Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The role of the matrix in SiC reinforced composites

Madej Marcin, Leszczyńska-Madej Beata, Wąsik Anna, Kopeć-Surzyn Anna

Composites Theory and Practice

|

2023

|

R. 23, nr 1

30--36

EN

This article presents a comparison of the properties of composites based on aluminum or aluminum alloy (Al4Cu) rein- forced with silicon carbide SiCp. The main objective was to analyze the possibility of producing an Al + Cu alloy matrix by basic powder metallurgy methods and its influence on the final properties of the composite. The composites were produced by pressing and sintering, basic powder metallurgy techniques, in order to reduce the manufacturing costs. Sintering was carried out in nitrogen due to the favorable effect of this atmosphere on the sintering of aluminum-based materials. Silicon carbide SiC was used as the reinforcing phase. The study clearly showed that the use of a matrix made of a mixture of Al and Cu powders results in an almost twofold increase in hardness (from 32 to about 60 HB) and a more than twofold increase in flexural strength (from about 200 to more than 450 MPa). Observations of the microstructure confirmed the diffusion of copper into the aluminum and the facets of the Al2Cu phase.

2

Study of the microstructure and mechanical characteristics of AZ91–SiCp composites fabricated by stir casting

Saleh Bassiouny, Jiang Jinghua, Fathi Reham, Xu Qiong, Wang Lisha, Ma Aibin

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 3

102--115

EN

In recent years, the composite materials have been very desirable by researchers for many engineering applications such as aviation and biomedical because of the tremendous characteristics of magnesium matrix metal composite. This current investigation aims to develop the AZ91/SiCp composites with various weight fractions (0, 2.5, 5 and 10 wt%) of silicon carbide particles via the stir casting method. The effect of SiC particles content on microstructure, mechanical and wear behaviour was investigated. The optical microscope, scanning electron microscopy and EDX analyses were utilized to detect the distribution of hard particles as well as the interface between the alloy and particles. Based on the findings, the homogeneous distribution of particles, refinement of grains in addition to good bonding between AZ91 alloy and particles have been achieved in produced composites. Therefore, the mechanical characteristics and wear performance are improved in composites compared with the unreinforced alloy. Moreover, these results suggest that for applications demanding high mechanical properties and wear resistance the AZ91/SiCp will be effective composites.

3

Wybrane własności mechaniczne wyciskanych i ciągnionych kompozytów Al-SiCp otrzymanych z proszków

Nikiel Piotr, Szczepanik Stefan, Bednarczyk Piotr

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 1

7--22

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu wielkości odkształcenia na zimno, zadanego podczas ciągnienia, na własności mechaniczne kompozytów na osnowie aluminium wzmacnianego cząstkami SiC. Materiały do badań wytworzono w procesie wyciskania na gorąco wyprasek otrzymanych przez prasowanie na zimno mieszanek proszków Al i SiC. Udział objętościowy cząstek SiC wynosił 5 i 10%. Dla porównania badanych własności wytworzono także próbki tylko z proszku aluminium. Odkształcenie na zimno aluminium i wytworzonych kompozytów realizowano w procesie ciągnienia, po przetoczeniu próbek ze średnicy 18 mm na średnicę 17 mm. Ciągnienie przeprowadzono na ciągarce ławowej z zastosowaniem oczek ciągarskich o średnicach 16, 14 i 12,2 mm. Własności mechaniczne wytworzonych materiałów badano w stanie po wyciskaniu oraz po każdym przejściu w procesie ciągnienia. Granica plastyczności aluminium i kompozytów Al-SiC w stanie po wyciskaniu jest porównywalna i zawiera się w przedziale 60–66 MPa. Podobnie jest w przypadku wytrzymałości na rozciąganie tych materiałów, która wyniosła 82–94 MPa. W rezultacie zastosowanego ciągnienia wytworzonych materiałów uzyskano znaczny wzrost granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie oraz twardości, który jest zależny od wielkości odkształcenia na zimno. Granica plastyczności aluminium po ciągnieniu na średnicę 12,2 mm wzrosła z 60 do 132 MPa, a kompozytów Al-5SiC i Al-10SiC wzrosła odpowiednio z 65 do 146 MPa i z 66 do 140 MPa. Wytrzymałość na rozciąganie aluminium po ciągnieniu na najmniejszą średnicę wzrosła z 94 do 139 MPa, a kompozytów o zawartości 5% i 10% SiC wzrosła odpowiednio z 93 do 149 MPa i z 82 do 136 MPa. Wprowadzenie cząstek SiC do aluminiowej osnowy o twardości 23 HV spowodowało wzrost twardości do wartości powyżej 29 HV, a po ciągnieniu na 12,2 mm twardość wzrosła do 43 i 46 HV odpowiednio dla materiałów o zawartości 5 i 10% SiC.

EN

The effects of cold drawing on mechanical properties of Al–(5 and 10%)SiC composites, manufactured by hot extrusion of cold pressed powder mixture preforms, are reported. To assess the effect of SiC powder additions, similarly processed aluminium powder specimens were tested. The drawing was of 17 mm diameter machined extruded rods on a chain drawnbench with 16, 14 and 12.2 mm diameter dies. Tensile and compressive properties were investigated after extrusion and after each pass of the drawing process. The yield stress of aluminum and Al-SiC composites after extrusion is comparable and is in the range 60-66 MPa. Similarly is, in the case of the tensile strength of these materials, which was 82-94 MPa. As a result of the drawing process, a significant increase in yield strength, tensile strength and hardness was obtained, dependent on the strain during drawing. The yield strength of aluminum after drawing to a diameter of 12.2 mm increased from 60 to 132 MPa and for composites Al-5SiC and Al-10SiC increased respectively from 65 to 146 and from 66 to 140 MPa. The tensile strength of aluminum after drawing to the smallest diameter increased from 94 to 139 MPa, and for composites with 5% SiC and 10% SiC increased from 93 to 149 and from 82 to 136 MPa, respectively. The addition of 5 and 10% SiC particles to the aluminum matrix increase the hardness from 23 to values above 29 HV and after drawing to a diameter 12.2 mm, it increased to 43 and 46 HV for material with 5 and 10% SiC, respectively.

4

Influence of Ceramic Particles on the Microstructure and Mechanical Properties of SAC305 Lead-Free Soldering Material

Kumar Manoj Pal, Gergely G., Koncz-Horvath D., Gacsi Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 2

603--606

EN

In this study, silicon carbide (SiC) reinforced lead-free solder (SAC305) was prepared by the powder metallurgy method. In this method SAC305 powder and SiC powder were milled, compressed and sintered to prepare composite solder. The composite solders were characterized by optical and scanning electron microscopy for the microstructural investigation and mechanical test. Addition of 1.5 wt.% and 2 wt.% ceramic reinforcement to the composite increased compressive strengths and microhardness up to 38% and 68% compared to those of the monolithic sample. In addition, the ceramic particles caused an up to 55% decrease in the wetting angle between the substrate and the composite solder and porosity was always increased with increase of SiC particles.

5

Microstructure and properties of sintered metal matrix composites reinforced with SiC particles

Szewczyk-Nykiel A.

Technical Transactions

|

2017

|

Vol. 6(114)

179--190

EN

Based on the prealloyed and diffusion bonded powders (Distaloy SA and Distaloy SE) different metal matrix composites reinforced with SiC particles were produced by the conventional powder metallurgy technology and the effect of varied amounts of SiC particles on microstructure evaluation and selected properties were investigated. It was stated that the mass fraction of SiC has a great effect on the density, porosity, shrinkage, hardness and wear resistance of studied composites. In the case of both Distaloy SA and Distaloy SE matrix materials, the optimum SiC content is 4 wt. % due to the highest wear resistance and hardness of sintered composite.

PL

Konwencjonalną technologią metalurgii proszków otrzymano z proszków stopowanych i wyżarzanych dyfuzyjnie kompozyty o osnowie metalowej umacniane cząstkami SiC. Dokonano oceny wpływu udziału cząstek SiC na ich mikrostrukturę i wybrane właściwości. Udział masowy cząstek SiC wywiera znaczny wpływ na gęstość, skurcz, twardość, odporność na zużycie ścierne badanych kompozytów. W spiekanych kompozytach o osnowie Distaloy SA, jak i Distaloy SE optymalna zawartość SiC wynosi 4 % wag. ze względu na najwyższą odporność na zużycie ścieranie i twardość.

6

Friction stir processing of the AZ91 magnesium alloy with SiC particles

Iwaszko J., Kudła K., Fila K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2016

|

Vol. 77, nr 2

85--92

EN

Purpose: Purpose The main purpose of the research was friction modification by means of material stirring (FSP – Friction Stir Processing) of the surface layer of the AZ91 magnesium alloy with SiC particles. Design/methodology/approach: For the introduction of SiC particles and the formation of the composite structure in the surface layer of the magnesium alloy, the original multi chamber technology (MChS), developed as part of this study, was used. The scope of research verifying the effectiveness of the friction modification included both macro- and microscopic evaluation of the structural changes triggered by the treatment. Findings: The research results showed that friction modification of the AZ91 magnesium alloy leads to a strongly refined structure and intensively dispersed SiC ceramic particles in the surface layer of the magnesium alloy, resulting in the formation of the composite structure of the metal-ceramic type. In the stirred zone (SZ), a prevalence of equiaxed grains sized 2–15μm was observed, whereas the degree of refinement of structure depended on the treatment parameters, especially on the rotation speed of the stir tool. In the thermomechanically affected zone (TMAZ), deformed grains dominated, the location of which corresponded to the direction of the displacement of the plastified material during the FSP treatment. SiC particles have been found both in the SZ and in the TMAZ. Practical implications: The obtained results prove that using the FSP technology to modify the surface layer of magnesium alloys with SiC particles is an effective and promising solution with a high application potential, which allows for forming the material structure to a great extent. Originality/value: The structural research has shown that the Multi Chamber System technology enables a controlled and virtually lossless introduction of an additional phase in the course of the single-stage treatment, and minimizes the dislocation of the powder beyond the working area of the working tool.

7

Analiza stanu naprężenie–odkształcenie w powłokach galwanicznych zawierających cząstki SiC

Wajs E.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 8-9CD2

787--796

PL

Powłoki galwaniczne od lat znajdują zastosowanie w wielu obszarach przemysłu i nauki. Ze względu na umacnianie matryc tych powłok cząstkami twardej fazy znacząco podnosi się ich właściwości eksploatacyjne. Bardzo ważną rolę odgrywają pojawiające się w powłokach naprężenia, zarówno w procesie elektrolizy, jak i później – w czasie eksploatacji w różnych węzłach tarcia. Właśnie temu zagadnieniu został poświęcony niniejszy artykuł.

EN

For many years, galvanized coatings have been used in many areas of science and industry. Due to reinforcement of matrices of these coatings with hard phase particles, their performance properties are being significantly improved. A crucial role is played by stresses occurring in the coatings, both in the process of electrolysis and later – in use, in various friction nodes. This is the issue examined in the present study.

8

The structural analysis of composite materials reinforced with SI-C particles

Nedelcu D., Chelariu R., Ciofu C.

Wybrane Problemy Inżynierskie

|

2011

|

nr 2

273-280

EN

The composite materials with particles consisting of a basic material (matrix) embedded particles of one or more materials. The particles can be metallic or nonmetallic, as the matrix can be, metalic or non metalic. Like a first step the composite mixing involves the embedded process analysis of SiC particles in molten metal. The main issues considered relate to some aspects of embedding additional material in molten metal and methods of achieving the best possible including it. From this point of view was used the overheat of metalic matrix. The experimental plan was followed by Taguchi and structural analysis made was focus on four from 16 completed experimental researches. Six parameters were used each one has two levels. Also the micrographs corresponding experimental tests are presented.

9

P/M composites of Al-Si-Fe-Cu alloy with SiC particles hot-extruded after preliminary compaction

Wojtaszek M.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

336-341

EN

The objective of the research work was to evaluate the possibility of forming high quality composites based on the Al17Si5Fe3Cu1.1Mg0.6Zr alloy, reinforced with silicon carbide particles, by means of preliminary hot compaction and hot extrusion processes. The mixtures were prepared with a matrix alloy powder and reinforcing phase, with a volume fraction of SiC particles maintained at 5, 10 and 15%. The feedstock to be extruded was prepared by preliminary hot compaction of the powders and composite mixtures. Subsequently, the semi-finished products were subjected to forward extrusion in isothermal conditions. For the obtained materials, both after compaction and after extrusion, their relative densities and hardness were determined. For the extruded materials, their compressive strength was determined, stress-strain curves were constructed, and their microstructure was analysed as well. The obtained materials showed high relative density and mechanical properties depending on the amount of deformation and volume fraction of the reinforcing phase. As a result of introducing SiC particles into the matrix or increasing their volume fraction, an increase of hardness was observed. Hot extrusion resulted in decreased hardness as compared to the material after preliminary compaction. With a volume fraction of SiC maintained not higher than 10%, the compressive strength of the extruded materials increased, while at 15% the average compressive strength was lower when compared to the matrix alloy. Based on room temperature stress-strain curves it was found that introducing particles into the matrix or increasing their volume fraction caused a decrease of the strain level at which failure of the specimen occurred. Increasing the volume fraction of SiC particles up to 10% resulted in a strengthening of the matrix, while in the case of a composite containing 15% of particles, a lowering of strength was observed. Specimens subjected to compression at a temperature of 200°C were deformed plastically, and the stress value at which the deformation occurred increased with an increasing volume fraction of the reinforcing phase. The microstructure of the matrix obtained as a result of extrusion realized with the assumed parameters was fine-grained. In the case of composites, the observations revealed a uniform distribution of SiC particles in the matrix. Based on the obtained results of the investigations, it was concluded that in the case of products formed with the assumed parameters, the introduction of SiC particles into the matrix, with a volume fraction maintained not higher than 10%, has a favourable effect, while at 15% a decrease of the analysed material properties at room temperature and their increase at an elevated temperature is observed. The obtained results of investigations allow us to conclude that the decision to introduce SiC particles into the Al17Si5Fe3Cu1.1Mg0.6Zr alloy matrix as a reinforcing phase, as well as of their volume fraction, should depend on the foreseen working conditions of the element made of this material.

PL

Celem badań była ocena możliwości formowania wysokiej jakości tworzyw na osnowie stopu Al17Si5Fe3Cu1,1Mg0,6Zr umocnionych cząstkami węglika krzemu, przy wykorzystaniu procesów wstępnego zagęszczania na gorąco i wyciskania na gorąco. Przygotowano mieszaniny proszków stopu osnowy i fazy umacniającej, przy udziałach objętościowych wynoszących odpowiednio 5, 10 i 15% cząstek węglika krzemu. Proces mieszania składników prowadzono w temperaturze pokojowej, przy prędkości obrotowej mieszalnika 0,9 s-1 i w czasie 60 minut. Wsad do wyciskania przygotowano przez wstępne zagęszczenie na gorąco proszków i mieszanin kompozytowych. Proces realizowano przy temperaturze 485°C oraz nacisku 150 MPa, który przetrzymywano przez 5 minut. Tak przygotowane półwyroby były wyciskane współbieżnie z prędkością 0.15 mm s-1 i przy współczynniku wyciskania 4,1. Podczas wyciskania stopu osnowy i kompozytów rejestrowano przebieg zmiany siły w funkcji przemieszczenia stempla. Dla półwyrobów po zagęszczaniu i dla wyciskanych tworzyw wyznaczono ich gęstość względną i twardość. Dla materiałów w stanie po wyciskaniu określono wytrzymałość na ściskanie i opracowano krzywe naprężenie - odkształcenie. Równomierność rozłożenia węglika krzemu w osnowie kompozytów oceniano przez obserwacje ich mikrostruktury. W efekcie zastosowania proponowanej technologii formowania otrzymano tworzywa o wysokiej gęstości względnej oraz o właściwościach mechanicznych zależnych od stopnia przetworzenia materiału i udziału cząstek fazy umacniającej w osnowie. Wzrost twardości próbek obserwowano w wyniku wprowadzenia do osnowy cząstek węglika krzemu lub zwiększenia ich udziału objętościowego, proces wyciskania na gorąco przy przyjętych parametrach powodował spadek twardości wsadu. W wyniku wprowadzenia do osnowy 5 i 10% cząstek węglika krzemu stwierdzono zwiększenie wytrzymałości na ściskanie tworzyw wyciskanych, wyznaczona dla kompozytu o zawartości 15% średnia wartość RC była niższa niż dla materiału osnowy. Na podstawie wyznaczonych w temperaturze pokojowej krzywych naprężenie rzeczywiste - odkształcenie stwierdzono, iż wprowadzenie do osnowy cząstek lub zwiększanie ich udziału objętościowego w osnowie powodowało spadek wielkości odkształcenia, przy którym następowało zniszczenie próbek. Podwyższenie zawartości cząstek węglika krzemu w osnowie do 10% prowadziło do umocnienia osnowy, dla kompozytu o zawartości 15% cząstek obserwowano spadek wytrzymałości. Próbki ściskane przy temperaturze 200°C odkształcały się plastycznie, wartość naprężenia, przy którym następowało odkształcenie materiału, rosła wskutek wprowadzenia do osnowy cząstek fazy umacniającej i zwiększania jej udziału w osnowie. Otrzymana w wyniku wyciskania przy przyjętych parametrach mikrostruktura osnowy była drobnoziarnista, w przypadku kompozytów obserwacje wykazały równomiernie rozlokowanie cząstek węglika krzemu w osnowie. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdzono, że w przypadku wyrobów formowanych przy przyjętych parametrach wprowadzenie do osnowy cząstek węglika krzemu do ich udziału objętościowego wynoszącego 10% jest korzystne, zastosowanie 15% fazy umacniającej powoduje spadek badanych właściwości materiału w temperaturze pokojowej oraz ich polepszenie w podwyższonej temperaturze. Dlatego decyzja o zastosowaniu cząstek węglika krzemu do umocnienia wykonanej ze stopu Al17Si5Fe3Cu1.1Mg0.6Zr osnowy oraz o ich udziale objętościowym w osnowie powinna zależeć od przewidywanych warunków pracy wykonanego z tego materiału elementu.

10

Influence of size of SiC particles on selected properties of aluminium-based composites obtained by extrusion of P/M compats

Wojtaszek M.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 4

331-335

EN

The results of investigations are presented, which are aimed at determining the effect of the size of SiC particles on selected properties of aluminium-based composites. As initial materials, atomized aluminium powder and silicon carbide powders of different particle size were applied. The scope of the research included the preparation of a matrix and composite material samples, as well as the determination of their selected properties. Powder metallurgy and plastic working technologies were applied to obtain the composite materials. The volume fraction of the reinforcing phase particles in the matrix was set constant at the level of 10%. All the samples were formed using the same parameters. The manufacturing process included the mixing of the components, cold compaction of the aluminium powder and mixtures as well as hot forward extrusion of the P/M compacts. Based on extrusion force measurements, it was shown that introducing smaller silicon carbide particles into the matrix resulted in the necessity to apply a higher load. For extruded materials, their relative density, hardness and abrasion resistance were determined. The results obtained from compression tests performed at room temperature and at 200°C allowed us to construct flow curves for the investigated materials. Microstructure examination was also performed. It was shown that application of the proposed forming technology results in obtaining products showing a relative density close to that of a solid material. The introduction of silicon carbide particles into the matrix caused an increase of true stresses at which deformation proceeded, regardless of the test temperature. In the case of compression of the samples performed at 200°C, the increase of stresses was observed as a result of a reduction of the reinforcing phase particles size in the matrix. In case of compression tests performed at room temperature, no unequivocal influence of particle size on the character of the obtained curves was observed. The realized microstructure examination revealed uniform distribution of SiC particles in the aluminium matrix. The particles were closely adherent to the matrix, and the metallographic specimens did not reveal any voids caused by particles falling out during specimen preparation. The comparative abrasion test showed that the introduction of 10% SiC particles into the matrix and increasing their size, with their volume fraction held constant, leads to lower abrasive wear of the investigated materials. Based on the obtained results, it was concluded that in the case of the given components and their forming technology, the introduction of particles into the matrix has a favourable effect, while their size influences individual properties differently. Therefore, the final selection of the proper size of silicon carbide particles applied as reinforcement in the aluminium matrix, should be based on the knowledge of the characteristic and working conditions of the composite product, as well as the expectations to be met.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań, których celem było określenie wpływu wielkości cząstek węglika krzemu na wybrane właściwości kompozytów na osnowie aluminium. W roli materiałów wyjściowych zastosowano rozpylany proszek aluminium oraz proszki węglika krzemu o różnej wielkości cząstek, odpowiednio SiC220, SiC400, SiC800. Zakres pracy objął wykonanie próbek tworzyw kompozytowych oraz określenie ich wybranych właściwości. Do formowania kompozytów wykorzystano technologie metalurgii proszków i przeróbki plastycznej. Przyjęto stały udział cząstek fazy umacniającej w osnowie, który wynosił 10% objętościowych, wszystkie próbki wykonano, stosując te same parametry ich formowania. Proces wytwarzania kompozytów objął mieszanie składników, prasowanie na zimno proszku aluminium i mieszanin oraz wyciskanie współbieżne na gorąco wyprasek. Na podstawie pomiarów siły koniecznej do wyciskania wykazano, że wprowadzenie do osnowy mniejszych cząstek węglika krzemu skutkowało koniecznością zastosowania większych sił. Dla wyciskanych tworzyw wyznaczono ich gęstość względną, twardość oraz odporność na zużycie ścierne. Na podstawie wyników z prób ściskania w temperaturze pokojowej oraz przy temperaturze 200°C opracowano krzywe umocnienia tworzyw, przeprowadzono również obserwacje ich mikrostruktury. Wyniki badań pozwalają na stwierdzenie, iż zastosowanie proponowanej technologii formowania kompozytów prowadzi do uzyskania wyrobów o gęstościach względnych zbliżonych do litego materiału. Wprowadzenie do osnowy cząstek węglika krzemu powodowało zwiększenie naprężeń rzeczywistych, przy którym przebiegało odkształcenie, niezależnie od temperatury badań. W wyniku ściskania próbek w temperaturze 200°C przyrost wartości naprężeń obserwowano w wyniku zmniejszenia wielkości cząstek fazy umacniającej w osnowie kompozytu, w przypadku prób prowadzonych w temperaturze pokojowej nie stwierdzono jednoznacznego wpływu wielkości cząstek na przebieg otrzymanych krzywych. Przeprowadzone obserwacje mikrostruktury ujawniły równomierne rozmieszczenie cząstek węglika krzemu w aluminiowej osnowie. Cząstki ściśle przylegały do osnowy, na zgładach nie zaobserwowano pustek powstałych w wyniku ich wypadania podczas przygotowywania zgładów metalograficznych. Porównawczy test odporności na zużycie ścierne wykazał, iż wprowadzenie do osnowy 10% cząstek węglika krzemu oraz zwiększenie ich wielkości przy niezmiennym udziale objętościowym prowadzi do obniżenia zużycia ściernego badanych tworzyw. W świetle przeprowadzonych badań można stwierdzić, że dla przyjętych do badań komponentów i zastosowanej technologii ich formowania wprowadzenie cząstek do osnowy powoduje korzystne rezultaty, natomiast ich wielkość ma różny wpływ na poszczególne właściwości. Dlatego ostateczny dobór korzystnej wielkości stosowanych do umocnienia aluminiowej osnowy cząstek węglika krzemu powinien być oparty na znajomości charakterystyki i warunków pracy wyrobu kompozytowego oraz stawianych przed nim oczekiwań.

11

Modelling the effect of SiC mass fraction on crystallization of magnesium metal matrix composite; AZ91/SiC

Lelitko J., Żak P., Suchy J., Krajewski W., Krawiec H., Greer. L., Shumacher P., Shirzadi A., Haber K., Darłak P.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

703-707

EN

The aim of this work was prepare micro-macro crystallization model of AZ91/SiC composite that depends on mass fraction of SiC particles. This model base on temperature and chemical elements concentration, it also takes into account primary a-Mg phase nucleation rate. The behavior of temperature and chemical composition field can be calculated using Fourier- -Kirchhoff equation and modified second Fick's law. The nucleation rate for this alloy was calculated from log-normal Fras equation. Fitting parameters were found using experimental data. Different composites castings with different mass fraction of SiC particles were performed. The grain density and undercooling in each case were measured. Obtained data was used as test values during statistical fitting of the unknown model adjustment parameters. The simulation software on the base of prepared model was written. Experiment for the same composite as set as initial data of the simulation was performed. The simulation results were compared with an experimental data. Analysis shows good fitting of presented model with the real values.

PL

Celem niniejszej pracy było przygotowanie modelu mikro-makro krystalizacji kompozytu na bazie stopu AZ91 (tab. 1), wzmocnionego cząstkami SiC, który uwzględniałby udział masowy cząstek zbrojących. Model bazuje na równaniach opisujących rozkład pola temperatury (rownanie Fouriera- -Kirchhoffa) oraz polu stężeń pierwiastków chemicznych (zmodyfikowane prawo Ficka). Szybkość zarodkowania dla badanego materiału została opisana równaniem Frasia. Parametry dopasowania w proponowanym modelu zostały wyznaczone statystycznie na podstawie danych doświadczalnych. Aby zrealizować założony cel pracy, wykonano kilka wytopów dla rożnych kompozytów AZ91/SiC. Analiza mikrostruktury odpowiednio przygotowanych oraz wytrawionych próbek pozwoliła na wyznaczenie gęstości ziaren. Statystyczne zestawienie tych danych z wartościami przechłodzenia prowadzi do modelu zarodkowania kompozytu AZ91/SiC zależnego od przechłodzenia (14÷18) oraz od przechłodzenia i udziału masowego SiC (19). Wyniki symulacji wykazują bardzo wysokie dopasowanie w stosunku do wyników doświadczalnych (rys. 14). Analiza wyników symulacji pozwala na poznanie wielu aspektów procesów odbywających się w krzepnącym odlewie (rys. 15÷17).

12

Kształtowanie na gorąco w procesach zagęszczania i wyciskania proszku stopu Al-Si-Fe-Cu oraz mieszaniny tego proszku i 10% cząstek SiC

Wojtaszek M., Szczepanik S., Doniec K.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 2

44-49

PL

Przedstawiono wyniki badań materiałów otrzymanych w technologii łączącej procesy przeróbki plastycznej oraz metalurgii proszków. Półwyroby przeznaczone do wyciskania wytworzono w procesie zagęszczania na gorąco w matrycach zamkniętych stopowego proszku Al17Si5Fe3Cu1,1MgO,6Zr oraz mieszaniny tego proszku i cząstek węglika krzemu w ilości 10% objętościowych. Zagęszczanie prowadzono w temperaturze 530°C, stosując nacisk jednostkowy 300 MPa przy czasie 7 min jego oddziaływania na materiał. Uzyskane w ten sposób półwyroby wyciskano w temperaturze 530°C, ze współczynnikiem wyciskania [lambda] = 13,7, przy prędkości trawersy prasy 0,1 mm/s. Zarejestrowano wielkość sił podczas realizacji procesu wyciskania w funkcji przemieszczenia stempla (rys. 2). Badano wpływ składu chemicznego na względną gęstość (rys. 3) i twardość (rys. 4) wstępnie zagęszczonych na gorąco półwyrobów oraz po ich wyciskaniu. Określono także wytrzymałość na zginanie (rys. 5) i zużycie ścierne (rys. 6) wyciskanych tworzyw. Ocenie poddano powierzchnie przełomów wyciskanych materiałów (rys. 8), powstałe w próbie zginania w temperaturze otoczenia oraz ich struktury (rys. 7). Gęstości półwyrobów otrzymanych w procesie zagęszczania w temperaturze 530°C w matrycach zamkniętych stopowego proszku AI17Si5Fe3Cu1,1MgO,6Zr odpowiadają gęstości względnej litego materiału. Wyciskanie w temperaturze 530°C tych półwyrobów powoduje przetworzenie materiału bez zmiany jego względnej gęstości. Wprowadzenie 10% obj. cząstek węglika krzemu spowodowało spadek gęstości kompozytu 0,2-0,3%. W efekcie obecności fazy umacniającej w osnowie nastąpił wzrost twardości materiału. Po wyciskaniu w temperaturze 530°C była ona niższa niż półwyrobów o tym samym składzie chemicznym, otrzymanych w procesie zagęszczania na gorąco. Cząstki węglika krzemu wprowadzone do osnowy spowodowały podwyższenie wytrzymałości na ściskanie oraz zmniejszenie zużycia ściernego materiałów kształtowanych w procesie wyciskania na gorąco. Powierzchnie zniszczenia tych materiałów mają charakter kruchych przełomów. Obserwacje struktur materiałów powstałych po wyciskaniu na gorąco nie wykazały obecności porów, co potwierdza jakościowo wyniki uzyskane podczas badań gęstości (rys. 7).

EN

The work presents the results of research of the materials obtained from powder using the technology that combined metal forming and powder metallurgy. Semi-finished products designed for the extrusion were produced by hot consolidation in closed-die the Al17Si5Fe3Cu1,1MgO.6Zr powder and mixture of this powder and 10 vol.% of silicon carbide particles. Consolidation process was performed at 530°C, at unit pressure 300 MPa and with stamp pressing time of 7 minutes. The semi-finished products obtained in this way were extruded at 530°C, at a traverse speed of 0.1 mm/s and at extrusion ratio [lambda]= 13.7. The values of the forces which appear during extrusion in 530°C as a function of punch dispalcement were registered. The relative density (Fig. 3) and hardness (Fig. 4) for materials after hot consolidation and extrusion. The compression strength at room temperature (Fig. 5) and the abrasive wear (Fig. 6) for the extruded products were investigated. The fracture surfaces in a bending test at room temperature (Fig. 8) and the structures (Fig. 7) of hot extruded materials were estimated. Extrusion at 530°C caused material processing with invariable of relative density value. The addition of silicon carbide particles causes only insignificant drop in density of composite materials, in a range of 0.2-0.3%. Introducing the reinforced phase in the matrix leads to the increase of product hardness The hardness of materials obtained by hot extrusion was lower than for semi-products by the some chemical composition, after hot consolidation in closed-die. In the case of the materials manufactured by hot extrusion, addition 10% of silicon carbide particles leads to the increase of the compression strength and abrasive wear results. The destruction surface of the materials, obtained by hot extrusion arose as a result of brittle cracking. Observation of the hot extruded products microstructures was confirmed by qualitative density measurements results (Fig. 7).

13

Wybrane własności kompozytu aluminium-cząstki węglika krzemu otrzymanego przez wyciskanie wyprasek z proszku

Wojtaszek M., Szczepanik S.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 8

415-420

PL

Kompozyty na osnowach metalicznych wytwarzane są metodami odlewniczymi lub metodami metalurgii proszków. W pracy przedstawiono wyniki badań materiałów otrzymanych przez wyciskanie w temperaturze 500°C wyprasek z proszku aluminium RA1-1 oraz kompozytów na osnowie tego proszku zawierających 2 lub 5% objętościowo węglika krzemu. Badano wpływ składu chemicznego i współczynnika wyciskania na zagęszczenie, strukturę i wybrane własności otrzymanych półwyrobów. Otrzymano materiał o wysokich gęstościach względnych (rys. 2a). Wprowadzony węglik krzemu obniża gęstość względną wyrobów. Kompozyt o zawartości 5% objętościowych węglika krzemu ma większą o 17,3 MPa wytrzymałość na rozciąganie, w porównaniu do materiału osnowy otrzymanego z takim samym współczynnikiem wyciskania [lambda]= 13,32. Badania metalograficzne (rys. 6) wykazały korzystne rozłożenie cząstek węglika krzemu w osnowie. Wprowadzenie cząstek umacniających w ilości 2% objętościowych spowodowało prawie dwukrotne zmniejszenie zużycia ściernego, wyrażonego poprzez ubytek objętości. Większy udział cząstek nie powoduje znaczącej poprawy tej własności.

EN

Metal-based composites are mainly produced by casting or by powder metallurgy route. In this work the results of the research on manufacturing the materials obtained by extrusion of water atomized RAI-1 aluminium powder compacts at 500°C and composites based on this powder, containing 2 and 5 vol.% silicon carbide are presented. Influence of chemical composition and reduction ratio during extrusion on density, structure changes and chosen mechanical properties was investigated. As the result, highly densifled material was produced (Fig. 2a). It was found that strengthening phase (SiC) lowered the density of composite materials. Their mechanical properties depend on amount of silicon carbide particles. Composite material containing 5 vol.% silicon carbide, formed with extrusion ratio of 13.32, exhibited better mechanical properties than matrix material (aluminium). By introducing 2 vol.% silicon carbide particles into aluminium matrix it was possible to almost double decrease of volume loss of the material during wear resistance tests. Greater amount of strengthening phase did not cause this phenomenon.

14

Ocena przydatności osnowy z różnych stopów magnezu w kompozycie umacnianym cząstkami SiC

Braszczyńska K.N., Zyska A., Braszczyński J.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 8

353-358

PL

Kompozyty na osnowie stopów magnezu są przedmiotem dużego zainteresowania z powodu głównie małej gęstości oraz podwyższonych modułów sztywności, wytrzymałości oraz odporności na zużycie cierne. Czynniki wpływające na strukturę i własności kompozytów magnezowych przedstawiono schematycznie na rysunku 1. Dokonano analizy mikrostruktur kompozytów wytworzonych na osnowie różnych stopów magnezu umacnianych cząstkami węglika krzemu. Na osnowę kompozytów użyto czystego magnezu oraz stopów zawierających: (i) 9% Al (0,8% Mn), (ii) 6% Zn (1% Zr) i (iii) 3% pierwiastków ziem rzadkich (RE). Próbki kompozytowe zawierające około 20% wag. heksagonalnych cząstek SiC typu 6H i maksymalnych wymiarach 32 mikrometra otrzymano metodą odlewania grawitacyjnego mechanicznie mieszanej suspensji. Wszystkie kompozyty charakteryzowały się dobrą zwilżalnością cząstek SiC przez ciekłą osnowę oraz równomiernym rozmieszczeniem fazy umacniającej w osnowie (rys. 2). Ujawniono obecność w osnowie kompozytów międzymetalicznej fazy Mg2Si jako składnika eutektyki Mg+Mg2Si (rys. 3). Składnik ten powstaje jako produkt reakcji pomiędzy magnezem a filmem SiO2 pokrywającym cząstki SiC z procesu ich naturalnego utleniania. Badania przy zastosowaniu elektronowej mikroskopii transmisyjnej wykazały, że granice rozdziału SiCp/Mg były czyste, pozbawione wydzieleń (rys. 4). Kompozyty wytworzone na osnowie stopów Mg-9%Al (oraz około 0,8% Mn) i Mg-6%Zn (około 1% Zr) charakteryzowały się również takim samym typem powierzchni rozdziału miedzy komponentami (rys. 5). Nie zostały również wykryte żadne reakcje pomiędzy komponentami w tych materiałach. W przypadku kompozytów otrzymanych na osnowie stopu Mg-3%RE obserwowano natomiast utworzenie grubych warstw reakcyjnych na granicy pomiędzy cząstkami SiC a osnową (rys. 6). Analizy TEM pozwoliły określić obecność wydzieleń RE3Si2 na granicy rozdziału pomiędzy komponentami, jak również w osnowie o charakterystycznej iglastej morfologii (rys. 7). Całość pierwiastków ziem rzadkich uległa reakcji z cząstkami SiC, tworząc wydzielenia RE3Si2 i powodując destrukcję fazy umacniającej. Wpływ poszczególnych pierwiastków stopowych na rodzaj połączenia komponentów przedstawiono schematycznie na rysunku 8.

EN

Magnesium matrix composites have attracted considerable interest mainly due to their low density and increased specific modulus, stiffness, strength and wear resistance. Factors affecting the structure and properties of magnesium matrix composites reinforced with ceramic particles are schematically presented in Figure 1. In this work microstructural analyses of composites produced on the base of different magnesium alloys reinforced with silicon carbide particles are presented. Pure magnesium and magnesium alloys containing: (i) 9 wt.% Al (0.8 wt.% Mn), (ii) 6 wt.% Zn (and l wt.% Zr) and (iii) 3 wt.% rare earth elements (RE) were used as the matrix. Composite samples containing about 20 wt.% of hexagonal SiC particles of the 6H type and the maximum diameter 32 [micro]m were obtained by gravity casling of the mechanically mixed suspension. All composites were characterised by a very good wetability of SiC particles by molten magnesium and a uniform distribution of the reinforcing phase within the matrix (Fig. 2). The presence of the Mg2Si intermetallic phase as a component of the Mg+Mg2Si divorced eutectic was determined in the composite matrix (Fig. 2). This compound forms as a product of the reaction between the magnesium and the SiO2 film covering the SiC particles from natural process of the oxidising them. The transmission electron microscopy investigations showed that the SiCp/Mg interfaces had an adhesive character of the joint and were free of precipitates and strongly connected (Fig. 3). Composites prepared on the base of the Mg-9 wt.% Al (and also about 0.8 wt.% Mn) and Mg-6 wt.% Zn (about l wt.% Zr) were also characterised by the same type of the interfaces between components (Fig. 5). Any reactions between components in these materials were determined. In the case of composites obtained on the base of Mg-3 wt.% RE the formation of wide reaction layers at the interfaces between the SiC particles and matrix alloy was observed (Fig. 6). TEM analyses allowed the determination of the presence of RE3Si2 precipitates at the interfaces between components and also in the matrix with characteristic needle-like morphology (Fig. 7). All the rare earth elements reacted with SiC particles to created the RE3Si2 precipitates and caused the destruction of the reinforcing phase. Influence of the particular alloying elements on the type of the component interfaces in magnesium matrix composites is presented schematically in Figure 8.

15

Degradacja cząstek SiC w kompozycie na osnowie stopu AlMg5

Zyska A., Braszczyński J., Konopka Z.

Kompozyty

|

2001

|

R. 1, nr 1

114-117

PL

Przedstawiono termodynamiczną i eksperymentalną analizę reakcji tworzenia węglika Al4C3 w kompozycie o osnowie AlMg5 z wprowadzonymi mechanicznie cząstkami SiC. Stwierdzono, że reakcja powstawania Al4C3 przebiega przez stadia pośrednie, w których uczestniczą złożone niestabilne związki Al-C-Si oraz Al-C-Si-Mg. Istniejące na cząstkach SiC warstewki SiO2 spowodowały także wydzielanie na granicach osnowa/cząstka związków MgO i Mg2Si. Powtórne przetopienie kompozytu spowodowało degradację cząstek SiC i wytworzenie stabilnego węglika glinu o charakterystycznej „ząbkowanej" morfologii.

EN

There have been both thermodynamic and experimental analyses of a reaction resulting in Al4C3 creation within a composite of AlMg5 matrix containing mechanically introduced SiC particles. It has been revealed (Table I) that this is a three-stage reaction proceeding on the AlMg/SiC interface. First, SiC is dissolved and intermediate compounds of Al-C-Si type are created in situ. This is followed by Al4C3 nucleation on the SiC/Al-C-Si interface. Then the growth of Al4C3 nuclei occurs along with the decaying of Al-C-Si precipitates. The thickness of observed Al4C3 and Al-C-Si (or AI-C-Si-Mg) precipitates has varied in the range 0.5 to 2.5 um, what proves that the process is non-homogeneous and indicates the preferred regions of reaction proceeding. The occurrence of SiO2 layers on the particle surfaces has also caused precipitating of MgO and Mg2Si compounds on the matrix/particle boundaries (Fig. 2). Remelting of the composite has resulted in degradation of SiC particles and formation of a stable aluminium carbide of characteristic jagged morphology (Fig. 3).