Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ductilization of Ni3Al by alloying with boron and zirconium

Hyjek P., Sulima I., Wierzbiński S.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2009

|

Vol. 40, nr 2

69-74

EN

Purpose: The investigation of Ni₃AlBZr alloys was carried out to determine the influence of small zirconium and boron additions on the microstructure and mechanical properties, particularly with respect to room-temperature, and different strain rate conditions. Design/methodology/approach: Additions of both boron 0.26 at.% and zirconium from 0.3 to 1.5 at.% results in higher strength than exhibited by unalloyed Ni3Al. The sequence of structural changes of Ni3Al-based alloy has been correlated with mechanical properties, determined in uniaxial compression tests. Two ranges of work hardening have been identified on the stress-strain curves of these alloys. It was found that the first range of deformation corresponds to the intergranular slip system operating within individual grains, while the second one is connected with transgranular slip. Findings: Structural observations of A and B alloys showed that zirconium addition causes a decrease of the average grain size. On the mechanical properties of investigated alloys the increasing yield stress and hardness were observed in enlarging zirconium additions. However, the enlarged addition of zirconium causes a decrease of extension. Addition to an intermetallics compound Ni₃Al of such elements as boron (0.26 at.%) and zirconium (0.3 - 1.5 at.%) can be accepted as optimum from susceptibility to plastic deformation point of view. Research limitations/implications: The main limits for application of the polycrystalline Ni3Al phases is a poor strength and creep properties at high temperatures. The improvement of mechanical proprieties of Ni₃Al phase required small addition of suitable alloying elements. Practical implications: The results of investigations as well as the conclusions may be used for improvement of alloys processing based on Ni₃Al intermetallics compound. In well-considered peculiarity selection of alloyed additions and also processing parameters it is possible to steer in a limited range of mechanical properties of these alloys. Originality/value: The results of investigations expand knowledge about processing of the alloys based on Ni₃Al phase, and in consequence, to apply it in many branches of industry.

2

Odporność korozyjna kompozytów na osnowie stopu Al-Zn-Mg wzmacnianych cząstkami Al2O3

Hyjek P., Kurtyka P., Wierzbiński S., Krawiec H.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 2

43-46

PL

Przeprowadzono badania odporności korozyjnej kompozytu AlZnMg/Al2O3 o udziale objętościowym cząstek wzmacniających Al2O3 na poziomie 10 i 20% w wodnym roztworze nadchloranu litu (LiClO4-H2O). Kompozyty badano w stanie wyjściowym, przesyconym oraz starzonym. Stwierdzono znaczne różnice odporności na korozję pomiędzy próbkami po zabiegach obróbki cieplnej, jak również pomiędzy kompozytami o różnym udziale objętościowym cząstek. W obu przypadkach obserwowano podobne charakterystyki zmian odporności. Przeprowadzono również analizę powierzchni badanych kompozytów po 20 minutach działania środowiska korozyjnego z wykorzystaniem mikroskopów optycznego i skaningowego. Stwierdzono powstanie wżerów na powierzchniach próbek niezależnie od zastosowanej obróbki cieplnej, przy czym dla próbek w stanie wyjściowym ich ilość była mniejsza. Wszelkiego rodzaju widoczne wady korozyjne występowały wyłącznie na granicach osnowa-faza wzmacniająca kompozytu, natomiast pozostała powierzchnia osnowy była pozbawiona wżerów.

EN

Corrosion resistance of AlZnMg/Al2O3 composite with volume fraction of Al2O3 reinforced particles 10 and 20% were investigated in LiClO4-H2O solution. The composites in the initial, solution treatment and ageing states were investigated. Considerable differences of corrosion resistance between specimens after heat treatment as well as different volume fraction of reinforced particles was found. In the both cases similar changes of corrosion resistance was observed (Figs 1-3). Using optical and scanning microscopes the analysis of composite surfaces after 20 minutes exposition in corrosion environment was carry out (Fig. 4). On surface of samples emerged corrosion pits regardless of heat treatment application, however, for specimens in the initial state quantity of corrosion pits was smallest. The every description corrosion damage was occurred on the boundary between matrix and reinforced particles, whereas remaining part of matrix surface was devoid of corrosion pits.

3

Wytwarzanie kompozytów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3AI wzmacnianych cząstkami TiC i TiB2

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 1

33-38

PL

Metodą SHSB wytworzono kompozyty in situ na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al wzmacniane cząstkami węglików i borków tytanu. Fazę wzmacniającą wygenerowano w trakcie samorzutnej reakcji egzotermicznej w brykiecie proszkowym metal-niemetal w kąpieli metalowej. Wytworzone kompozyty pozbawione porowatości, charakteryzowały się wysoką stabilnością termodynamiczną oraz brakiem reakcji chemicznych na granicy osnowa-cząstka wzmacniająca, co eliminowało degradację struktury w warunkach wysokotemperaturowej eksploatacji. Zarodkowanie fazy wzmacniającej w kąpieli osnowy dawało czystą powierzchnię międzyfazową pozbawioną tlenków i zaadsorbowanych gazów, a także lepszą zwilżalność i spójność osnowy z cząstkami wzmacniającymi. Możliwość sterowania parametrami kinetyki reakcji w procesie syntezy kompozytów pozwala na wygenerowanie cząstek o pożądanej średnicy, rozkładzie i udziale objętościowym, w konsekwencji determinując poziom właściwości mechanicznych i tribologicznych.

EN

Using SHSB technique, composites in situ based on intermetallic phase Ni3AI reinforced with particles of titanium carbides or borides were fabricated. The reinforcing phase was generated by spontaneous exothermic reaction proceeding in metal bath in a metal/non-metal powdered briquette. Thus fabricated composites were free from porosity, possessed high thermodynamic stability and were characterized by absence of chemical reactions at the matrix-reinforcing particle phase boundary, which effectively prevented structure degradation under high-temperature service conditions. The nucleation of the reinforcing phase in molten metal matrix produced clean interfacial surface, free from the presence of oxides and adsorbed gas, and better wettability and coherence between the matrix and reinforcing particles. Owing to the possibility of controlling the parameters of the reaction kinetics during composite synthesis it was possible to generate particles of a required diameter, volume content and distribution and to obtain, consequently, the required level of the mechanical and tribological properties.

4

Właściwości mechaniczne kompozytów in situ na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al wzmacnianych cząstkami TiC i TiB2

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Hyjek P., Wierzbiński S.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 5

810-815

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy charakterystyk mechanicznych wysokotemperaturowego odkształcania {sigma-eepsilon) kompozytów in situ na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al wzmacnianej cząsteczkami TiC oraz TiB2, których udział objętościowy wynosił 5 i 10%. Ustalono zakresy temperatury i prędkości odkształcania odpowiednie dla plastycznego kształtowania kompozytów, a także określono wybrane własności wytrzymałościowe kompozytu w podwyższonych temperaturach. Wykonano próby tribologiczne na aparaturze Millera oceniając wpływ czasu ścierania na względny ubytek masy osnowy i kompozytów, a także na zmianę prędkości ścierania.

EN

The study gives the results of mechanical tests carried out to determine the characteristics of high-temperature deformation (sigma-epsilon) of composites in situ based on intermetallic phase Ni3Al reinforced with particles of TiC and TiB2, the volume content of which is 5 and 10 %. Basing on these results, the temperature ranges and strain rates were established within which the composites undergo plastic deformation; someselected mechanical properties of composites at high temperatures were determined as well. Tribological tests were conducted on Miller apparatus, evaluating the effect of abrasion time on a relative loss of matrix weight, on overall composite loss of weight, and on change of abrasion wear rate.

5

Kompozyty na osnowie faz międzymetalicznych - wytwarzanie i właściwości

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Hyjek P., Wierzbiński S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2004

|

Vol. 71, nr 7-8

342-347

PL

Metodą SHSB (Selfpropagating Hightemperature Synthesis in Bath) wytworzono kompozyty in situ na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al wzmocnione cząstkami TiC lub TiB2, przy czym fazę wzmacniającą wygenerowano w trakcie samorzutnej reakcji egzotermicznej w brykiecie proszkowym metal - niemetal w kąpieli metalowej. Wytworzone kompozyty charakteryzowały się brakiem porowatości, wysoką stabilnością termodynamiczną, jak również brakiem reakcji chemicznych na granicy osnow - cząstka wzmacniająca, co pozwalało na wyeliminowanie degradacji struktury w warunkach wysokotemperaturowej eksploatacji. W pracy przedstawiono także wyniki analizy charakterystyk mechanicznych wysokotemperaturowego odkształcania (b - e) tych kompozytów.

EN

Using SHSB technique, composites in situ based on intermetallic phase Ni3Al reinforced with TiC or TiB2 particles were fabricated. The reinforcing phase was generated by spontaneous exothermic reaction proceeding in metal bath in a metal - non - metal powdered briquette. Thus fabricated composites were free from porosity, possessed high thermodynamic stability and were characterised by absence of chemical reactions at the matrix - reinforcing particle phase boundary, which effectively presented structure degradation under high - temperature service conditions. The results of mechanical characteristics analysis of high - temperature deformation (b - e) these composites also presented in the paper.

6

Charakterystyki mechaniczne odkształconych próbek w testach ściskania, rozciągania oraz jednoosiowego ściskania z dwuosiowym rozciąganiem

Kurtyka P., Hyjek P., Wierzbiński S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2004

|

Vol. 71, nr 7-8

376-385

PL

W artykule przedstawiono właściwości mechaniczne osnowy oraz kompozytów in situ poddanych statycznej próbie ściskania, rozciągania, jak również jednoosiowego ściskania z dwuosiowym rozciąganiem. Określono różnice w wartościach naprężenia plastycznego płynięcia fazy międzymetalicznej Ni3AlB (osnowa) i kompozytów NiAlB/TiB2, które zawierały 5 i 10% (TiC) oraz 5% (TiB2) udziału objętościowego fazy wzmacniającej. Wszystkie próby prowadzono w temperaturze 293 i 1273 K.

EN

The study gives the results of mechanical properties of matrix and in situ composites undergo static compression and tension tests as well as one-axial compression with two-axial tension tests. The differences of plastic flow values between intermetallic phase Ni3AlB (matrix) and composites Ni3Al/TiC and NiAl/TiB were determined. Volume fraction of reinforced particles was 5 or 10% for TiC and 5% for TiB2. All tests were carried out temperature 293 i 1273 K.

7

Structure and properties of cast Ni3Al/TiC and Ni3Al/TiB2 composites. Part II. Investigation of mechanical and tribological properties and of corrosion resistance of composites based on intermetallic phase Ni3Al reinforced with particles of TiC and TiB2

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2004

|

Vol. 49, iss. 1

113-141

EN

The study gives the results of mechanical tests carried out to determine the characteristics of high-temperature strain response of composites "in situ" based on intermetallic phase Ni3Al reinforced with particles of TiC and TiB2, the volume content of which is 5 and 10%. Basing on these results, the temperature ranges and strain rates were established within which the composites undergo plastic deformation; some selected mechanical properties of composites at high temperatures were determined as well. Tribological tests were conducted on Miller apparatus, evaluating the effect of abrasion time on a relative loss of matrix weight, on overall composite loss of weight, and on change of abrasion wear rate. In a similar way, also the resistance of the investigated composites to electrochemical and gas-induced corrosion was determined.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy charakterystyk mechanicznych wysokotemperaturowego odkształcania kompozytów "in situ" na osnowie fazy miedzymetalicznej Ni3Al wzmacnianej cząsteczkami TiC oraz TiB2, których udział objetościowy wynosił 5 oraz 10%. Na podstawie wyników badań ustalono zakresy temperatur i prędkości odkształcenia, w których istnieje możliwość plastycznego kształtowania kompozytów, a także określono wybrane własności wytrzymałościowe kompozytu w podwyższonych temperaturach. Przeprowadzono próby trybologiczne na aparaturze Millera oceniając wpływ czasu na względny ubytek masy osnowy i kompozytów, a także na zmiane prędkości scierania. Analizowano również odporność badanych kompozytów na korozję elektrochemiczną oraz gazową.

8

Strukturalne aspekty właściwości mechanicznych stopów na osnowie fazy Ni3Al.

Wierzbiński S., Kurtyka P., Hyjek P.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2003

|

R. 48, nr 3

121-124

PL

Określono wpływ takich dodatków stopowych, jak: chrom, żelazo, tytan, tantal, molibden i cyrkon na plastyczne formowanie kierunkowo krystalizowanych stopów na osnowie fazy Ni3Al w ograniczonym zakresie temperatur i prędkości odkształcania, jak również na kierunkowość właściwości mechanicznych. Sekwencje zmian struktury płytkowej (NiAlCrFe) oraz dendrytycznej (NiAlCrTi) w badanych stopach skorelowano z charakterystykami mechanicznymi odkształcania (sigma-epsilon) uzyskanymi w testach ściskania. Wysoka wytrzymałość stopów w zakresie temperatur 800-900 K (NiAlCrFe) i 1100-1200 K (NiAlCrTi) przesądza o przydatności tych stopów na elementy maszyn pracujące w podwyższonych temperaturach.

EN

An effect of such alloy additions as chromium, iron, tantalum, molybdenum and zirconium on plastic forming of the Ni3Al-phase based alloys solidified directionally within limited ranges of temperatures and deformation rates, and on directionality of their mechanical properties, has been determined. The sequence of changes of the lamellar structure (NiAlCrFe) and dendritic structure (NiAlCrTi) in the alloys examined was correlated with mechanical deformation characteristics (sigma-epsilon) obtained from compression tests. High strength of the alloys within the temperature range of 800-900 K (NiAlCrFe) and 1100-1200 K (NiAlCrTi) proved that they can be used for machine elements operating at elevated temperatures.

9

Odlewany kompozyt Ni3Al/TiC - struktura i właściwości wytrzymałościowe

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

136-141

PL

Przedstawiono wyniki badań związane z opracowaniem metody syntezy kompozytu in situ Ni3Al/TiC oraz oceną właściwości wytrzymałościowych na podstawie wyników prób ściskania i rozciągania prowadzonych w temperaturach otoczenia i podwyższonej. Zoptymalizowano oszczędnościowy proces wytapiania (OPW) stopów na osnowie fazy Ni3Al z wykorzystaniem egzotermicznej reakcji pomiędzy aluminium i niklem. Wykazano, że metoda OPW umożliwia syntezę kompozytu na osnowie związku międzymetalicznego Ni3Al. Badaniami objęto stopy na osnowie fazy Ni3Al z dodatkiem 0,05% wag. boru. Metodą SHSB wytworzono w uplastycznionej borem osnowie węgliki tytanu, których udział objętościowy wynosił 5%. Wykonano badania mikrostrukturalne i rentgenowskie kompozytu Ni3Al/TiC. Porównano właściwości wytrzymałościowe uplastycznionej osnowy Ni3Al oraz kompozytu Ni3Al/TiC. Przeprowadzone badania wykazały, że międzymetaliczną fazę Ni3Al z dodatkiem boru można przekształcić w kompozyt in situ, charakteryzujący się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi zarówno w temperaturze otoczenia, jak i podwyższonej, przy zachowaniu zadowalającej plastyczności. Wytworzony opisaną metodą kompozyt stanowić może interesujący materiał konstrukcyjny przeznaczony do pracy w podwyższonych temperaturach.

EN

The study presents the results of investigation concerning the development of a method of in situ synthesis of Ni3Al/TiC composite and the strength properties examined in compression and tensile tests at ambient and high temperatures. An OWP-Exomelt cost-saving melting process, using an exothermal reaction between aluminium and nickel, was optimised for Ni3Al-based alloys. It has been proved that OWP enables the synthesis of composite materials based on an intermetallic Ni3Al compound. The research covered Ni3Al phase-based alloys, containing boron in an amount of 0.05% by weight. Using a SHSB technique, titanium carbides in the amount of 5 wt.% were produced in the boron-treated base material. Microstructural and X-Ray examinations were carried out on the fabricated Ni3Al/TiC composite. The strength properties of the Ni3Al base material were compared with the strength properties of composite. The investigation has proved that the intermetallic, boron-containing phase of Ni3Al can be transformed into in situ composite characterised by good strength properties at ambient and high temperatures, preserving additionally satisfactory plastic properties. The composite can be a valuable material for constructions for high temperature applications.

10

Structure and properties of cast Ni3Al/TiC and Ni3Al/TiB2 composites. Part I. SHSB method applied in fabrication of composites based on intermetallic phase Ni3Al reinforced with particles of TiC and TiB2

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.

Archives of Metallurgy

|

2003

|

Vol. 48, iss. 4

384-408

EN

Using SHSB technique, composites "in situ" based on intermetallic phase ni3Al reinforced withparticles of titanium carbides or borides were fabricated. The reinforcing phase was generated by spontaneous exothermic reaction proceeding in metal bath in a metal/non-metal powdered briquette. Thus fabricated composites were free from porosity, possessed high thermodynamic stability and were characterised by absence of chemical reactions at the matrix-reinforcing particle phase boundary, which effectively prevented structure degradation under high-temperature service conditions.

PL

Metodą SHSB wytworzono kompozyty "in situ" na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al wzmacnianej cząstkami węglików lub borków tytanu, przy czym fazę wzmacniającą wygenerowano w trakcie samorzutnej reakcji egzotermicznej w brykiecie proszkowym metal-niemetal w kąpieli metalowej. Wytworzone kompozyty charakteryzowały się brakiem porowatości, wysoką stabilnością termodynamiczną, jak również brakiem reakcji chemicznych na granicy osnowa- cząstka wzmacniająca, co pozwalało na wyeliminowanie degradacji struktury w warunkach wysokotemperaturowej eksploatacji.

11

Wybrane właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie stopów aluminium wzmacnianych cząstkami Al2O3

Kurtyka P., Wierzbiński S., Faryna M.

Kompozyty

|

2002

|

R. 2, nr 4

185-190

PL

Kompozyty na osnowie stopów aluminium, zdolnych do umocnienia wydzieleniowego, stanowią atrakcyjne izotropowe materiały konstrukcyjne, przeznaczone do pracy w podwyższonych temperaturach; materiały charakteryzujące się korzystnym stosunkiem wytrzymałości do gęstości, jak również zadowalającą odpornością na zużycie w warunkach eksploatacyjnych. Badania przeprowadzono na kompozytach wytworzonych metodą prasowania w stanie ciekłym, których osnowę stanowiły stopy AA6xxx i AA7xxx, wzmacniane cząstkami A2O3s o średnicy 10 i 25 um, których udział objętościowy wynosił 10 i 20%. Próbki z kompozytów poddawano testom ściskania w zakresie temperatur 293:873 K i prędkości odkształcania 10-3:10-5xs-1. Na podstawie wyników testów ustalono zakresy temperatur i prędkości odkształcania, w których istnieje możliwość plastycznego kształtowania tych kompozytów, a także określono wybrane właściwości mechaniczne w szerokim zakresie temperatur. Badania wytrzymałościowe uzupełniono obserwacjami strukturalnymi próbek na mikroskopie skaningowym; próbkom nadawano różne stopnie odkształcenia w określonych warunkach temperaturowo-prędkościowych.

EN

Metal Matrix Composites (MMCs) based on precipitate strengthening aluminium alloys attract attention of industry because of advantageous strength to density ratio, stability of properties at elevated temperatures as well as appropriate wear resistance in exploitation conditions. Particulate reinforced aluminium alloy matrix composites require deformation processed to shape elements and improve properties. However, the standard processing parameters used for the conventional aluminium alloys cannot be directly adopted for the respective composites, as the mechanical characteristics of the composites are considerably different from that of the corresponding matrix material. The composites based on AA6xxx and AA7xxx alloys reinforced with A^Ch particles in the amount of 10 and 20% of average size 10 and 25 nm were subjected to compression tests in a wide temperature range 293:873 K at deformation strain rate 10-3:10-5s-1. Based on the compression tests results, the ranges of temperatures and deformation rates, at which plastic deformation occurs in the investigated alloys, have been established together with strength properties at elevated temperatures. Observation of surface reliefs was conducted on an electron-scanning microscope Philips XL-30. Figures 1a, b show the distribution of Al203 reinforced particles of the composite in initial state, after squeeze casting and extrusion, the diameter of the reinforced particles 10 um. In the photos there can be observed near homogeneity distribution of the reinforcement particle in two directions. Figure 2 shows the mechanical characteristics of strain of the composite AA6xxx-Al2O3 and AATxxx-Al2O3 in the system b-e-T reinforced of the particles of the size 10 and 25 um, respectively. The compression tests were performed on the samples in the initial state (prior to the solution and ageing). The deformation rates and size of reinforcing articles are given in the Figure. The observed change in the value of the flow stress with temperature indicates the possibility of the occurrence of competing processes - recovery and dynamic reerystallization. Figure 3 shows the influence of temperature and strain rate on the values of yield points of investigated composites, and Figure 4 dependence of work hardening intensity on the stress for these composites deformed at constant temperature and different strain rate as well as at constant strain rate and different temperatures. It has been observed that in the composites with volume fraction of reinforced particles 10%, relations O = f{b) show very small deviation from the rectilinear course, while for the volume fraction of reinforced particles 20% two ranges of these relation were observed. Examples of surface reliefs after compression tests at elevated temperature are shown in Figs 5a, b. For both 10% (Fig. 5a) and 20% (Fig. 5b) volume fraction of reinforced particles the degree and the temperature of strain were 0.18 and 573 K, respectively. It has been observed that for the composite with larger particles the failure process was more intensively than for 10 um particles. On the basis of the conducted investigations to established that addition of Al2O3 particles in amount up to 20 wt.% to AA6xxx and AA7xxx aluminium alloy considerably increases the mechanical properties of the composite, including the yield point in relation to the matrix alloy. The investigations have revealed the possibility - within limited range of temperature and strain rate - of the formation of AA6xxx-Al2O3 and AA7xxx-AI2O3 composites with the reinforcement particles 10 and 25 um. Additional increase of mechanical properties of composite is possible after supersaturation and ageing process.

12

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.

13

Wpływ szybkości chłodzenia na strukturę i właściwości mechaniczne odlewniczych stopów magnezu.

Socjusz-Podosek M., Wierzbiński S.

Inżynieria Materiałowa

|

2002

|

R. XXIII, nr 1

34-39

PL

Stopy na osnowie magnezu z dodatkiem metali ziem rzadkich charakteryzują się stabilnością właściwości mechanicznych w podwyższonych temperaturach, co w połączeniu z korzystną relacją wytrzymałości do gęstości (Rm/ro), jak również zadawalającą odpornością na korozję w typowych dla tych stopów warunkach eksploatacji umożliwia ich szerokie zastosowania w wielu gałęziach przemysłu, w tym głównie transportu lotniczego i samochodowego. Zbadano właściwości stopu na osnowie magnezu z cynkiem, odlewanego metoda ciśnieniową i nie poddawanego obróbce cieplnej. W szczególności zbadano wpływ szybkości chłodzenia (od 0,02 do 160 Ks do -1) w czasie odlewania na zmiany właściwości mechanicznych (określanych w próbach ściskania) i strukturę w stopach MgZn0.35 i 2% z dodatkiem 2% wag. miszmetalu na osnowie ceru (MM) oraz niewielkich ilości cyrkonu jako rozdrabniacza ziarna i manganu poprawiającego odporność na korozję. Właściwości mechaniczne określano w zakresie temperatur 293/573 K. Przykład charakterystyki mechanicznej opisanej równaniem Ludwigsona w postaci sigma=K1 epsilon do n1 plus/minus delta pokazano w układzie podwójnie logarytmicznym (kółka) wraz z zależnością ln delta - epsilon. Zaproponowane przez Ludwigsona równanie umożliwia płynne przejście od pierwszego do drugiego zakresu umocnienia (dla większych odkształceń) zgodnie z wynikami eksperymentalnymi (punkty). Obserwowano poprawę właściwości wytrzymałościowych ze wzrostem szybkości chłodzenia o 20% w porównaniu ze stopami wolno chłodzonymi. Próby ściskania prowadzone w podwyższonych temperaturach wykazały stabilność właściwości mechanicznych do temperatury ok. 475 K. Stwierdzono również, że badane stopy na osnowie Mg-MM z dodatkiem Zn wykazują zdolność do zmiany struktury w wyniku stosowania zmiennych szybkości chłodzenia, co przejawia się 10-krotnym zmniejszeniem średniej średnicy ziaren i zmniejszaniem się ilości eutektyki wraz ze wzrostem szybkości chłodzenia. Analiza charakterystyk mechanicznych oraz zmian strukturalnych wykazała, że wzrost szybkości chłodzenia stopów wpływa na podwyższenie właściwości mechanicznych wskutek rozdrobnienia struktury. Stabilność właściwości mechanicznych w podwyższonych temperaturach wynika z występowania siatki wydzieleń eutektycznych wokół granic ziaren, która blokuje propagację systemów poślizgu oraz pasm ścinania, co obserwowano na reliefach powierzchniowych. Powyżej krytycznej temperatury właściwości mechaniczne obniżają się w miarę intensyfikacji poślizgu po granicach ziaren, pękania eutektyki oraz plastycznego odkształcenia roztworu stałego.

EN

Magnesium based alloys with rare earths metals additions reveal stability of mechanical properties at elevated temperatures, which accompanied by high strength/density ratio as well as satisfactory corrosion resistance encourages engineers to exploit them in transport industry applications. Properties of such alloys with zinc (0.35 and 2 wt%) as third addition, small amounts of zirconium to refine grain size and manganese to improve corrosion resistance were investigated in dependence on cooling rate (0.02-160 Ks to the -1). The rare earth metals were added as cerium based mischmetal (MM) in 2 wt % amount. Mechanical properties were investigated at temperature 293-573 K range in compression tests. The example of the (sigma-epsilon) dependence calculated from the Ludwigson equation in the sigma=K1epsilon to the n1 p/min delta form was shown together with relation (ln delta - epsilon). Such an approach proposed by Ludwigson enables to avoid discontinuity of the (sigma - epsilon) curve in the point where the first range of strengthening meets the next one (for higher deformations), in accordance with the experimental points shown as black dots. The increase of strength with increasing cooling rate by 20% as compared with slowly cooled alloys has been recorded. Compression tests at elevated temperatures showed stability of mechanical properties up to 475 K. Structure evolution assessed by grain size and amount of eutectic proved to be prone to the change of cooling rate. The grain size diminished 10 times while the amount of eutectic by 50% when the cooling rate grew. The analysis of the mechanical characteristics and morphology evolution have led to the conclusion, that the acceleration of cooling the material at solidification results in improvement of mechanical properties due to the structure refinement. On the other hand, the stability of mechanical properties at elevated temperatures was due to the appearance of the net of second phase precipitates around the grains of solid solution. The precipitates (mostly Mg12MM compound) acted as obstacles for slip systems and shear bands visible on relieves prepared prior to compression on planes parallel to the axis of deformation. Above the critical temperature the properties fell while the slip along grain boundaries intensified, the eutectics broke down and the solid solution deformed in a plastic way.

14

The variation strain ratio in deformed nickel single crystals with nominally stable crystallographic orientation

Truszkowski W., Wierzbiński S., Kloch J.

Archives of Metallurgy

|

2002

|

Vol. 47, iss. 2

145-155

EN

The unstable behaviour of the nominally stable single crystal samples of f.c.c. metals and alloys subdued to uniaxial straining is due, first of all, to two factors: the deviation of the crystallographic orientation from the nominal [uvw] direction, and imperfection of the inner structure, being the source of 'texture in a single crystal'. It is evident that in deformed single crystals the only parameter, which has an essential effect on plastic anisotropy, is crystallographic orientation. Thus, it is possible to evaluate the variation of crystallographic orientation at the tensile test indirectly, basing on the change of the atrain ratio. This statement explains the significance of the strain ratio "r" v. strain "epsilon" function in the analysis of instability of crystallographic orientation in single crystals subdued to the tensile test. The present paper should be considered as an attempt to explain the different characteristics of instability in nominally stable [100], ]111] and [110] f.c.c. single crystals.

PL

Niestabilne zachowanie obserwowane w nominalnie stabilnych próbkach monokryształów metali o sieci Al, poddanych jednoosiowemu rozciąganiu ma za główną przyczynę dwa czynniki: odchylenie orientacji krystalograficznej od nominalnej [uvw], i niedoskonałości struktury wewnętrznej, będącej przyczyną "tekstury w monokrysztale". Jest wiadomym, że w odkształconych monokryształach metali jedynym czynnikiem mającym istotny wpływ na anizotropię plastyczną jest orientacja krystalograficzna. Dlatego możliwa jest ocena zmiany orientacji krystalograficznej z wydłużeniem "epsilon" na drodze pośredniej, opierając się na zmianie stosunku wydłużeń "r". To stwierdzenie wyjaśnia znaczenie funkcji "r(epsilon)" w analizie niestabilności orientacji krystalograficznej w monokryształach poddanych próbie rozciągania. Praca stanowi próbę wytłumaczenia zmiennego stopnia niestabilności nominalnie stabilnych monokryształów [100], [111] i [110] metali i stopów o sieci Al poddanych próbie rozciągania.

15

Odkształcalność w podwyższonej temperaturze krystalizowanych kierunkowo stopów na osnowie fazy Ni3Al.

Wierzbiński S., Czeppe T.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 1

28-32

PL

Zbadano wpływ dodatków stopowych na odkształcalność i ewolucję struktury w kierunkowo krystalizowanych stopach na osnowie fazy Ni3Al. Dodatek do związku międzymetalicznego Ni3Al takich pierwiastków, jak chrom (8 % at.) i żelazo (2 % at.) względnie chrom (5 % at.) i tytan (5 % at.) umożliwiał plastyczne formowanie stopów NiAlCrFe oraz NiAlCrTi w ograniczonym zakresie temperatur i prędkości odkształcania. Sekwencje zmian strukturalnych w kierunkowo krystalizowanych stopach o strukturze NiAlCrFe-płytkowej i NiAlCrTi-dendrytycznej skorelowano z charakterystykami mechanicznymi (sigma-epsilon) wysokotemperaturowego odkształcania, uzyskanymi w testach ściskania. Zidentyfikowano dwa zakresy umocnienia na krzywych naprężenie-odkształcenie, które opisano równaniem Hollomona sigma=K epsilon do potęgi n-tej. Przeprowadzono na wybranych próbkach obserwacje mikrostruktury na różnych poziomach odkształcenia, jak również określono skład chemiczny i fazowy poszczególnych elementów struktury. Typowa struktura w stanie po krystalizacji kierunkowej zawierała dobrze uporządkowane, rozmieszczone w równych odstępach płytki lub dendryty, które ulegały stopniowej degradacji w procesie wysokotemperaturowego odkształcania. Wysoka wytrzymałość stopów w zakresie temperatur 800-900 K dla stopu NiAlCrFe oraz 1100-1200 K dla stopu NiAlCrTi przesądza o przydatności tych stopów na elementy maszyn pracujące w podwyższonych temperaturach.

EN

The influence of chromium, iron and titanium additions on the deformability and structure evolution of directionally solidified Ni3Al alloys was investigated. The addition of such elements like chromium (8 at. %) and iron (2 at. %) or chromium (5 at. %) and titanium (5 at. %) to the Ni3Al intermetallic compound enables plastic deformation of the alloys within a limited range of temperatures and strain rates. The sequences of structural changes of directionally solidified alloys with NiAlCrFe-lamellar and NiAlCrTi-dendritic structures have been correlated with mechanical characteristics (sigma-epsilon) investigated in high temperature compression tests. Two ranges of work hardening have been identified on the stress-strain curves described by the Hollomon equation sigma=K epsilon to the power n. Microstructural observation at different strain levels as well as analysis of the chemical and phase compositions of the particular components of structure were carried out for selected samples. The typical microstructure of as-grown alloys consisted of well-aligned and equally spaced lamellae or dendrites which undergo gradual degradation during high temperature deformation. The high strength of the alloys at the range of temperatures 800-900 K for the NiAlCrFe alloy and 1100-1200 K for the NiAlCrTi alloy is promising in terms of their application prospects for elements of instruments designed for use in high temperatures.

16

SHSB processing and properties of Al/TiC "in-situ" composites

Fraś E., Wierzbiński S., Janas A., Lopez H. F.

Archives of Metallurgy

|

2001

|

Vol. 46, iss. 4

407-423

EN

A low temperature variant of the self-propagating high temperature synthesis (SHSB. Where the B stands for bath was described and applied to processing "in-situ" AI-TiC composites. It was established that during the SHSB, the undesirable Al4C3 compound, which tends to react with the environment, accompanies the appearance of the TiC one. The Al carbides arc responsible for the degradation of the composite properties by increasing its volume to a large extent. In order to reduce the amounts of the Al4C3 a method has been proposed. The results of structure analysis, as well as strength and abrasion properties have been reported.

PL

W pracy opisano nowy wariant procesu syntezy kompozytów Al/TiC za pomocą samorozprzestrzeniającej się wysokotemperaturowej reakcji egzotermicznej (SHS). Powyższy wariant otrzymywania kompozytów zrealizowano z wykorzystaniem kąpieli aluminiowej i nazwano jako metodę SHSB, gdzie B oznacza kąpiel. Stwierdzono, że podczas syntezy kompozytów metodą SHSB nie tylko otrzymuje się węglik tytanu umacniający aluminum lecz również węgliki aluminium. Węgliki aluminium są niepożądanym składnikiem struktury kompozytów, gdyż wskutek reakcji z atmosferą, jej produkty powiększają swą objętość co prowadzi do rozsypywania się kompozytów. Opracowano metodę minimalizacji ilości niepożądanego węglika aluminium. W pracy podano również wyniki badań strukturalnych, wytrzymałościowych oraz zużycia abrazyjnego otrzymanych kompozytów.

17

Odkształcalność kompozytów na osnowie stopów aluminium wzmacnianych cząstkami węglika krzemu. Cz. III Wpływ warunków odkształcania na zdolność do odkształceń plastycznych w kompozytach AA2024/SiC(p).

Płonka B., Wierzbiński S.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2000

|

R. 45, nr 4

225-232

PL

Przedstawiono wybrane własności mechaniczne kompozytu AA2024/SiC(p) w aspekcie możliwości kształtowania plastycznego w warunkach wysokotemperaturowego odkształcania. Ponieważ osnowa kompozytu wykonana została ze stopu ulegającego przemianie fazowej, analizowano współdziałanie mechanizmów umocnienia odkształceniowego i wydzieleniowego w kontekście procesów odnowy strukturalnej - zdrowienia i rekrystalizacji dynamicznej. Ustalono optymalne warunki temperaturowo-prędkościowe kształtowania plastycznego kompozytu w szerokim zakresie temperatur i prędkości odkształcania oraz wzajemną relację pomiędzy mechanizmami umocnienia odkształceniowego i wydzieleniowego a procesami odnowy strukturalnej.

EN

Selected mechanical properties of the composite AA2024/SiC(p), are presented, in relation to its plastic formability, in conditions of high temperature deformation. The cooperation of the mechanism of deformation and precipitation strengthenings were analysed contextual with structural reconditioning-recovery and dynamic recrystallization, as the composite-matrix was an alloy being subject to phase change. The optimum conditions for thermal and velocity plastic formation of the composite within broad temperature and velocity ranges, die reciprocal relation between the mechanisms of deformation and precipitation strengthening and the processes of structural reconditioning were determined.

18

Odkształcalność kompozytów na osnowie stopów aluminium wzmacnianych cząstkami węglika krzemu. Cz. I. Kompozyty - klasyfikacja, metody wytwarzania, własności mechaniczne, zastosowanie.

Kurtyka P., Płonka B., Wierzbiński S.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2000

|

R. 45, nr 1

23-28

PL

Na podstawie studiów literaturowych w artykule przedstawiono kryteria klasyfikacji kompozytów, rodzaje i formy faz zbrojących kompozyty z uwzględnieniem reakcji na granicy osnowa-faza zbrojąca. Omówiono także podstawowe zagadnienia związane z wytwarzaniem kompozytów, w tym głównie kompozytów na osnowie metalowej wzmacnianych cząstkami węglika krzemu, jak również metody oceny ich własności mechanicznych w aspekcie zastosowań przemysłowych.

EN

Criterions of composites' classification, the kinds and forms of the phases reinforcing composites, taking into account the reactions on the matrix-reinforcing phase are presented, grounded on literary studies. The principal problems bound with generation of composites, especially of metal-matrix ones, reinforced with particles of silicon-carbide, and the methods of evaluation of their mechanical properties for industrial applications are talked over.

19

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

High temperature deformation behaviour of a directionally solidified Ni3Al - based alloy

Wierzbiński S., Lapin J., Czeppe T.

Archives of Metallurgy

|

1999

|

Vol. 44, iss. 2

221-237