Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Eulerian multiphase model of centrifugal casting process of particle reinforced Al matrix composites

Dolata A. J., Golak S., Ciepliński P.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 4

200-205

EN

This article discusses a new model of the centrifugal casting process which uses the full Eulerian approach to modelling composite suspension dynamics. The proposed model, in contrast to models based on the Lagrangian approach, allows one to consider such important phenomena as the presence of maximum packing of reinforcing particles, or the change in viscosity suspension caused by changes in the reinforcement volume fraction. These phenomena are essential for the final result of the composite casting process. The paper presents the results of numerical experiments using the developed model. Simulation of the casting process of the AlSi7MgSr (AK7) aluminium alloy with silicon carbide and graphite was performed. The results showed that the developed model of the centrifugal casting process enables one to recognize the phenomena that are impossible to capture by measurement techniques available today.

PL

Omówiono nowy model procesu odlewania odśrodkowego, który wykorzystuje pełne podejście eulerowskie do modelowania dynamiki zawiesiny kompozytowej. Dzięki temu zaproponowany model, w przeciwieństwie do modeli opartych o podejście lagrangowskie, umożliwia uwzględnienie tak ważnych zjawisk, jak: istnienie maksymalnego, granicznego upakowania cząstek zbrojenia czy też wywołane zmianami udziału zbrojenia lokalne zmiany lepkości zawiesiny. Zjawiska te są kluczowe dla końcowego wyniku procesu odlewania kompozytu. W artykule zaprezentowano wyniki eksperymentów numerycznych wykorzystujących opracowany model. Przeprowadzono symulacje procesu odlewania zawiesiny stopu aluminium (AlSi7MgSr) z węglikiem krzemu i z grafitem. Uzyskane wyniki wykazały, że opracowany model procesu umożliwia rozpoznanie zjawisk niemożliwych do uchwycenia dostępnymi współcześnie technikami pomiarowymi.

2

Structure and physical properties of alumina ceramic foams designed for centrifugal infiltration process

Dolata A. J., Dyzia M., Jaegermann Z.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 3

136--143

EN

In the case of liquid phase processes used for the production of Al alloy matrix composites, the important factors are the interaction on the boundary of the liquid metal-ceramic phase, mainly the wetting of the ceramic surface. From this point of view, in the case of IPCs obtained by centrifugal infiltration, modification of the matrix alloy, the structure and physical properties of the porous ceramic materials, additionally the technological parameters like the temperature and time of infiltration as well as the rotational speed of the mould are important. In turn, the main parameters that influenced the efficiency of the infiltration process are the density, porosity, absorbability and permeability of the porous ceramic medium. The structural characteristics and physical properties of alumina foams, important for the infiltration of liquid aluminum alloy, have been presented. Scanning electron microscopy (SEM) and computer microtomography (µCT) were used to evaluate the microstructure of the Al2O3 foams. Selected properties of the foams such as density, open porosity, total porosity, absorbability were determined. In addition, the Ergun equation to determine the permeability of the foams was used. Metal-ceramic interpenetrating composites (IPCs) were obtained by the centrifugal infiltration of alumina foams with liquid Al alloy.

PL

W procesach ciekłofazowych wytwarzania kompozytów o osnowie stopów Al istotnymi czynnikami są oddziaływania na granicy faz, a zwłaszcza zwilżanie powierzchni ceramiki przez ciekły metal. Z tego punktu widzenia w przypadku kompozytów IPCs otrzymywanych w procesie infiltracji odśrodkowej istotne są modyfikacja stopu osnowy, struktura i właściwości fizyczne porowatej ceramiki, a także parametry technologiczne, takie jak: temperatura, czas infiltracji oraz prędkość wirowania formy. Z kolei głównymi parametrami, od których zależy wydajność procesu infiltracji, są gęstość, porowatość, nasiąkliwość oraz przepuszczalność ceramicznego, porowatego medium. W niniejszej pracy przedstawiono charakterystyczne cechy strukturalne i właściwości fizyczne korundowych pianek ceramicznych istotne z punktu widzenia infiltracji ciekłym stopem aluminium. Do oceny mikrostruktury pianek Al2O3 zastosowano metody skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz mikrotomografię komputerową (µCT). Wykorzystując metodę ważenia hydrostatycznego, wyznaczono wybrane właściwości pianek ceramicznych, takie jak: gęstość pozorna, porowatość otwarta, porowatość całkowita, nasiąkliwość. Ponadto, w celu odpowiedniego doboru preform ceramicznych do procesu infiltracji odśrodkowej ciekłym stopem Al wyliczono wartość przepuszczalności pianek, korzystając z równania Erguna. Do wytworzenia kompozytów o dwóch wzajemnie przenikających się fazach metalowej i ceramicznej (IPCs) zastosowano proces infiltracji odśrodkowej.

3

Influence of the Sr and Mg Alloying Additions on the Bonding Between Matrix and Reinforcing Particles in the AlSi7Mg/SiC-Cg Hybrid Composite

Dolata A. J., Dyzia M., Boczkal S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

651--656

EN

The aim of the work was to perform adequate selection of the phase composition of the composite designated for permanent - mould casting air compressor pistons. The hybrid composites based on AlSi7Mg matrix alloy reinforced with mixture of silicon carbide (SiC) and glassy carbon (Cg) particles were fabricated by the stir casting method. It has been shown that the proper selection of chemical composition of matrix alloy and its modification by used magnesium and strontium additions gives possibility to obtain both the advantageous casting properties of composite suspensions as well as good bonding between particles reinforcements and matrix.

4

Effect of SiC and GR Reinforcement Particles on the Structure and Functional Properties of Composite Casting E43 MMC Reinforced with SiC Particles

Boczkal S., Dolata A. J., Nowak M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

399--404

EN

The aim of the study was to describe the structure of composites based on the AlSi7Mg2Sr0.03 alloy matrix reinforced with SiC particles added in an amount of 10% and with a mixture of SiC and GR particles added in a total amount of 20%. Studies of the composite structure, were carried out by scanning electron microscopy (SEM). Based on the results of chemical analysis in microregions, an increased content of elements such as Mg, O and Si and of the precipitates was observed at the interface. In many places in the examined sample, GR particles formed partly disintegrated conglomerates with well developed boundaries. The effect of the content of particles of the reinforcing phase on the functional properties of the composite was investigated during studies of abrasion. The lowest mass loss of 5,33mg was obtained for the AlSi7Mg2Sr0.03 alloy reinforced with 10% SiC particles.

5

Centrifugal Infiltration of Porous Ceramic Preforms by the Liquid Al Alloy – Theoretical Background and Experimental Verification

Dolata A. J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

411--418

EN

The goal of this work is the description of phenomena occurring during centrifugal infiltration of porous ceramic materials by liquid Al alloy. In this method, the pressure required to infiltration of liquid metal into pores of ceramic is generated by centrifugal force. From the beginning it was assumed that the porous ceramic material will create reinforcement layer in specific area of the casting. The forces that influence on the liquid metal during mould centrifugation and heat exchange between ceramic preform and metal alloy within the area of the front of infiltration were considered in the analysis. The paper presents also selected experiment results.

6

Cast Hybrid Composites Designated for Air Compressor Pistons

Dolata A. J., Dyzia M., Jaworska L., Putyra P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

705--708

EN

The main purpose of the investigations was to develop the phase composition of the composite assuming that the component selection criterion will be the formability of piston work surfaces during the machining. Wear resistance under the friction conditions was assumed as the additional parameter for the assessment of composite material. In the study were used AlSi7Mg/SiC+Cg and AlSi7Mg/SiC+GR hybrid composites prepared by the stir casting method.

7

Dobór składu fazowego kompozytu na bazie stopu AlSi pod kątem możliwości kształtowania powierzchni roboczych tłoków

Dyzia M., Dolata A. J., Putyra P., Jaworska L.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

519--523

PL

Od wielu lat kompozyty o osnowie stopów aluminium (AlMMC) są zaliczane do grupy nowoczesnych materiałów inżynierskich. Obecnie na skalę przemysłową są wytwarzane elementy pracujące w warunkach dużych obciążeń ciernych, na przykład tłoki kompozytowe, tarcze i bębny hamulcowe. Główne technologie wytwarzania materiałów kompozytowych bazują na wysokociśnieniowych metodach infiltracji porowatych preform ceramicznych ciekłym stopem aluminium. Nadal jednak głównym problemem ograniczającym szersze zastosowanie tych materiałów jest ich cena, a przede wszystkim koszt obróbki kształtującej gotowy wyrób. W artykule przedstawiono wyniki badań technologicznych dotyczących możliwości wykorzystania metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o osnowie stopu AlSi zbrojonych cząstkami ceramicznymi (SiC i SiC + Cg) i kształtowania półfabrykatu tłoka w procesie odlewania kokilowego (rys. 1). Celem badań było opracowanie składu fazowego kompozytu przy założeniu, że głównym kryterium doboru komponentów będzie możliwość kształtowania powierzchni roboczych tłoka w procesach obróbki skrawaniem oraz ocena właściwości tribologicznych kompozytu. Trwałość ostrza narzędzi wykonanych z polikrystalicznego diamentu (PCD) określono, przyjmując czas pracy, po którym parametr starcia osiągnie wartość VB = 0,3 mm. Na podstawie obserwacji SEM powierzchni ostrza po współpracy z materiałami kompozytowymi zidentyfikowano charakter zużycia narzędzia. W przypadku współpracy ostrza PCD z kompozytem zbrojonym cząstkami SiC zużycie miało charakter wytarcia, natomiast w przypadku współpracy z kompozytem zbrojonym mieszaniną cząstek SiC + Cg na ostrzu tworzyły się narosty.

EN

The article presents the results of technological research on the possibilities of using the slurry method for producing alloy matrix composites reinforced with ceramic particles AlSi (SiC and SiC + Cg) and shaping the piston in the die casting process. The purpose of the proposed study was to develop a composite phase composition on the assumption that the main criterion for the selection of components will be able to shape the working surface of the piston in machining processes and to assess the tribological properties of the composite. Polycrystalline diamond (PCD) tool life was determined based on the time of operation after which clashes parameter reaches VB = 0.3 mm. On the basis of SEM observation of the surface of the blade when working with composite materials identified nature of tool wear. In the case of cooperation PCD composite reinforced with SiC particles consumption was of wipe, while in the case of composite reinforced cooperation with the mixture of particles of SiC + Cg on the blade formed growths. The testing system–on–disc confirmed the beneficial effects of reinforcement SiC particles on the stability coefficient of friction. In an attempt to abrasive wear was recorded for reduced wear of composite samples AlSi7Mg2Sr003/SiC as compared with a hybrid AlSi7Mg2Sr003/SiC + Cg.

8

Centrifugal Castings Locally Reinforced with Porous Al2O3 Preform

Dolata A. J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

345--348

EN

The main objective of presented researches were tests of infiltration of the porous ceramic preforms at the pressure in centrifugal casting process. Make an assumption that the porous preform will be create the local reinforcement layer in specific area of the casting. For investigations the alumina porous ceramic preforms were applied (Al2O3). The pressure to infiltrate molten aluminum alloy into ceramic preforms was generated by centrifugal force. The structure of composites was examined by light and electron microscope. The investigations of composites microstructure exhibited high degree of infiltration of spherical macropores in Al2O3 ceramic preforms by the molten aluminium alloy. On the basis of structural studies has been shown that centrifugal force is effective as a driving force for the infiltration of porous preforms.

PL

Głównym celem przedstawionych badań była próba infiltracji porowatych preform ceramicznych wspomagana ciśnieniem generowanym w procesie odlewania odśrodkowego. Założono, że porowata pretorma będzie tworzyć lokalne wzmocnienie w określonym obszarze odlewu. W badaniach wykorzystano preformy ceramiczne (Al2O3). Ciśnienie niezbędne do infiltracji ceramicznej preformy ciekłym stopem aluminium było generowane za pomocą siły odśrodkowej. Strukturę kompozytu badano z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej i elektronowej. Badania mikrostruktury kompozytów wykazywały wysoki stopień infiltracji sferycznych makroporów preformy Al2O3 przez stop aluminium. Na podstawie badań strukturalnych wykazano, że siła odśrodkowa działa jako siła napędowa i wspomaga proces infiltracji porowatych preform.

9

Effect of Chemical Composition of the Matrix on AlSi/SiCp+Cp Composite Structure

Dolata A. J., Dyzia M.

Archives of Foundry Engineering

|

2014

|

Vol. 14, iss. 1 spec.

135--138

EN

The casting processes using mechanical stirring of composite suspension are considered for the most economical methods for manufacturing of metal matrix composites in the application and industrial practice. The most common problems during the composite suspensions production include: weak wetting between liquid Al alloy and ceramic particles and gassing of composite mixtures resulting with introducing the particles into aluminium alloy and long-term stirring process. The agglomerates and clusters of particles created among others as an effect of gas blisters absorption on the surface of ceramics causes discontinuity of composite structure and thereby they reduce properties of final products. The porosity has disadvantageous effect on mechanical properties of products, it reduces the corrosion and wear resistance, particularly under technically dry friction conditions. Therefore, to produced the casts composite possessed optimal properties, it is necessary their minimal porosity. To obtaining a good high-quality castings, the proper selection of components, particularly the chemical composition of the Al matrix and the kind of reinforcement are necessary. In this paper, the effect of chemical composition of the matrix on AlSi/SiCp+Cp composite structure were presented.

10

Al/CF composites obtained by infiltration method

Dolata A. J., Dyzia M., Śleziona J.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

310-316

EN

Aluminium alloys reinforced with carbon fibres can find applications in a variety of light constructions operating in complex load conditions. The methods of obtaining these types of composites are mainly based on liquid-phase methods, where the connection between the composites is achieved as a result of wetting the reinforcement phase with a liquid metal. For these processes, the aluminium matrix should be characterized by high strength, the possibility for heat treatment and adequate technological properties (high castability, good wettability of carbon fibre surface by molten metal). A following important aspect in the Al/CF discussed system is a reduction of reactivity between the liquid aluminium and carbon fibre. In the article, the results of infiltration tests on nickel coated carbon performs by a liquid Al alloy have been presented. In the examinations, aluminium with a silicon alloy (226D) modified by magnesium and strontium were used. The infiltration process was carried out on a Degussa press. The manufactured composite plates were characterized a regular shape, without surface casting defects. The nickel coating prevents the destruction of the fibres, but the reaction of Ni with the liquid aluminum alloy in the boundary area leads to the precipitation of a ductile phase of the Al-Ni system. Decohesion takes place among the matrix and fibres, which allows the supposition that the composite will be characterized by good mechanical properties. This requires experimental verification, which is planned in the successive stage of the research in the project "3D-textile reinforced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in the frames of the programme supported by the Polish Ministry of Science and Higher Education and by the DFG in Germany in the Polish-German Bilateral Project.

PL

Stopy aluminium wzmacniane włóknami węglowymi mogą znaleźć zastosowanie w wielu lekkich konstrukcji, pracujących w złożonych warunkach obciążenia. Metody wytwarzania tego rodzaju kompozytów są oparte głównie na metodach ciekłofazowych, gdzie połączenie pomiędzy komponentami uzyskuje się w wyniku zwilżania fazy zbrojenia przez ciekły metal. Dla tego typu procesów aluminiowa osnowa powinna charakteryzować się wysoką wytrzymałością, możliwością przeprowadzenia obróbki cieplnej i odpowiednimi właściwościami odlewniczymi (wysoką lejnością, dobrą zwilżalnością powierzchni włókien węglowych, niską lepkością). Kolejny ważny aspekt w omawianym układzie komponentów to konieczność obniżenia reaktywności występującej pomiędzy ciekłym stopem aluminium a włóknami węglowymi. W artykule przedstawiono wyniki badań procesu infiltracji ciekłym stopem Al tkanin węglowych z powłoką niklową. Do infiltracji tkanin węglowych zastosowano stop aluminium z krzemem (226D) modyfikowany dodatkami magnezu i strontu. Proces infiltracji przeprowadzono na prasie Degussa. Wytworzone płytki kompozytowe charakteryzowały się regularnym kształtem bez powierzchniowych wad odlewniczych. Potwierdzono korzystny wpływ powłoki niklowej, która zabezpiecza włókna przed zniszczeniem. Jednak reakcja Ni z ciekłym stopem aluminium w obszarze granicznym prowadzi do powstania kruchych faz z układu Al-Ni. Zniszczenie materiału kompozytowego zachodzi poprzez osnowę i włókna, co pozwala przypuszczać, że kompozyty będą charakteryzowały się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej planowanej w kolejnych etapach badawczych. Prace zostały zrealizowane w ramach projektu finansowanego w programie DFG: "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn".