Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A Comparative Study on Ex-Situ & In-Situ Formed Metal Matrix Composites

Gobalakrishnan B., Rajaravi C., Udhayakumar Gobikrishnan, Lakshminarayanan P. R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 1

171--185

EN

An attempt has been made to synthesize the aluminium based ex-situ (Al-SiC) and in-situ (Al-TiB2) formed metal matrix composites with varying weight percentage of reinforcement contents such as 4wt.%, 6wt.% and 8wt.%. Synthesized composites were subjected to a cold extrusion process followed by heat treatment according to the ASTM B 918-01 standards. The mechanical properties of in-situ composites were evaluated as per the ASTM guidelines and compared with ex-situ formed composites and base metal properties. Superior properties were noticed in the in-situ formed composites and the mechanical properties such as yield strength, Ultimate tensile strength (UTS) and Hardness for both ex-situ and in-situ composites were found to increase with increasing the reinforcement addition. Cold extruded Al-8 wt.% SiC composite properties such as hardness, yield strength and UTS are 87 RB, 152 MPa, 216 MPa respectively. Whereas, for Al-8 wt.% TiB2 composite, the corresponding properties are 94 RB, 192 MPa, 293 MPa. The morphology of the composites is analysed by Optical and Scanning Electron Microscopic (SEM) whereas presence of reinforcement particles such SiC and TiB2 along with intermetallic phases Mg2Si and Al5FeSi are confirmed by EDX, XRD and Element Mapping analyses.

2

Strefy kompozytowe otrzymywane in situ w staliwnych odlewach bijaków do kruszarek

Opitek B., Olejnik E., Lelito J.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2018

|

Vol. 58, no. 3

191--199

PL

Prezentowana praca miała na celu uzyskanie elementu bijaka do kruszarki wykorzystywanego w warunkach dużego zużycia ściernego oraz pracującego pod wysokimi naciskami. Wytworzono, metodą SHSB, lokalną strefę kompozytową składającą się z bardzo twardego węglika tytanu – TiC. Umieszczone w przygotowanej wcześniej formie odlewniczej wypraski zostały zalane ciekłym metalem, którego ciepło spowodowało zainicjowanie reakcji in situ tworzenia się węglika tytanu. Otrzymany w ten sposób odlew poddano badaniom. Wykonano analizę składu fazowego na dyfraktometrze rentgenowskim – XRD. Dodatkowo przeprowadzono badania na elektronowym mikroskopie skaningowym – SEM w celu określenia kształtu, wielkości i rozmieszczenia TiC. W efekcie przeprowadzonych prac i badań otrzymano materiał wysokiej jakości zgodny z oczekiwaniami.

EN

The aim of the presented study was to obtain the element of a crushing mill beater reinforced with a composite zone, working under the conditions of high abrasive wear as well as high pressures. By means of the SHSB method, a local composite zone was created consisting of very hard titanium carbide – TiC. The moulded pieces prepared beforehand in the casting mould were filled with liquid metal, whose heat caused the initiation of an in situ reaction – the formation of titanium carbide. The cast obtained in this way was subjected to tests. An analysis of the physical composition was performed on an X-ray diffractometer – XRD. Additionally, investigations with the use of a scanning electron microscope SEM were carried out in order to determine the shape, size and distribution of TiC. As a result of the conducted research, a high quality material was obtained, which was in line with the authors' expectations.

3

The Hardening in Alloys and Composites and Its Examination with a Diffraction and Self-Consistent Model

Gadalińska E., Baczmański A., Wroński S., Wróbel M., Scheffzük C.

Fatigue of Aircraft Structures

|

2018

|

Iss. 10

31--46

EN

The paper presents the results of diffraction stress measurement in Al/SiC composite and in 2124T6 aluminum alloy during the in situ tensile test. The main aim of the work is to observe the stress values for different stages of tensile test for the composite after applying two types of thermal treatment and for the alloy used as a matrix in this composite, to identify the type of hardening process. The experimental results were compared against the calculations results obtained from the self-consistent model developed by Baczmański [1] - [3] to gain the information about the micromechanical properties (critical resolved shear stress τcr and hardening parameter H) of the examined materials. This comparison allowed researchers to determine the role of reinforcement in the composite as well as the impact of the heat treatment on the hardening of the material.

4

Investigation of the interaction between the CuZn38Pb2 matrix and the Fe reinforcement phase during the production of the complex relief MMCs

Spasova D., Atanasov N., Radev R.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2017

|

Vol. 57, no. 4

315--319

EN

The present paper is relevant to the investigation of the interaction between the copper alloy metal matrix (CuZn38Pb2) and the reinforcement phase (Fe) during the production of “hybrid” complex relief MMCs. An innovative production method is used for the creation of composites that have been brought to the application of different space vacuum schemes for composite synthesis of vacuuming the space by using the notion of “capillary forming”. In this method, the metal matrix (copper alloy melt) was forcedly infil- trated in the space between the reinforcement phase (Fe) particles as opposed to the classical method to obtain MMCs, uses a mechanism of insertion of the reinforcement phase into the ready for use melt, followed by homogenization of the composite structure. In this paper is presented a cost-effective production processes for metal-matrix composites by using single blanks implementing conventional methods for mould production (in expendable cement mould). Studies were also carried out metallographic and X-ray diffraction phase analysis to clarify the phase composition and the ongoing diffusion processes due to the high temperature process of production of complex relief MMC. Microhardness of the composite phase was also measured.

5

Tribological properties of sintered of bronze-based composites reinforced with Al-based hard particulares

Dyachkova L., Feldshtein E., Letsko A., Kiełek P., Kiełek T.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 2

84--89

EN

This paper describes the changes in the tribotechnical properties of CuSn10 sintered bronze and MMCs based on this bronze reinforced with ultrafine composite Al-based powders. It was observed that the presence of hard particulates in the MMCs leads to a decrease in the friction coefficient and, particularly, wear rate. The presence of Al-based particulates in the MMC reduces the wear rate considerably. It decreases in the direction of FeAl → NiAl → Ti-Al-Cr particulates and for the best MMC composition the gain is about 20 times. In the MMC wear process, micro-craters are formed on the contact surface and it is the principal reason for the decrease in the wear rate.

PL

W pracy zbadano zmiany właściwości tribotechnicznych spiekanego brązu CuSn10 oraz kompozytów metalowych na bazie tego brązy umocnionego twardymi cząstkami proszków na bazie aluminium: FeAl, NiAl oraz Ti-46Al-8Cr. Obecność w kompozycie twardych cząstek na bazie Al prowadzi do zmniejszenia współczynnika tarcia i intensywności zużycia. Temperatury w strefie styku są stabilne, maksymalne temperatury zaobserwowano w warunkach wzrastającego obciążenia. Intensywność zużycia zmniejsza się w kierunku FeAl → NiAl → Ti-Al-Cr cząstek i dla kompozytu o najlepszym składzie przewaga sięga 20 razy. Zasadniczą przyczyną zmniejszenia intensywności zużycia są mikrokratery powstające na powierzchniach styku.

6

Wear Resistance of TiC Reinforced Cast Steel Matrix Composite

Sobula S., Olejnik E., Tokarski T.

Archives of Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 17, iss. 1

143--146

EN

Wear resistance of TiC-cast steel metal matrix composite has been investigated. Composites were obtained with SHSB method known as SHS synthesis during casting. It has been shown the differences in wear between composite and base cast steel. The Miller slurry machine test were used to determine wear loss of the specimens. The slurry was composed of SiC and water. The worn surface of specimens after test, were studied by SEM. Experimental observation has shown that surface of composite zone is not homogenous and consist the matrix lakes. Microscopic observations revealed the long grooves with SiC particles indented in the base alloy area, and spalling pits in the composite area. Due to the presence of TiC carbides on composite layer, specimens with TiC reinforced cast steel exhibited higher abrasion resistance. The wear of TiC reinforced cast steel mechanism was initially by wearing of soft matrix and in second stage by polishing and spalling of TiC. Summary weight loss after 16hr test was 0,14÷0,23 g for composite specimens and 0,90 g for base steel.

7

Locally Reinforcement TiC-Fe Type Produced in Situ in Castings

Olejnik E., Szymański Ł., Kurtyka P., Tokarski T., Maziarz W, Grabowska B., Czapla P.

Archives of Foundry Engineering

|

2016

|

Vol. 16, iss. 3

77--82

EN

Refinement is one of the most energy consuming technological process, aimed at obtaining mineral raw materials of the proper grain size. Cast structural elements such as jaws or hammers in crushing machines operate under conditions of an intensive wear. The data indicate that 80% of failures of machines and devices is caused by wearing of rubbing surfaces. This problem became the subject of several scientific and industrial investigations carried out in the whole world in order to produce materials ultra- wear resistant. Methods allowing to obtain wear resistant composite castings are discussed in the hereby paper. Within the performed research microstructures of the produced composite zones were presented and the comparative analysis with regard to mechanical and functional properties of local composite reinforcements in relation to the commercial alloys of increased wear resistance was performed. The results show almost twenty five times increase in wear resistance compared to manganese cast steel containing 18% Mn.

8

Wpływ parametrów mielenia wysokoenergetycznego na właściwości proszków kompozytowych aluminiowo-ceramicznych

Witkowska A., Pawlik T., Michalik D., Sopicka-Lizer M.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 4

166--175

PL

Drobnoziarniste kompozyty na osnowie aluminium i jego stopów wzmacniane cząstkami ceramicznymi, stanowiące alternatywę dla kompozytów otrzymywanych metodami odlewniczymi, charakteryzuje submikroskopowy stopień rozdrobnienia i wysoka reaktywność. Celem prezentowanych badań było określenie wpływu parametrów mielenia w młynie planetarnym na powstawanie i właściwości proszku kompozytowego składającego się z siluminu, azotku krzemu i węgla szklistego. Analizowane parametry mielenia to: czas mielenia, prędkość obrotowa, średnica mielników, materiał wyłożenia oraz średnica misy mielącej. Zastosowano metody badawcze umożliwiające określenie rozkładu ziarnowego proszku kompozytowego, powierzchni właściwej, zawartości tlenu w proszku metalicznym i w azotku krzemu oraz składu fazowego. Przeprowadzone analizy wykazały zróżnicowany wpływ parametrów na efekt rozdrobnienia i właściwości rozdrobnionego materiału. Wysokoenergetyczne mielenie wieloskładnikowego proszku kompozytowego wywołuje reakcje chemiczne między składnikami proszku i aglomerację rozdrobnionych cząstek, których intensywność zależy od analizowanych parametrów mielenia. Analogiczne mielenie jednoskładnikowego proszku siluminowego dało odmienne wyniki.

EN

Fine-grained composites based on an aluminum matrix or its alloys, reinforced with submicron ceramic particles obtained by the powder metallurgy method are an alternative to the composites obtained by casting method and they can provide the submicrometer scale of reinforcement distribution. The aim of this study was to determine the impact of the milling parameters in a planetary mill on the formation and properties of the composite powder consisting of silumin, silicon nitride and glassy carbon. The analyzed parameters of milling are: the time of milling, the rotational speed, the diameter of the grinding media, the jar lining material and the diameter of the grinding bowl. Research methods enabling to determine the particle size distribution of the composite powder, the specific surface area, oxygen content in both, the metallic and silicon nitride powder, as well as phase composition changes induced by high-energy milling, were applied. The obtained results revealed a varying impact of milling parameters on the refining effect and on the properties of particulate material. High energy milling of the multi-component composite powder induced chemical reactions between the powder particles of various chemical composition and agglomeration of fine particles, with various intensity depending on the analyzed grinding parameters. Analogous milling of the sole silumin powder without ceramic reinforcement gave different results.

9

Fatigue Life Predictions of Metal Matrix Composites Using Artificial Neural Networks

Uygur I., Cicek A., Toklu E., Kara R., Saridemir S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

97--103

EN

In this study, fatigue life predictions for the various metal matrix composites, R ratios, notch geometries, and different temperatures have been performed by using artificial neural networks (ANN) approach. Input parameters of the model comprise various materials (M), such as particle size and volume fraction of reinforcement, stress concentration factor (Kt), R ratio (R), peak stress (S), temperatures (T), whereas, output of the ANN model consist of number of failure cycles. ANN controller was trained with Levenberg-Marquardt (LM) learning algorithm. The tested actual data and predicted data were simulated by a computer program developed on MATLAB platform. It is shown that the model provides intimate fatigue life estimations compared with actual tested data.

PL

Zastosowano sztuczne sieci neuronowe (ANN) do przewidywania trwałości zmęczeniowej dla różnych kompozytów metalowych, parametrów R, geometrii karbu, i różnych temperatur. Parametry wejściowe modelu obejmowały: różne materiały (M), o różnym rozmiarze cząstek i objętosci frakcji zbrojącej, współczynnik koncentracji naprężeń (Kt), stosunek parametru R (R), naprężenie szczytowe (S), temperaturę (T), natomiast dane wyjściowe składały się z liczby cykli awarii (SSN). Kontroler ANN był trenowany z użyciem algorytmu uczenia Levenberga-Marquardta (LM). Badane dane rzeczywiste i dane przewidywane symulowane były przez program komputerowy opracowany na platformie MATLAB. Wykazano, że model zapewnia oszacowanie trwałości zmęczeniowej bliską rzeczywistym danym badanym.

10

Composite zones produced in iron castings by in-situ synthesis of TiC carbides

Olejnik E., Górny M., Tokarski T., Grabowska B., Kmita A., Sikora G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

465--471

EN

The study discusses a method of producing composite zones at the edge of castings made of ferritic-pearlitic ductile iron. Composite zones were produced in castings made of ferritic-pearlitic ductile iron at the casting edge. The reinforcing phase for the composite zone was TiC carbide, obtained by in-situ synthesis of substrates introduced into the mould in the form of compacts. The composition of the substrates of the reaction of the TiC synthesis was next enriched with an Fe filler added in an amount of 10 and 50 wt. % to investigate the possibility of changing the hardness of the composite zone. The addition of filler changed the surface fraction and the average size of TiC precipitates. In the case of the 50 wt. % addition, a tenfold reduction in the dimensions of the carbides was obtained. This increased their surface fraction relative to the compact composition containing only 10 wt. % of the filler. Changes in mechanical properties were analysed within the zone area by the measurement of hardness HV. The study showed a gradual decrease of the zone hardness in function of the amount of the filler added. This trend was also true as regards the composite zone in castings, where a significant refinement and increased surface content of the TiC precipitates was observed.

PL

W pracy omówiono metodę wytwarzania stref kompozytowych w odlewach z ferrytyczno-perlitycznego żeliwa sferoidalnego. Faza wzmacniająca strefy kompozytowej był węglik tytanu (TiC), uzyskany w wyniku syntezy in situ substratów wprowadzonych do formy w postaci wyprasek. Do kompozycji substratów reakcji syntezy TiC wprowadzono wypełniacz, proszek Fe w ilości 10 i 50 %mas. w celu zbadania możliwości zmiany twardości strefy kompozytowej. Dodatek wypełniacza spowodował zmiane udziału powierzchniowego oraz średniej wielkości TiC. W przypadku 50 %mas. dodatku wypełniacza otrzymano dziesięciokrotne zmniejszenie wymiarów węglików. Analizowano zmiany mechaniczne w obrębie strefy, badając jej twardość HV. Badana wykazały stopniowy spadek twardości strefy wraz z ilością dodawanego wypełniacza. Tendencja ta dotyczyła również strefy kompozytowej odlewu, w którym stwierdzono znaczne rozdrobnienie wydzieleń TiC i wzrost ich udziału powierzchniowego.

11

Analysis of the solidification and properties of plaster cast Al based composites

Egizabal P., García Romero A., Torregaray A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 1

119-125

EN

The present work deals with aspects related to the solidification and properties of an Al-Si10Mg/SiC20p alloy cast in plaster moulds. Several strategies were followed to shorten its solidification time such as embedding copper tubes into the mould to make circulate cooling fluids immediately after the casting step. The analysis of cooling curves provided valuable information on the effect of the particles on solidification events. The precipitation of different phases of the MMC takes place at higher temperatures and earlier than in the case of the non reinforced alloy. Particles affect the solidification pattern of the alloy and play a noticeable role in the precipitation of the phases. This fact should be taken into account to design the filling and feeding systems correctly and for modelling and processing parameters as well as in thermal treatments. Eventually samples were obtained under the highest solidification rate conditions to analyse the microstructure and tensile properties of the MMC material.

PL

Praca przedstawia aspekty związane z krzepnięciem i właściwościami stopów Al-Si10Mg/SiC20p odlewanych w formach gipsowych. Aby skrócić czas krzepnięcia stopu testowano kilka strategii, takich jak osadzanie rur miedzianych w formie aby umożliwić obieg cieczy chłodzących natychmiast po odlaniu stopu. Analiza krzywych chłodzenia dostarczyłacennych informacji na temat wpływu cząstek na proces krzepnięcia. Wydzielanie różnych faz w kompozytach metalowo-ceramicznych odbywa się w wyższych temperaturach i wcześniej, niż w przypadku nieumacnianego stopu. Cząstki wpływają na schemat krzepnięcia stopu i odgrywają zauważalną rolę w wydzielaniu faz. Fakt ten powinien być brany pod uwagę przy projektowaniu prawidłowego systemu zalewania formy, modelowaniu parametrów procesu, jak również obróbki cieplnej. Na koniec pobrano próbki otrzymane przy najwyższej szybkości krzepnięcia do analizy mikrostruktury i właściwości wytrzymałościowych kompozytu metalowo-ceramicznego.

12

Nowoczesne materiały kompozytowe zastępujące tradycyjne materiały odlewnicze

Mierzwa P., Olejnik E., Janas A.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 1s

137--142

PL

W pracy przedstawiono możliwość przekształcenia klasycznych materiałów odlewniczych w kompozyty in situ. Materiały te znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, a szczególnie w przemyśle wydobywczym. Przekształcenie stopu klasycznego w materiał kompozytowy, wpływa wyraźnie na poprawę jego właściwości mechanicznych. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano nowy materiał inżynierski, który wytworzono metodą syntezy objętościowej z wykorzystaniem reakcji SHSB. Zastosowana metoda pozwala umocnić klasyczne materiały odlewnicze zarówno lokalnie, jak również objętościowo. Umocnienie to polega na syntezie cząstek ceramicznych w kąpieli metalowej, bezpośrednio w jednoetapowym procesie odlewniczym. Materiałem wyjściowym do badań było staliwo manganowe, które w wyniku przeprowadzonej reakcji syntezy, przekształcono w kompozyt typu MMCs. Fazą wzmacniającą nowego materiału były ceramiczne cząstki węglika tytanu. Prezentowane w niniejszej pracy wyniki, wskazują na znaczną poprawę zarówno właściwości mechanicznych, jak i użytkowych otrzymanego materiału kompozytowego, dotyczy to takich parametrów, jak twardości i odporności na ścieranie.

EN

The study presents an opportunity to transform the traditional casting materials into in situ composites, the latter ones being currently used on a growing scale in various sectors of the industry, especially in the extractive industries. The transformation of standard alloy into a composite considerably improves the mechanical properties. As a result of the experiment, a new engineering material was produced by the method of bulk synthesis and an SHSB reaction. The method enables hardening of the traditional casting materials, both locally and in the whole volume of the material. The hardening is obtained by the synthesis of ceramic particles in a metal bath, directly in a one-step casting process. The starting material for research was cast manganese steel which, as a result of the reaction of synthesis, was converted into an MMCs type composite. The reinforcing phase in the new material were ceramic particles of titanium carbide. The results presented in this paper show a significant improvement in both mechanical and performance properties of the composite material obtained, this also applying to parameters such as hardness and abrasive wear resistance.

13

Notch behavior and fatigue life predictions of discontinuously reinforced MMCs

Uygur I.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 1

109-115

EN

In this study, three notch geometries were assessed with different stress concentration factors. The severity of a notch increased with the stress concentration, hence the fatigue lives dramatically reduced due to increasing stress concentration factor. Fatigue life predictions for the notch geometries have been performed by using a critical strain life approach. It is shown that the model provides a reasonable fatigue life estimation for various notch geometries, volume fraction, and reinforcement particle size of the Al metal matrix composites. Typical crack initiation sites related with the particle clusters, large particles, and intermetallic particles. Although, crack propagation in the reinforced alloy occurred predominantly in the matrix material, SiC particles (SiCp) played a significant role in influencing the crack path.

PL

W pracy, badano trzy geoemetrie karbu w powiązaniu z różnymi współczynnikami koncentracji naprężeń. Wielkość pęknięcia rosła z koncentracją naprężeń, a tym samym wytrzymałość zmęczeniowa była drastycznie obniżona ze względu na zwiększony współczynnik koncentracji naprężeń. Przewidywania trwałości zmęczeniowej dla różnych geometrii karbu zostały wykonane przy użyciu krytycznego czasu odkształcenia. Pokazano, że model umożliwia wystarczające szacowanie trwałości zmęczeniowej dla różnych geometrii karbu, frakcja objętości, i wielkości cząstek zbrojenia aluminiowych kompozytów metalowo-ceramicznych. Typowe miejsca inicjacji pęknięcia związane były z klastrami cząstek, dużymi cząstkami, i cząstkami intermetalików. Pomimo, że pęknięcia w kompozycie miały miejsce głównie w materiale matrycy, cząsteczki (SiCp) odegrały znaczną rolę w kształtowaniu ścieżki pęknięcia.

14

Thermal residual stress investigation in AS52/ Al18B4O33 magnesium matrix composite by thermal cycling test

Lee W., Park Y., Park B., Park I., Park Y.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 32, nr 1

17-20

EN

Purpose: MMCs have microscopic scale thermal residual stress that is generated after cooling from high temperature Because of the difference of thermal expansion coefficient between the matrix and reinforcement. Because of their high service temperature, automobile parts experience thermal cycling between room and service temperature. Those thermal cycles can vary the properties of the MMCs by changing residual stress field. In this study, the relations between residual stresses and hardness were investigated. Design/methodology/approach: For the residual stress investigations, thermal cycling test was performed. After thermal cycling testing, the thermal residual stress of the MMC was investigated using high resolution Xray diffraction test. On the other hand, the residual stress was calculated by the finite elements method and it was compared to the experimental results. Findings: The residual stress relaxed in the matrix with thermal cycling. With the relaxation of the residual stress, the hardness of the composite was decreased. Research limitations/implications: In this study, the relaxation of residual stress of MMCs was observed with thermal cycling. Further investigations for the mechanical properties, like tensile behaviour and wear properties, should be needed in next study. Originality/value: In this study, numerically calculated residual stress in magnesium matrix MMCs was compared with experimental results.

15

The influence of cracks on the mechanical behaviour of particulate MMCs: an experimental study

Kourkoulis S. K.

Archives of Mechanics

|

2001

|

Vol. 53, nr 4-5

439-456

EN

The deterioration of the mechanical properties of particulate Metal Matrix Composites (MMCs) caused by macroscopic cracks is studied, experimentally, in comparison to the behaviour of the respective matrix alloys. Two Al-based MMCs, reinforced with fine SiC particles, extensively used in aerospace engineering, are employed. The study is focused on the influence of cracks on the fracture strength of MMCs and on the variation of the critical Crack Opening Displacement (COD) versus the inclination of the crack with respect to the loading direction. The role of the plastic anisotropy induced during manufacturing is also investigated.