego mieszaninę substratów reakcji SHS na dnie formy wskazują na różnice w procesie krystalizacji obu tych materiałów. Dotyczy to głównie krystalizacji stopu zawierającego substraty reakcji SHS, w którym obserwuje się brak efektu cieplnego wywołanego krystalizacją austenitu pierwotnego. Efekt ten widoczny jest w stopie bazowym. Wynik taki wskazuje na zmianę składu stopu wywołaną wprowadzonymi do formy proszkami, tj. tytanem i węglem. Ponadto silnie egzotermiczna reakcja syntezy węglików prowadzi do wzrostu temperatury w strefie reakcyjnej o 85 K.
4
Content available The composition of reaction substrates for TiC carbides synthesis and its influence on the thickness of iron casting composite layer
Olejnik E., Janas A., Kolbus A., Sikora G.
Archives of Foundry Engineering
|
2011
|
Vol. 11, iss. 2 spec.
165--168
EN
The effect of reaction substrates for the TiC carbide synthesis on the composite layer thickness produced in cast iron was examined. It was found that, at a constant weight of the charge amounting to 0.5 kg, changing the weight of the, placed in mould, stoichiometric mixture of titanium carbide (from 0.01 to 0.04 kg) changed the thickness of the composite layer from 1 to 15 mm. Carbides synthesis starts directly in mould induced by the temperature of molten alloy poured into this mould (1700 K). The TiC carbides formed in this reaction are later, i.e. during alloy solidification, acting as a base composite material. The size of TiC carbides obtained in the synthesis is from 1 to 10 μm. They occur in the layers as locally compact and coagulated forms. Microstructure, chemical composition and structure of the obtained materials were tested by scanning electron microscopy (SEM), X-ray microanalysis (EDS), and X-ray diffraction (XRD).
5
Content available remote The morphology of TiC carbides produced in surface layers of carbon steel castings
Fraś E., Olejnik E., Janas A., Kolbus A.
Archives of Foundry Engineering
|
2010
|
Vol. 10, iss. 4
39--42
EN
The study presents the results of investigations of the process of in situ fabrication of TiC carbides in a surface layer of carbon steel casting. Carbides were produced by SHS reaction taking place between the substrates deposited on mould surface and cast molten alloy. The thickness of the obtained layer was up to 700 μm, and the size of carbides was comprised in a range of 1-10μm. During alloy solidification in mould, a thermal analysis was carried out; its results were used in evaluation of the morphology of the obtained titanium carbides. It has been found that, at the moment of reaction, the temperature of the reaction layer and the temperature of the central part of casting differed by 93 K. This difference has changed the morphology of the obtained carbides. In the region of reaction layer, where the temperature amounted to 1955 K, the crystals assumed an oval and coagulated shape, while at the layer-casting interface, TiC carbides in the form of cuboids were formed.
6
Content available remote Morphology of graphite solidified in Ni3Al/C intermetallic
Fraś E., Janas A., Olejnik E., Kawalec M., Kolbus A.
Archives of Foundry Engineering
|
2010
|
Vol. 10, iss. 1 spec.
169--174
EN
The study presents the results of microstructural examinations of the Ni-Al-C alloy forming a natural Ni3Al/C composite, in which the precipitates of graphite are acting as a lubricating, slip phase. Different forms of graphite were described, starting with the fibrous shapes and ending in spheroidal forms, identical with the spheroidal graphite present in cast iron. The morphologies of graphite precipitates in the Ni3Al phase were compared to similar precipitates observed in ferrous alloys with high carbon content.
7
Content available remote Fabrication of in situ composite layer on cast steel
Fraś E., Olejnik E., Janas A., Kolbus A.
Archives of Foundry Engineering
|
2010
|
Vol. 10, iss. 1 spec.
175--180
EN
The study describes the technology of fabrication of composite layers in cast steel reinforced with titanium carbides. In the process under discussion, the reinforcing TiC phase is formed in situ from the substrates deposited on mould cavity, where the said substrates under the effect of heat supplied by molten metal poured into mould (1823K) undergo a synthesis in the SHS reaction. An outcome of this process is the formation, within the casting surface, of a layer from 550 to 1200μm thick. Carbides produced in this synthesis have the size from 0,5 to 20μm and a non-typical spheroidal shape. The hardness of the produced layer examined in function of the distance from the casting surface is from 700 to 1134 HV, and is determined by volume fraction of the reinforcing TiC phase. To better document the type of microstructure obtained in the produced material, metallographic and structural examinations were carried out using the method of scanning electron microscopy (SEM), X-ray microanalysis (EDS/EDX), and phase analysis (XRD). To check the mechanical properties of the examined material, hardness was measured by the Vickers test.
8
Content available remote On the character of matrix-reinforcing particle phase boundaries in MeC and MeB (Me= W, Zr, Ti, Nb, Ta) in-situ composites
Janas A., Kolbus A., Olejnik E.
Archives of Metallurgy and Materials
|
2009
|
Vol. 54, iss. 2
319-327
EN
In metal matrix composites (MMCs), the character of the matrix-reinforcing particle phase boundaries has very important effect on the utilisation properties of these materials. For some composites like Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC, AlSi/SiC and Za27/NiAl, the properties of these phase boundaries were discussed in detail in study [1]. From this study it follows that during the in-situ composite synthesis by SHSB route, the solidification process results in the formation of large internal stresses, due to differences that have been observed to exist in the values of the coefficients of thermal expansion and elastic modulus between the matrix and reinforcing particles [2,3]. According to A. Mortensen [4], the differences in the thermal expansion that occur between the matrix and the reinforcing phase increase the density of dislocations in the structure, which may lead to the formation of microcracks. Besides these effects, alien phases, formed additionally in the process of composite synthesis, may appear at the phase boundaries. These are usually the undesired phases, weakening the bond that should exist between the matrix and the reinforcing particle. Both alien precipitates and the stresses have an important effect on the character of the phase boundaries and, indirectly, on the mechanical properties of composites fabricated by SHSB route [5,6,7]. The application of modern research methods, e.g. high-resolution electron microscopy (HREM), enables better understanding of the phenomena taking place at the matrix-reinforcing particle phase boundary. This study describes the investigations that have been carried out to prove the presence of internal stresses in the in situ composites. They are meant to complete the results presented in [1]. The main aim of the present study was to investigate the character of the matrix-ceramic particle phase boundary in, fabricated by the SHSB method, new composites from the group of the "in situ" materials, i.e. Ni3Al/WC, Ni3Al/ZrC, Ni3Al/NbC, Ni3Al/NbB [8] as well as Ni3Al/TaC and Ni3Al/TaB. Like in [1], also in this case, the techniques used in investigations included electron microscopy, scanning microscopy and X-ray microanalysis.
PL
Charakter granic międzyfazowych osnowa – cząstka w kompozytach metalowych typu MMCs ma zasadniczy wpływ na właściwości użytkowe tych materiałów. Charakter tych granic dla niektórych kompozytów: Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC, Al-Si/SiC oraz Za27/NiAl zostały szczegółowo przedstawione w pracy [1]. Wynika z niej, że przy syntezie kompozytów "in situ" metodą SHSB, po procesie krystalizacji, powstają duże naprężenia wewnętrzne wynikajace z różnic wartości współczynników rozszerzalności termicznej, oraz modułów sprężystości osnowy i cząstek wzmacniających [2,3]. Według A. Mortensena [4] to niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy osnową a umocnieniem jest przyczyną wzrostu gęstości dyslokacji w strukturze, co w następstwie może prowadzić do powstawania mikropeknięć. Oprócz tego na granicy rozdziału, mogą pojawiać się obce fazy, powstające dodatkowo w procesie syntezy kompozytu. Są to fazy zwykle niepożądane, osłabiające wiązanie osnowa -cząstka wzmacniająca. Zarówno obce wydzielenia jak i naprężenia mają decydujący wpływ na charakter granicy fazowej czyli pośrednio na właściwości mechaniczne otrzymywanych ta metoda kompozytów [5,6,7]. Zastosowanie nowoczesnych metod badawczych, m.in. wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej HREM, pozwala poznać opisane zjawiska na granicy międzyfazowej osnowa-cząstka wzmacniająca. W niniejszej pracy przedstawiono badania potwierdzające występowanie naprężeń wewnetrznych w kompozytach "in situ". Uzupełniają one wyniki badań prezentowanych w pracy [1]. Głównym celem prezentowanej pracy jest badanie charakteru granic osnowa – cząstka ceramiczna w wytworzonych metodą SHSB, innych, nowych materiałach kompozytowych, z grupy kompozytów "in situ" t.j. Ni3Al/WC, Ni3Al/ZrC, Ni3Al/NbC, Ni3Al/NbB [8] oraz Ni3Al/TaC i Ni3Al/TaB. Podobnie jak w pracy [1], do badań wykorzystano metody mikroskopii elektronowej, mikroskopii skaningowej i mikroanalizy rentgenowskiej.
9
Content available remote FGMs generated method SHSM
Fraś E., Olejnik E., Janas A., Kolbus A.
Archives of Foundry Engineering
|
2009
|
Vol. 9, iss. 2
123-128
EN
In this study, a new SHSF (Self-Propagating High-Temperature Synthesis in Mould) process of synthesis of the functionally gradient materials (FGMs) was described. The said method enabled generating a thin, sub-surface layer of the MMC type in two alloys, i.e. in cast iron/NbC and Ni3Al/NbC systems. The layer was composed of fine-dispersed niobium carbides present in high volume content. The cast iron/NbC and Ni3Al/NbC materials fabricated by the SHSF process were next subjected to metallographic and structural examinations, combined with testing of mechanical properties.
10
Content available remote Effect of gas corrosion on the character of phase boundaries in Ni3Al / WC composite
Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.
Archives of Foundry Engineering
|
2009
|
Vol. 9, iss. 2
87-92
EN
In view of quite specific physico-chemical and performance properties, the composite based on an intermetallic Ni3Al compound reinforced with tungsten carbides (WC) was selected for investigations. The said composite is characterised by very good mechanical and tribological properties within a wide range of temperatures, combined with good corrosion resistance. In fabrication of the Ni3Al/WC composite, a modified variant of the SHS process was applied. It is the SHSB process, i.e. the Self-Propagating High-Temperature Synthesis in Bath. The said method enables obtaining pure products of reaction, unoxidised and free from the precipitates of alien phases. The main goal of this study has been determination of the susceptibility of the Ni3Al/WC composite to gas corrosion. To examine the microstructure and chemical composition of both the composite and the scale, the metallographic and structural examinations were made, using optical and scanning microscopy.
11
Content available remote Cast in situ composites of Ni3Al / MeC type
Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.
Archives of Foundry Engineering
|
2009
|
Vol. 9, iss. 2
81-86
EN
In this work a new method SHSB (Self- Propagating High-Temperature Synthesis in Bath) has been used to produce of five new composites i.e.Ni3Al / TiC, Ni3Al / WC, Ni3Al / Zr, Ni3Al / NbC and Ni3Al /TaC (in the amount of carbides of 5% volume fraction.) The composites fabricated by the 'in situ' process, with the Ni3Al compound used as a matrix material and the reinforcement composed of Ti, W, Zr, Nb or Ta carbide particles were made. Fabrication of composites was carried out in Balzers vacuum furnace and conducted the process in the atmosphere of argon at a negative gas pressure of 0,5 MPa. After melting down of aluminium and completion of the exothermic reaction between mixing powder of carbon, aluminium, titanium or tungsten, zirconium, niobium and tantalum, boron in the form of Al-B 3% master alloy was introduced to alloy melt. From thus fabricated composites, the specimens were prepared for metallographic examinations, and scanning topographic analysis. It have been shown that the size of TiC and TaC particles was comprised in a range of up to 10 [...]. The NbC and ZrC carbides were characterised by the dimensions of up to 20 [...], while WC carbides were the largest (up to 80 [...].) In all the examined composites, the X-ray microanalysis revealed total absence of reaction products at the matrix reinforcing particle interface. The SHSB process eliminated the fundamental problem - reactivity of the matrix-particle system, observed in the ex situ methods .
12
Content available remote Wpływ prędkości wzrostu na kształt frontu krystalizacji w pobliżu cząstki fazy obcej
Olejnik E., Fraś E., Janas A., Kolbus A.
Archiwum Odlewnictwa
|
2006
|
R. 6, nr 18/1
331--338
PL
W pracy tej zarejestrowano w czasie rzeczywistym, zmiany kształtu frontu krystalizacji w funkcji prędkości V jego wzrostu. Wykorzystano do tego celu dwa kompozyty modelowe o różnej wartości stosunków współczynników przewodzenia ciepła cząstki i ciekłej osnowy α. Taki ich dobór, zgodnie z literaturą zapewniał tworzenie się wypukłego (K1) i wklęsły (K2) kształtu frontu. Obserwacje doświadczalnie potwierdziły dane literaturowe dla kompozytu K1 i K2, gdy front krystalizacji się nie przemieszczał. Jednak w przypadku, gdy front migrował początkowo z prędkością 0,1 μm/s, a następnie 0,15 μm/s, jego kształt ewoluował. W przypadku kompozytu K2 zaobserwowano zmianę kształtu frontu z wypukłego na wklęsły.
EN
In this work changes in the shape of the solid/liquid interface (s/l) in function of its growth velocity V were recorded in time. For this purpose two model composites characterised by different values of the reinforcing particle/liquid matrix heat conductivity ratios α were used. According to the technical literature, this choice of the values should ensure the formation of convex (K1) and concave (K2) shape of the s/l interface. Experimental observations confirmed the literature data for composites K1 and K2, when the s/l interface was not moving. However, when the front was moving at a velocity of 0,1 μm/s first, and 0,15 μm/s next, its shape was evoluting. In the case of composite K2 the shape of the solidification front was observed to change from convex to concave.
13
Content available remote Odlewane kompozyty „in situ” Ni3Al/MeC (Me-W, Zr)
Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.
Archiwum Odlewnictwa
|
2006
|
R. 6, nr 18/1
317--324
PL
Kompozyty o osnowie metalowej (MMCs), umacniane dyspersyjnymi cząstkami traktowane jako materiały zaawansowanej techniki są w centrum zainteresowania wielu ośrodków naukowo-badawczych. Wśród tych materiałów, interesującą i ważną grupę stanowią tzw. kompozyty „in situ” zwane także kompozytami drugiej generacji. W kompozytach „in situ” fazy wzmacniające powstają wskutek różnych reakcji przebiegających w ciekłym metalu, w jednym procesie metalurgicznym. Właściwości użytkowe tych materiałów zależą od typu, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy zbrojącej, rodzaju osnowy, oraz od metody ich wytwarzania. Zwykle osnową kompozytów metalowych są: czyste aluminium, magnez, tytan, kobalt, miedź bądź stopy tych metali. Jako fazy wzmacniające, stosuje się wysokotopliwe ceramiczne związki o dużej twardości, takie jak: węgliki, borki i azotki takich pierwiastków jak: tytan, hafn, wanad, wolfram, molibden, cyrkon lub niob. W pracy przedstawiono technologię wytwarzania nowej generacji odlewanych kompozytów in situ na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al, umacnianych węglikami cyrkonu i wolframu. Przeprowadzono badania strukturalne kompozytów oraz analizę kinetyki wzrostu cząstek fazy umacniającej, na przykładzie węglika wolframu. Na osnowę wybrano związek międzymetaliczny Ni3Al, uplastyczniony dodatkiem 0,05% wag.[1] boru, a jako fazę wzmacniającą zastosowano wysokotopliwe węgliki Zr i W, wygenerowane metodą SHSB [2]. Wybór jako osnowy fazy międzymetalicznej Ni3Al podyktowany został m.in. możliwością jej uplastycznienia mikrododatkiem boru oraz wysoką odpornością na utlenianie w szerokim zakresie temperatury, a także specyficzną cechą polegającą na wzroście właściwości wytrzymałościowych wraz ze wzrostem temperatury w zakresie 923-1123 K. Inne cechy charakterystyczne fazy Ni3Al, to wysoka odporność na pełzanie i zużycie trybologiczne, jak również podwyższona odporność na erozję kawitacyjną. Taki dobór materiału osnowy, gwarantuje dodatkowo uzyskanie korzystnego wskaźnika wytrzymałości względnej, Rm/ρ w kompozytach Ni3Al/MeC.
EN
Particulate-reinforced metal matrix composites are commonly considered to be the advanced materials of high technology, and as such are the main object of interest of numerous research and development centres. Among these materials, a very interesting and important group are the so called composites „in situ”, regarded as composites of the second generation. In composites „in situ” the reinforcing phases are created in one metallurgical process due to various reactions proceeding in molten metal. The useful properties of these materials depend on the type, size and volume fraction of the particles of the reinforcing phase, on the selected type of matrix material, and on the method of fabrication. In most cases, the matrix of metal composites is formed of the following materials: pure aluminium, magnesium, titanium, cobalt, copper, or respective alloys of these metals. As reinforcing phases are applied high-melting point and very hard particles of the ceramic compounds, like carbides, borides and nitrides of titanium, hafnium, vanadium, tungsten, molybdenum, zirconium, or niobium. In this paper a technology used to fabricate cast composites in situ of the new generation based on an intermetallic phase Ni3Al reinforced with carbides of both zirconium and tungsten has been described. The object of the presented research is a description of the composite structure and analysis of the kinetics of growth of the particles of a reinforcing phase, taking as an example tungsten carbide.
14
Content available remote Granice międzyfazowe osnowa-cząstka wzmacniająca w wybranych kompozytach „in situ” i „ex situ”
Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.
Archiwum Odlewnictwa
|
2006
|
R. 6, nr 18/1
297--304
PL
Podczas wytwarzania kompozytów MMCs wzmocnionych cząstkami pojawiają się problemy optymalizacyjne związane z charakterem granic międzyfazowych osnowa-cząstka wzmacniająca, np. przy syntezie węglika tytanu w kompozytach „in situ” Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC powstają duże naprężenia wewnętrzne, wynikające z różnic w wielkości współczynników rozszerzalności termicznej i modułów sprężystości [1, 2]. Naprężenia te mają istotny wpływ na właściwości mechaniczne kompozytów [3, 4, 5]. Dodatkowy problem, to reaktywność układu cząstka-osnowa co zaobserwowano w kompozycie ZA27/NiAl. Mikrostruktura i właściwości granicy rozdziału faz w kompozytach Al/TiC i Al/TiB2 (wytworzonych metodą SHSB) [6] były przedmiotem badań przy zastosowaniu transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Badano naprężenia wewnętrzne osnowy w pobliżu cząstek TiC i TiB2. Wykorzystując mikroskopię skaningową i mikroanalizę rentgenowską określono niejednorodność składu chemicznego na granicy cząstka-osnowa dla kompozytów: Ni3Al/TiC (otrzymanego metodą SHSB), AlSi/SiC (otrzymanego metodą infiltracji samorzutnej) i ZA27/NiAl otrzymanego (metodą mieszania.)
EN
During fabrication of particulate-reinforced MMCs some problems may arise as regards the optimisation of matrix-particle interphase boundaries, e.g. during the synthesis of titanium carbide in Al/TiC, Al/TiB2, and Ni3Al/TiC composites "in situ" high internal stresses are formed as a result of differences in the coefficients of thermal expansion and moduli of elasticity [1, 2]. The stresses exert an important effect on the mechanical properties of composites [3, 4, 5]. The additional problem is a reactivity of the matrix-particle system, observed in the ZA27/NiAl composite. The microstructure and properties at the interphase boundaries in Al/TiC and Al/TiB2 composites (fabricated by the SHSB process) [6] were the object of research using transmission electron microscopy. The internal stresses in the matrix in the vicinity of TiC and TiB2 particles were examined. Applying scanning electron microscopy and X-ray microanalysis, the non-homogeneity of chemical composition at the matrix-particle interphase boundary was determined for the following composites: Ni3Al/TiC (fabricated by SHSB), AlSi/SiC (fabricated by spontaneous infiltration), and ZA27/NiAl (fabricated by stirring.)
15
Content available remote Wpływ rodzaju fazy wzmacniającej na naprężenie płynięcia plastycznego wybranych kompozytów MMCs o osnowie aluminiowej
Fraś E., Kolbus A., Janas A.
Kompozyty
|
2003
|
R. 3, nr 6
120-124
PL
Kompozyty z osnową aluminiową są bardzo atrakcyjnym materiałem konstrukcyjnym, który charakteryzuje się wysokimi właściwościami trybologicznymi i mechanicznymi w połączeniu z bardzo korzystnym stosunkiem wytrzymałości do gęstości. Właściwości użytkowe tych kompozytów zależą od rodzaju, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy wzmacniającej, a także od doboru osnowy oraz metody wytwarzania. Tradycyjną metodą otrzymuje się kompozyty MMCs w procesie ex situ przez przygotowanie w odrębnym procesie fazy zbrojącej, którą następnie wprowadza się do materiału osnowy np. metodą mieszania. W procesie in situ faza wzmacniająca powstaje w wyniku reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy składnikami stopu w ciekłej kąpieli metalowej. Wybrano zmodyfikowany wariant metody SHS, tj. proces SHSB - samorzutnej egzotermicznej syntezy wewnątrz kąpieli metalowej [1, 2]. Metoda ta została zastosowana do otrzymania w procesie in situ kompozytów Al+TiC oraz Al+TiB2. Z czystych sproszkowanych materiałów - tytanu, aluminium, boru oraz węgla wykonano brykiety o stechiometrycznym składzie, zapewniającym możliwość zajścia syntezy odpowiednio TiC oraz TiB2. Brykiety te wprowadzano następnie do ciekłego stopu. Syntezę kompozytów zrealizowano w próżni, a gotowe materiały zostały odlane do stalowej kokili. W drugiej części eksperymentu przygotowano klasyczne kompozyty ex situ typu DURALCAN z cząstkami umacniającymi SiC. Z tak wykonanych odlewów kompozytów wycięto próbki do badań metalograficznych, strukturalnych i wytrzymałościowych. Wykonano badania rentgenostrukturalne oraz badania wytrzymałościowe, stosując izotermiczną próbę ściskania zarówno w temperaturze 293 K, jak i podwyższonej 623 K. Na podstawie otrzymanych wyników wykazano, że kompozyty typu Al-t-TiC mają wyższe właściwości wytrzymałościowe w porównaniu z kompozytami typu DURALCAN oraz Al+TiB2.
EN
Aluminium-based metal matrix composites are a very attractive material for constructions, characterised by high tribological and mechanical properties, effectively combined with a very advantageous strength-to-density ratio. The utilisation properties of these composites depend on the type, size and volume fraction of particles of a reinforcing phase, and also on the choice of the matrix type and the method of fabrication. In a traditional way, MMCs arc fabricated by an ex situ process, i.e. preparing in a separate process the reinforcing phase, which is next introduced to the composite matrix by, e.g., mixing. In the in situ process, the reinforcing phase is formed as a result of chemical reactions which proceed between the alloy constituents in metal bath. An improved variant of the SHS process has been selected, i.e. the SHSB process - self-propagating high temperature synthesis in metal bath [1, 2]. The method has been applied in fabrication of in situ AI+TiC and Al+TiB2 composites. From pure powdered materials, like titanium, aluminium, boron and carbon, briquettes of stochiometric composition, ensuring the synthesis of TiC and TiB2, respectively, were prepared. The briquettes were next introduced to molten alloy. The composite synthesis was performed in vacuum; the ready materials were cast in a steel die. In the second part of the experiment, the traditional, DURALCAN type, ex situ composites reinforced by SiC particles were fabricated. From thus prepared composite castings, specimens were cut out for metallographic and structural examinations, and for mechanical testing. The structure was examined by X-raying; the mechanical properties were tested in isothermal compression test at both standard temperature of 293 K and elevated temperature of 623 K. Basing on the obtained results it has been proved that Al+TiC composites arc characterised by mechanical properties higher than the DURALCAN type composites and AI+TiB2 composites.
16
Content available remote Synteza i ocena właściwości mechanicznych kompozytu in situ Ni3Al-TiC
Fraś E., Janas A., Kolbus A., Wierzbiński S.
Kompozyty
|
2002
|
R. 2, nr 4
171-175
PL
Kompozyty na osnowie metalowej postrzegane jako nowoczesne materiały konstrukcyjne, atrakcyjne ze względu na swoje właściwości użytkowe, od wielu lat znajdują się w centrum zainteresowania licznych ośrodków naukowo-badawczych. Wśród materiałów kompozytowych szczególnie interesującą grupę stanowią kompozyty in situ, w których fazy wzmacniające generowane są w następstwie zachodzących reakcji chemicznych w ciekłej osnowie metalowej, bezpośrednio w procesie metalurgicznym. Zazwyczaj osnowę kompozytów metalowych stanowią czyste metale, takie jak: aluminium, magnez, tytan, kobalt, miedź bądź też ich dwu- lub wieloskładnikowe stopy. W charakterze cząstek wzmacniających stosuje się wysokotopliwe, o dużej twardości, związki ceramiczne typu węglików, borków i azotków tytanu, hafnu, wanadu, wolframu, molibdenu lub niobu. W ostatnich latach pojawiła się kolejna generacja kompozytów, których osnowę stanowią fazy międzymetaliczne z układów równowagi Ni-Al (aluminidy niklu, czyli związki aluminium i niklu, typu NiAl, Ni3Al,Ni2Al3) oraz Fe-Al, generacja kompozytów o wysokich właściwościach użytkowych, przewidywanych do pracy w podwyższonych temperaturach, odpornych na korozję.
EN
Metal matrix composites (MMCs) are a new range of advanced materials used mainly at elevated temperatures where existing materials are not suitable for use. The materials have a combination of different superior properties to an unreinforced matrix, which can result in a number of service benefits, among which arc: increased strength, higher elastic modulus, higher service temperature, improved wear resistance, decreased weight, better fatigue resistance, high toughness and impact properties, low thermal shock, high electrical and thermal conductivity, low coefficient of thermal expansion and high vacuum environmental resistance. By varying the matrix material and particle content, the desired strength and ductility properties can be designed. The discovery by Aoki and Izumi of a method of plasticization of the polycrystalline NiaAl intermctallic phase by the addition of boron, which while segregating to the boundaries increases the strength of cohesion between the grains. The boron reduces the intermetallic brittleness, as well as contributes to the increase of consolidation of a solid solution by blocking the dislocations. Figures 2a, b show the mechanical characteristics of the NiAlB alloys in the system of b-e-B wt.% (Fig. 2a) and Ro,2-B wt.% (Fig. 2b) systems for the specimens deformed at room temperature in compression tests, respectively. In Figure 3 shows the influence of boron contents on the uniform elongation determined in the compression test. On the both, Figure 2b and Figure 3, is visible that optimum boron contents is 0.05 wt.%. Metallographic and scanning pictures on Figures 6-9 presents phase Ni3AI before and after synthesis TiC. The paper bring an information about SHSB method of manufacturing new generation of composites based on NisAl intermetallic phase reinforced TiC particles.
17
Content available remote Porównanie niektórych właściwości mechanicznych kompozytów ex situ typu Duralcan z kompozytami in situ Al-TiC
Fraś E., Kolbus A., Janas A.
Kompozyty
|
2002
|
R. 2, nr 4
176-179
PL
W pracy opisano metodę in situ otrzymywania kompozytów AI-TiC o udziale objętościowym TiC 5% oraz 10%, ich strukturę oraz wyniki badań rentgenograficznych i mechanicznych, które następnie porównano z analogicznymi badaniami właściwości kompozytu Duralcan, zawierającego 5 i 10% cząstek SiC.
EN
Aluminium - based composites reinforced with particles of alien phases (MMCs) are considered products of the advanced technology. The service properties of MMCs can be controlled through changes in the type, content and dimension of reinforcing particles. In the case of MMCs based on aluminium alloys, the reinforcing particles used are most often carbides TiC, SiC, ZrC, oxides Al2O3, TiO2, MgO, ZrO2, nitrides BN, TiN, Si3N3 and borides TiB2, ZrB2,SiB2. In conventional route MMCs are fabricated by the ex situ methods, where the reinforcing phases are introduced to the metal bath by e.g. vortex process. A new interesting method of making composites is in situ process, where the reinforcing phases are produced directly in liquid metal as a result of the chemical reaction proceeding therein. In the in situ process it is possible to create a reinforcing phase nucleating in the metal bath, which ensures an excellent contact between this phase and the matrix enhanced by the phenomenon of a wettability of that phase by liquid alloy. In this paper the SHSB method of fabrication of the in situ composites Al-TiC was applied. The investigation was carried out on powdered titanium, aluminium and carbon of which after making the blend homogeneous and squeezed, briquettes of stoichiometric composition ensuring proper condition for the synthesis of TiC were formed. The synthesis of the composites was performed in a Balzers vacuum furnace, under argon protective atmosphere. After the exothermic reaction had taken place in the briquette and a suspension of TiC in aluminium alloys had been formed, the material was cast into steel mould. From the obtained castings, samples were taken for metallographic, structural and mechanical tests. In the second part of the experiment the Duralcan-SiC alloys were preparated. The X-ray examinations have revealed the presence of carbides TiC and Al3Ti in the AI-TiC alloys (Fig. 1a), and carbides SiC and Al4C3 in the Duralcan-SiC alloys (Fig. 1b). The structures of these two alloys are presented in Figure 2. Finally, the mechanical tests based on the test of isothermal sgueezing at temperature 293 K were performed (Figs 3 and 4). The results of this tests showed the AI-TiC MMCs have higher strenght compared with the Duralcan-SiC composites (Fig. 5).
18
Content available remote Odlewany kompozyt aluminiowy in situ umiacniany cząstkami borków tytanu
Fraś E., Janas A., Kolbus A.
Kompozyty
|
2001
|
R. 1, nr 1
23-27
PL
Przedstawiono syntezę borku tytanu TiB2 metodami: klasycznej syntezy SHS, syntezy SHSB oraz syntezy z soli. Umotywowano stosowanie cząstek borków tytanu jako fazy wzmacniającej w kompozytach. Przedstawiono struktury otrzymanych w ten sposób materiałów kompozytowych. Wykonano badania rentgenostrukturalne w celu identyfikacji faz tworzących się w osnowie aluminiowej po zajściu w niej wysokotemperaturowej reakcji syntezy borków tytanu.
EN
Mechanical properties of aluminium and its alloys can be improved by transformation of traditional material into a composite. This can be achieved by introducing to aluminium matrix the ceramic reinforcing particles, which gives material characterised by a high value of the strength/density ratio, specially at elevated temperatures. The reinforcing phase are mainly particles of SiC, TiC, Al2O3, and TiB2 - recently in wide application. From among various methods used for composite synthesis [4, 6, 7] the authors have chosen an in situ method. Among numerous materials which can be used as a reinforcement, the TiB2 particles are of particular interest as they are characterised by high hardness, high melting point and low density. From among various methods of the in situ synthesis, for TiB2 the authors have chosen the following variants: the TiB2 synthesis by traditional method of self-propagating high-temperature synthesis SHS, the TiB2 synthesis by self-propagating high-temperature synthesis in bath SHSB, the TiBi synthesis due to the reaction of exchange between the salt components. Due to the chemical reaction: m. K2TiF6 + 2n KBF4 = (m. + 2n) TiB2 + potassium fluorides. A titanium boride was formed which in the form of very fine suspension was transferred to aluminium matrix and settled in the interdendritic spaces. Conclusions: The self-propagating high-temperature synthesis of TiB2 takes place in a Ti-B-AI system resulting in the formation of a composite with the TiBi reinforcing phase. The crystals in this phase are relatively large (about 10 micrometers), while the composite material is porous. Applying the SHSB method and cooling of suspension in a die it is possible to produce a cast AI/TiB2 composite of the pre-assumed volume content of the reinforcing phase with particles rather small in size and amounting to 0.5 micrometers. From the studies it follows that the smallest particles of TiB2 of dimensions, are obtained in an AI/TiB2 composite due to the synthesis of these particles from a salt followed by a high cooling rate of the suspension.
19
Content available remote Odlewane aluminiowe kompozyty "in situ", umacniane węglikami tytanu
Fraś E., Janas A., Wierzbiński S., Kolbus A.
Krzepnięcie Metali i Stopów
|
2000
|
R. 2, nr 43
167--174
PL
Kompozyty na osnowie metalicznej MMCs - (metal matrix composites) do których zaliczane są kompozyty na osnowie aluminium wzmacniane węglikiem tytanu (Al+TiC) postrzegane są jako perspektywiczne materiały konstrukcyjne o szerokim spektrum zastosowań ze względu na korzystny stosunek wytrzymałości do gęstości, znaczną sztywność i stabilność własności, jak również odporność na korozję chemiczną w warunkach długotrwałej eksploatacji w podwyższonych temperaturach. Przykładem zastosowań tych kompozytów mogą być bloki silników spalinowych, wkładki do tłoków oraz korbowody. [...]
20
Synteza kompozytów "in situ" Al-TiC oraz Cu-TiC z wykorzystaniem gazu reaktywnego
Fraś E., Janas A., Kolbus A., Górny M.
Inżynieria Materiałowa
|
2000
|
R. XXI, nr 2
48-55
PL
W pracy opisano metodę syntezy TiC w aluminium i miedzi, która wykorzystuje przedmuchiwanie metali za pomocą metanu jako gazu reaktywnego w celu otrzymywania kompozytów in situ. Przedstawiono teoretyczne podstawy syntezy i kinetyki tworzenia się węglików tytanu w ciekłych stopach aluminium-tytan oraz miedź-tytan z uwzględnieniem reakcji na powierzchni rozdziału ciało stałe-ciecz, obejmujące zarodkowanie i wzrost cząstek TiC. Badania strukturalne przeprowadzono z wykorzystaniem mikroskopu optycznego oraz dyfrakcji rentgenowskiej. Wykazano, że w skład struktury otrzymanych kompozytów wchodzą węgliki tytanu rozmieszczone w przestrzeniach międzydendrycznych o przeważających wymiarach od 1 do 4 mikrometra w przypadku stopów z miedzią oraz około 2 mikrometry w przypadku stopów z aluminium. Badania wykazały także obecność Al4C3, Al3Ti oraz CuTi odpowiednio w stopach na bazie aluminium i miedzi. Stwierdzono, że udział objętościowy wzmacniających cząstek TiC w kompozytach zależy od zawartości tytanu oraz czasu syntezy węglika. Przedstawiony proces syntezy węglika tytanu w osnowie aluminium i miedzi może posłużyć jako ekonomicznie uzasadniona metoda otrzymywania kompozytów typu MMC.
EN
The present work undertaken to a novel "in situ" process in which reactive gas (methane) injection were used to synthesis of fine TiC particles in aluminium and copper matrix. A comprehensive kinetic mechanism of "in situ" TiC synthesis, which includes a solid-liquid interface reaction between the carbon particles and Al-Ti, Cu-Ti melts and multiple nucleation and growth of TiC from melt was proposed. Microstructures of the experimental materials were comprehensively characterized by optical microscopy and X-ray diffraction. The tipical ingot metallurgy microstructures exhibit aggregates of TiC particles segregated generally at alpha-Al and alpha-Cu dendritic boundaries and consisting of fine particles of 1 to 4 and 2 micrometers in size, respectively for copper and aluminium alloys. Microstructural analysis demonstrated also the presence of Al4C3 and Al3Ti in Al-based composites and Cu3Ti in Cu-based composites. It has been shown that the volume fraction of reinforcement is limited by the time of synthesis and content of Ti in melt. The synthesis process of TiC in aluminium and copper matrix is envisioned as commercially viable technique for continuous processing of cost effective metal matrix composites.
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.