Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of FSP process modification on selected properties of Al-Si-Cu/SiCp composite surface layer

Stawiarz Michał, Kurtyka Paweł, Rylko Natalia, Gluzman Simon

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 4

161--168

EN

The paper presents the results of mechanical and tribological tests conducted on the surface of Al-Si-Cu/SiCp composite reinforced with SiC particles and modified by friction stir processing (FSP) with different parameters. Changes in the distribution of the reinforcement particles on the modified surface of the composite were calculated and analyzed using a new analytical RVE theory with Eisenstein-Rayleigh-Mityushev sums (ERM-sum) (see the definitions below), and PointSel software. The Vickers hardness test with a 1 N load and the ball-on-disc method were used to test the material properties. A high degree of homogenization of the tested material was observed as a result of its modification, as evidenced by an approximately 4-fold reduction in the size of representative volume element (RVE) cells. The size of the RVE cell decreased almost four times for the material after modification, which indicates the high level of homogenization of the tested material. Moreover, we observed a reduction by order of magnitude of the anisotropy coefficient of the distribution of the reinforcing phase particles after the modification process. A 30% increase in the Vickers microhardness of the representative areas was obtained for the modified composites. After the FSP modification process the friction coefficient increases by 40%, and almost 25% decrease in the specific wear rate is observed. Both effects are attributed to the achieved homogenization of particle distribution and reduction of particle size up to 38%.

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych i tribologicznych powierzchni kompozytów Al-Si-Cu/SiCp modyfikowanych metodą FSP z różnymi parametrami. Zmianę rozkładu cząstek wzmacniających na powierzchni kompozytu zbadano z wykorzystaniem nowej analitycznej teorii RVE oraz ERM-sums i programu PointSel. Testy twardości przeprowadzono metodą Vickersa przy obciążeniu 1 N, a testy ścieralności wykonano metodą ball-on-disc. Po procesie modyfikacji stwierdzono wysoki stopień homogenizacji, który cechował się około czterokrotnym zmniejszeniem wielkości komórki RVEc oraz spadkiem o rząd wielkości wartości współczynnika anizotropii rozkładu cząstek fazy wzmacniającej. Zaobserwowano około 30% wzrost mikrotwardości Vickersa w modyfikowanym kompozycie. Po procesie modyfikacji FSP stwierdzono również 40% wzrost wartości współczynnika tarcia oraz blisko 25% spadek wartości wskaźnika zużycia, wynikający z ujednorodnienia struktury i redukcji wielkości cząstek SiC, dochodzącej do 38%.

2

The tribological characteristics of Al-Si/graphite composite

Walczak M., Zwierzchowski M., Bieniaś J., Caban J.

Tribologia

|

2017

|

nr 1

97--104

EN

The paper presents the results of tribological research on AlSi12CuNiMg/5.7 wt.% Gr aluminium composite material (containing graphite particles in the amount of 5.7% wt.%) and on its matrix. This composite is used as high-tech construction material in the automotive industry, particularly for pistons, cylinder liners, and slide bearings. The tribological properties of these materials can be significantly changed as a result of the introduction of graphite particles. Therefore, wear tests have been carried out using the ball-on-disc tribometer. Microstructure and wear resistance of the matrix and composite alloy have been subjected to comparative analysis. It was demonstrated that the composite reinforced with graphite is characterized by a lower friction coefficient and lower wear in comparison to the matrix.

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań tribologicznych aluminiowego materiału kompozytowego AlSi12CuNiMg/5.7 wt.% Gr (zawierającego cząsteczki grafitu w ilości 5,7% wag.) i jego osnowy. Kompozyt ten znajduje zastosowanie jako nowoczesny materiał konstrukcyjny w przemyśle motoryzacyjnym, szczególnie na tłoki, tuleje cylindrowe i łożyska ślizgowe. Wprowadzenie cząstek grafitu znacząco może zmieniać właściwości tribologiczne tych materiałów. W tym celu wykonano testy zużycia na tribometrze typu kula-tarcza. Mikrostruktura i odporność na zużycie stopu osnowy i kompozytu zostały poddane analizie porównawczej. Wykazano, że kompozyt zbrojony grafitem charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem tarcia i mniejszym zużyciem w porównaniu z osnową.

3

Characteristic of MAO coatings formed on CuAl2 in-situ reinforced Aluminum Matrix Composites

Mafouz D. I., Paksoy A. H., Muhaffel F., Tazegul T., Cimenoglu H.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2016

|

Vol. 79, nr 2

60--63

EN

Purpose: The aim of this study was to examine the structural and mechanical properties of coatings formed on CuAl2 in-situ reinforced aluminium matrix composites (AMCs) by micro arc oxidation (MAO) process. AMC, which were fabricated by powder metallurgy method upon addition of copper powder into aluminium powder at different percentages (0%, 15 wt.% and 30 wt.%), were exposed to MAO after sintering at 550°C for 6 h. During sintering process CuAl2 type intermetallic was precipitated in the microstructure of copper containing compacts. MAO caused covering of the surfaces of AMCs with an oxide layer mostly consisting of mullite and alumina. Mechanical performance of the coatings were determined by hardness measurements and wear tests. In summary, the oxide layers formed on the AMCs exhibit a reduction in hardness and tribological performance with increasing copper content of the AMC.

4

Synthesis and characterization of titanium carbide particulate reinforced AA6082 aluminium alloy composites via friction stir processing

Thangarasu A., Murugan N., Dinaharan I., Vijay S. J.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 2

324--334

EN

Friction stir processing (FSP) has evolved as a novel solid state technique to fabricate aluminium matrix composites (AMCs) in the recent years. FSP technique was applied to synthesis AA6082/TiC AMCs in order to analyze the effect of TiC particles, its volume fraction on the microstructure, mechanical and the sliding wear behaviour. A single pass FSP was carried out using a tool with 1200 rpm rotational speed, whose travel speed of 60 mm/min and an axial force of 10 kN to produce the composite. AMCs with five different volume fractions (0, 6, 12, 18 and 24 vol.%) were synthesized. The microstructure of the AA6082/TiC AMCs was studied using optical and scanning electron microscopy. The microhardness and ultimate tensile strength (UTS) were measured and the sliding wear behaviour was evaluated using a pin-on-disc apparatus. Thus the results revealed that the TiC particles significantly influenced the area of the composite, dispersion, grain size of matrix, microhardness, UTS and sliding wear behaviour of the AA6082/TiC AMCs. With this the effect of TiC particles on fracture surface and worn surface is also reported in this paper.

5

Kształtowanie ubytkowe materiałów kompozytowych na bazie aluminium

Cichosz P.

Mechanik

|

2011

|

R. 84, nr 12

XXVIII-XXIX

PL

Kształtowalność ubytkowa za pomocą obróbki skrawaniem, ściernej i erozyjnej materiałów kompozytowych z osnową aluminiową wzmacnianych włóknami saffilowymi.

6

Wybrane właściwości materiałów wielowarstwowych otrzymanych z kompozytów na osnowie proszku aluminium przez kucie na gorąco w matrycy zamkniętej

Szczepanik S., Wojtaszek M.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

256-259

PL

Przedstawiono wyniki badań otrzymywania wyrobów wielowarstwowych ze skokowym gradientem składu chemicznego z metalowych materiałów kompozytowych, otrzymanych z proszku aluminium RAl-1 i mieszanek tego proszku ze stopowym proszkiem Al17Si5Fe3Cu1,1Mg0,6Zr (oznaczony Al17) w ilości 20, 40 i 60% masowych. Zagęszczone wstępnie na zimno wypraski z proszku aluminium i z mieszanek proszków nagrzewano do temperatury 485°C i odkształcano w podgrzewanych matrycach zamkniętych na prasie śrubowej. Dla otrzymanych w ten sposób materiałów określono takie właściwości, jak: gęstość, twardość, wytrzymałość na rozciąganie, zginanie i na ściskanie w stanie po odkształceniu i po przesycaniu oraz starzeniu. Gęstość wyrobów po tych zabiegach odpowiada gęstości teoretycznej. Wszystkie badane właściwości mechaniczne z wyjątkiem wytrzymałości na rozciąganie zwiększają się wraz ze wzrostem zawartości stopu aluminium w kompozytach. Wytrzymałość na rozciąganie osiąga wartość największą dla zawartości 40% mas. proszku stopowego. Ze wzrostem zawartości proszku stopowego maleje odkształcenie krytyczne podczas ściskania. Wytworzono wyroby wielowarstwowe w analogicznych warunkach jak materiały kompozytowe. Dla tworzyw warstwowych zbadano ich właściwości podczas zginania w zależności od składu chemicznego warstw i sposobu ich ułożenia w stosunku do kierunku obciążenia. Stwierdzono, że wytrzymałość na zginanie silnie zależy od sposobu ułożenia warstw w odniesieniu do kierunku obciążenia próbki podczas badań.

EN

Manufacturing of layer specimens with gradient chemical compositions from mixtures of aluminium RAl1 and aluminium alloy Al17Si5Fe3Cu1.1Mg0.6Zr (designated Al17) was investigated. The preforms were manufactured by cold pressing - such that the concentration changed from 0 to 60% alloy at 20% intervals. Preforms and gradient layer preforms were closed - die forged at 485oC on a screw press. The structure and the mechanical properties after forging and additional heat treatment were investigated. Microstructure examination indicated no porosity in all samples. The influence of chemical composition on mechanical properties in tensile, bending and compression tests was examined. With increasing Al17 content, an increase in the compression and bend strengths appeared. Highest tensile strength was recorded for 40% Al17 content. The critical strain during a compression test decreased with an increase of Al17 powder in the composites. The multi layer materials were manufactured as the composites. The dependences of the bend strength on construction of specimens, gradient of chemical composition and manner of their loading were analysed. Tests were carried out parallel to the concentration gradient in these specimens. Layer Al-60%Al17 on top of the specimens (specimen DCB) resulted in higher values than when the top layer had the highest aluminium concentration (specimen BCD).

7

Próby sycenia preform z włókien węglowych modyfikowanym stopem AlSi9Cu(Fe)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

210-213

PL

W ostatnich latach coraz więcej ośrodków badawczych prowadzi prace nad kompozytami o osnowie aluminium zbrojonymi włóknami węglowymi (AlMMC/CF). Ponieważ materiały te charakteryzują się wysoką sztywnością, wytrzymałością właściwą oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, potencjalnym obszarem ich zastosowań może być przemysł lotniczy, motoryzacyjny, a także elektroniczny. Głównym problemem w procesie wytwarzania kompozytów o osnowie aluminium jest reaktywność oraz zwilżalność w układzie Al-C. Poprzez modyfikacje stopu osnowy oraz powierzchni włókien zbrojących można w procesach ciekłofazowych uzyskać warunki dobrego połączenia na granicy osnowa-włókno zbrojące. Celem realizowanych badań była modyfikacja składu stopu AlSi9Cu(Fe), tak aby możliwe było jego wykorzystanie w warunkach procesu gazowej infiltracji preformy 2D CF (tkaniny wyplecionej z włókien węglowych HTS 40 A23 12K). Jako wstępne kryterium oceny modyfikacji stopu bazowego przyjęto zakres temperatury krzepnięcia oraz wyniki próby lejności, natomiast weryfikacją technologiczną była próba sycenia zrealizowana w ILK TU Dresden. Prezentowane wyniki są fragmentem badań realizowanych w projekcie "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" realizowanego w ramach programu DFG.

EN

In last years more and more research centers leads works on aluminium matrix composites reinforcement with carbon fibres (AlMMC/CF). That kind of materials characterize high stiffness, specific strength as well as low coefficient of thermal expansion and high coefficient of thermal and electric conductivity. Potential area of application them could be aerospace, automotive, and also electronic industry. Main problem in process of production aluminium matrix composites is reactivity and wettability into Al-C system. Improper wetting and chemical reaction at interface boundary could be a reason of degradation mechanical properties of the composite. After through modifications of alloy matrix and surface of reinforced fibres it were been possible to get conditions of best's connection between matrix and fibre in liquid phases processes. The aluminium alloys used for composites must have appropriate strength. Carbon fibres are characterized by a high elasticity modulus (from 250 to 400 GPa) with deformation until failure of 1-3%. To take advantage of the strength, the matrix must show deformation higher than that of the fibres. In addition, from the point of view of the liquid-phase technology, the aluminium alloy matrix should be characterized by low viscosity, high surface tension and low reactivity with carbon. Al-Si alloys fulfill this condition. However, they contain at least 7% Si and have low plastic properties (total strain does not exceed 5%), and the composite is characterized by high brittleness. Modification of base alloy AlSi9Cu(Fe), was aim of realized investigations in the point of view utilization them in conditions of process of gas infiltration 2D CF textile (woven preform made on HTS 40 A23 12K fibres). As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability. However realized of infiltration test was technological verification at ILK TU Dresden. The obtained plate had a regular shape, without casting defects on its surface. On metallographic specimens, good filling of the space between fibres with the matrix metal and a continuous connection on the fibres-matrix interface were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres, which, coupled with suitable alloy modification, should enable obtaining a composite which will meet the project assumptions including, first of all, appropriate technological and strength properties. Presented results are part of realized investigations in project "3D-textile rein-forced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

8

Effect of multiple remelting on selected properties of dispersed reinforced aluminum matrix composite

Klasik A., Wojciechowski A., Sobczak J., Sobczak N.

Journal of KONES

|

2008

|

Vol. 15, No. 3

233-238

EN

In the investigations, described in the paper, the analysis of conditions for recycling materials used in car vehicles is presented. This problem is related with the requirement of UE regarding recovery of product, material or energy -(the Instruction EU No. 2000/53/WE, 18.09.2000). This research is aimed on the investigation of the recycling treatment on properties of commercial aluminum matrix composite reinforced with SiC particles, as a candidate for prototype production of modern brake discs and rotors for automotive applications. Repeated remelting of F3S.10S composite (A359 aluminum alloy reinforced with 10% by vol. of SiC particulates) has been performed. Multiple remelting of composite followed by its gravity casting to the cast iron die does not cause any important changes in composite microstructure noticeable under optical microscopy magnifications. The results of investigation of physical and mechanical properties show that recycling treatment, characterized by the number of remelts followed by the same casting procedure, causes the noticeable change of all properties of composite material. The results demonstrate a continuous decrease in utility properties of composite material with increase of the number of remelting operations, showing tolerable reduced strength characteristics after 9th remelting. Nevertheless, in the face of occasional increase in a given property from one remelt to another, these preliminary investigations suggest the possibility to improve recycling process by proper selection of liquid metal treatment and subsequent casting procedure.

9

Rola przeciwpróbek w procesie zużywania węzłów tarcia z kompozytami aluminiowymi

Biało D.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

15-19

PL

Przedstawiono wyniki badań nad wpływem materiału przeciwpróbek na przebieg zużywania obu partnerów pary trącej w węzłach tarcia, tj. kompozytowych próbek i przeciwpróbek. Do badań użyto kompozytów na osnowie Al-20%Si-3%Cu-1%Mg umocnionych cząstkami Al2O3 w ilości 10%. Kompozyty wytworzono w procesie metalurgii proszków, wykorzystując wyciskanie na gorąco. Zastosowano przeciwpróbki z żeliwa szarego i ze stali stopowej o twardości 28, 40 i 58 HRC. Próby tarcia w układzie trzpień-tarcza przeprowadzono w następujących warunkach: p = 0,5-3,0 MPa, v = 1 m/s, tarcie technicznie suche. Wykazano, że twardość przeciwpróbek odgrywa istotną rolę w procesie zużywania kompozytowych próbek. Powierzchnie przeciwpróbek o mniejszej twardości ulegają "zbrojeniu" twardymi produktami zużycia i oddziałują ściernie na kompozytowe próbki, co prowadzi do kilkukrotnego wzrostu zużycia. Wraz ze wzrostem twardości przeciwpróbek zmienia się mechanizm zużywania kompozytu - występują łagodniejsze formy zużycia: adhezyjne i delaminacyjne. Podczas tarcia z kompozytem najmocniej zużywają się przeciwpróbki żeliwne i stalowe o małej twardości. Dla tych przeciwpróbek odnotowano najmniejsze wartości współczynnika tarcia.

EN

The paper shows the results of investigation on influence of countersample material on wear of both partners of friction pair i.e. composite samples and countcrsamples. This problem is usually over-looked in scientific publications. Results of research work presented by different authors are controversial, especially with regard to the effect of counter-sample material, its state and processing, hardness and surface roughness. A very important problem in wear process of composite is effect of the type and hardness of the countersample on that process. This paper is going to focus on this subject. Composite material manufactured by powder metallurgy route contains Al-20%Si-3%Cu-1%Mg matrix and reinforcing phase - Al2O3 particles with 10% vol. fraction. Figure 1 shows the microstructure of the composite, with the visible dark particles Al2O3 and the grey silicon crystals in the matrix. Countersamples made of grey cast iron (210 HB) and steel with hardness of 28, 40 and 58 HRC were used. It had shape of disc with surface roughness Ra = 0.32 žm. Tribological experiments were carried-out on the pin-on-disk apparatus at dry conditions at the following parameters: contact pressure of 0.5-3.0 MPa, friction velocity of 1 m/s, friction distance of 6000-12000 m. It was noticed that material and hardness of countersamples play significant role in wear process of composites. Figures 2 and 3 show the wear rate of composite samples versus sliding distance. The wear steadily increases with increasing sliding distance and is higher at higher contact pressure between the sample and countersample. With decreasing in the hardness of countersample the wear of composite is growing (Fig. 4). The highest wear rate was observed for grey cast iron countersample. On the soft countersample friction surface, local adhesive accretions areas of material transferred from the sample matrix were found (Fig. 5). More over the surface of the softest countersamples undergo to ,,reinforcing" with Al2O3 particles transferred from the composite during friction and act as abrasives to composite leading to few times higher wear rate {Fig. 6). For the hardest countersample build-ups on the friction surface are hardly found and only when the highest contact pressure is applied some material transfer is observed. There is not shielding of the surface by the hard particles. This results in less wear. The role of abrasion is less important and the sample surface is smoother. As a result the delamination mechanism of wear occurred. We may confirm that changing in countersamples hardness involves of several wear mechanisms: abrasive, adhesive and delamination. In Figures 6 and 7 SEM of composite worn surface undergone abrasive and delamination mechanisms of wear arc shown. During friction with composite the highest wear of countersamples is occurring for countersamples made of cast iron and steel with lowest hardness (Fig. 8). For these countersamples lowest value of friction coefficient was noticed (Fig. 9).

10

Wpływ parametrów elektrycznych obróbki elektroerozyjnej na stan powierzchni kompozytów aluminiowych

Trzaska M., Perończyk J., Biało D.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 3

51-55

PL

Praca dotyczy wysokowydajnej obróbki elektroerozyjnej (EDM) kompozytu aluminiowego za pomocą obrabiarki, wyposażonej w generator tranzystorowy. Kompozyt o osnowie Al+20%Si+3%Cu+1%Mg z fazą zbrojącą w postaci cząstek SiC wytworzono z proszków metodą wyciskania na gorąco. Faza zbrojąca o przeciętnym wymiarze cząstek 7 um stanowiła 5% objętości w kompozycie. Badano wpływ następujących parametrów elektrycznych na przebieg obróbki i stan powierzchni po obróbce: amplitudy prądu w impulsie / w zakresie 4:16 A, czasu trwania impulsu tt w zakresie 32:500 us i współczynnika wypełnienia impulsu n w zakresie 0,4:0,8. Wykazano, że wydajność obróbki Vw jest tym większa, im większe są wartości prądu i wypełnienia impulsu n. Wpływ czasu trwania impulsu ti, na wydajność występuje dopiero dla dużych wartości prądu I - wydajność Vw rośnie dla małych wartości ti. Określono wpływ parametrów elektrycznych EDM na chropowatość powierzchni. Parametry chropowatości Ra i Rz są największe przy dużych prądach I i dużym wypełnieniu impulsu n. Ponadto występuje wzrost chropowatości dla dłuższych czasów ti. Stan powierzchni po obróbce EDM oceniano na podstawie analizy powierzchni za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego i na podstawie mikroanalizy rentgenowskiej wybranych obszarów powierzchni. Stwierdzono, że na powierzchni kompozytu po obróbce występują obszary po nadtopieniu materiału i kratery po wyerodowanym materiale. Ich rozmiary zależą od elektrycznych parametrów obróbki EDM. Stwierdzono, że warstwa powierzchniowa kompozytu po obróbce ulega wzbogaceniu w węgiel pochodzący z rozkładu nafty stosowanej w procesie jako dielektryk. Badania porównawcze kompozytu i materiału osnowy wykazały, że wydajność obróbki elektroerozyjnej osnowy przewyższa wydajność obróbki kompozytu o 6:10%.

EN

The paper deals with problems of high efficiency electrodischarge machining (EDM) of aluminium composites with using a transistor generator. The composite with Al+20%Si+3%Cu+1%Mg matrix and with SiC particle reinforcements were mnufactured by a powder metallurgy method using hot extrusion. The reinforcing phase exhibited an average granularity of 7 um and volume fraction of 5% in the composite. The influence of the following electrical parameters during the machining course and state of the surface after machining were estimated: amplitude of the current in pulse I in the range of 4:16A, duration time of the pulse ti in the range of 32:500 us and filling pulse coeffcient n in the range of 0.4:.8. It was stated, that productivity of EDM is higher if higher is value of current I and pulse filling coefficient n (Fig. 2). The influence of the pulse duration ti, on the productivity, occures only for higher current value I - productivity Vw grows for small ti (Fig. 3). The roughness of the surface was investigated as a function of EDM electrical parameters. Roughness parameters Ra and Rz are highest for the higher current values I (Fig. 4) and growths for higher pulse filling coefficient n (Fig. 5). Moreover a roughness growth for longer time ti was observed (Fig. 5). State of the composite surface after EDM machining was estimated as a result of scaning microscope images investigations - Figures 6 and 7 and of microanalyse probes for selected areas of surface. It has been noticed that small solid remelted areas of material and small craters after eroded material occured on the composite surface after machining. Their dimensions also depend on electrical parameters of EDM machining. Composite surface is enriched in carbon from the decomposed kerosene used as a dielectric during machining (Tab. 1). Comparative reseach of the composite material and matrix material shows that productivity of electrodischarge machining of the matrix is higher than productivity of composite machining by about 6:10%.

11

Struktura geometryczna powierzchni kompozytów aluminiowych po obróbce elektroerozyjnej

Trzaska M., Biało D., Perończyk J.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

278-283

PL

Praca dotyczy wpływu obróbki elektroerozyjnej (EDM) na strukturę geometryczną powierzchni kompozytów aluminiowych. Kompozyty o osnowie Al + 20% Si + 3% Cu + 1% Mg z fazą zbrojącą w postaci cząstek AI2O3, SiC i Si3N4 wytworzono z proszków przez prasowanie, spiekanie i wyciskanie na gorąco. Faza zbrojąca stanowiła 5% obj. kompozytu. Obróbkę EDM prowadzono z wykorzystaniem generatora RLC. Jako dielektryk stosowano naftę. Obróbkę realizowano przy różnych wartościach energii wyładowań zmieniającej się w zakresie 0,044 10(-3)--2,268 10(-3) J. Określano wydajność obróbki Vv i chropowatość powierzchni. Wykazano, że na przebieg obróbki EDM wpływa głównie energia wyładowań elektrycznych. Ze zwiększeniem energii wyładowań zwiększa się wydajność obróbki, wzrasta także chropowatość powierzchni. Stan powierzchni po obróbce EDM oceniano na podstawie zdjęć z obrazów z elektronowego mikroskopu skaningowego. Stwierdzono, że na powierzchni materiałów po obróbce EDM występują drobne, wykrystalizowane obszary po nadtopieniach materiału. Ich rozmiary zwiększają się wraz ze wzrostem energii wyładowań. Wpływa to znacząco na parametry chropowatości. Wykazano, że rodzaj materiału fazy zbrojącej wpływa na wydajność obróbki EDM. Obróbka przebiega najszybciej dla materiału osnowy. Obecność nieprzewodzącej prądu elektrycznego fazy Al2O3 i Si3N4 w osnowie wpływa na znaczne zmniejszenie wydajności obróbki. W zakresie stosowanych parametrów obróbki EDM nie stwierdzono istotnego wpływu rodzaju materiału fazy zbrojącej na chropowatość powierzchni.

EN

The paper deals with the problems of influence of electrodischarge machining (EDM) on the surface microgcometry of aluminium matrix composites. The composites with Al + 20% Si + 3% Cu + 1% Mg matrix and with particles reinforcing phase Al2O3, SiC and Si3N4 were manufactured from powders in compaction, sintering and hot extrusion processes. Volume fraction of reinforcing phase in composites was 5% (Tab. 1). Generator RLC type was used to perform EDM process (Fig. 1). Kerosene was used as a dielectric. During EDM process different energies of single discharge in the range of 0,044 10(-3) to 2,268 10(-3) J (Tab. 2) were utilised. The following parameters were determined: productivity of EDM process and surface roughness Ra. It was shown that energy of the single discharge influences mainly on the EDM process running (Fig. 2). The higher was energy of the single discharge the higher were the productivity of the process and roughness of the composite surfaces. State of the composite surface after EDM was estimated on the base of the scanning microscope images (Figs. 3, 4). It has been noticed that at the material surface after EDM small, solid remelted areas occured. Their dimensions are growing up with increasing of the energy of a single discharge. This phenomenon signifficantly influences on the surface roughness parameters. Moreover the type of the material of reinforcing phase influences the productivity of EDM process (Fig. 2). The speed of machining is the highest for the matrix material. Presence of the electrical non-conductive phases Al2O3 and Si3N4 in the matrix decreases the machining productivity. In the range of EDM process parameters which were used during the investigations, the influence of the type of the reinforcing phase material on surface roughness was not noticed (Fig. 5).

12

Ocena odporności korozyjnej kompozytów o osnowie stopu AK12 zbrojonych cząstkami ceramicznymi

Łuczak K., Liberski P., Śleziona J.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

647-650

PL

Zbrojenie stopów aluminium cząstkami ceramicznymi prowadzi się w celu podwyższenia własności mechanicznych. Jednak w przypadku eksploatowania ich w agresywnym środowisku wody morskiej bądź przemysłowej sprawą dużej wagi jest utrzymanie wysokiej odporności korozyjnej. W pracy przedstawiono wyniki badań odporności korozyjnej kompozytów o osnowie stopu AK12 zbrojonego cząstkami Al2O3 i SiC o różnej wielkości cząstek. Przeprowadzono porównawczy test korozyjny w obojętnej mgle solnej (NSS 5% roztwór NaCl) w przyspieszonych badaniach laboratoryjnych. Prowadzono obserwacje wizualne zmian korozyjnych na powierzchni próbek w czasie trwania testu, wyznaczono zmiany masy po określonych czasach ich ekspozycji oraz obliczono szybkość korozji. Ponadto dokonano oceny odporności tych materiałów na działanie gazowego dwutlenku siarki, w tym celu przeprowadzono przyspieszony test laboratoryjny w atmosferze dwutlenku siarki z kondensacją wilgoci. W trakcie badań prowadzona była dokumentacja fotograficzna oraz badania grawimetryczne w celu określenia jednostkowych zmian masy. Stwierdzono, że dodatek cząstek wpływa na obniżenie odporności korozyjnej materiału osnowy w badanych środowiskach.

EN

Reinforcing aluminium matrix with ceramics particles is used to improve its mechanical characteristics. However, when used in aggressive marine or industrial environment their corrosion resistance becomes of great importance. The paper presents the results for corrosion resistance aluminium matrix alloys reinforced with ceramic particles Al2O3 and SiC. The comparative corrosion test in neutral salt spray was carried out in the laboratory. Mass changes of specimens were determined in fixed period of time exposition and corrosion rate was determined. Furthermore, resistance against activity of sulphur dioxide was tested. In order to do it, the short-time corrosion test in humide atmosphere containing sulphur dioxide was carried out. Photographic documentation and gravimetric investigations during test were made. Presented results indicate on worse corrosion resistance ceramic particles reinforced aluminium matrix composite in comparison to aluminium matrix.

13

Kształtowanie właściwości tribologicznych warstw wierzchnich tworzyw na bazie aluminium

Posmyk A.

Zeszyty Naukowe. Hutnictwo / Politechnika Śląska

|

2002

|

z. 62

7-146

PL

W pracy przedstawiono wpływ zbrojenia odlewniczych stopów glinu na właściwości tribologicznie materiałów kompozytowych (AlMC) przeznaczonych na skojarzenia ślizgowe. Dokonano klasyfikacji materiałów kompozytowych na zbrojone i modyfikowane przyjmując za kryterium klasyfikacji stosunek wytrzymałości na ścinanie materiału fazy zbrojącej do osnowy. Wyznaczono podstawowe charakterystyki tribologiczne dwunastu skojarzeń ślizgowych żeliwa z kompozytami i materiałem osnowy (AK12) oraz kompozytami pokrytymi powłoką kompozytową (APT+Me). Określono wpływ średniej średnicy cząstek FZ na zużycie żeliwa i współczynnik tarcia skojarzenia. Stwierdzono znaczny spadek zużycia żeliwa wraz ze zmniejszeniem średnicy cząstek. Stwierdzono, że przyczyną zbyt dużego zużycia żeliwa jest lokalny rozkład naprężeń i odkształceń wokół tych cząstek, a przyczyną zbyt dużego współczynnika tarcia jest brak w strefie tarcia materiału o niewielkiej wytrzymałości na ścinanie. Wykorzystując hipotezę tarcia zaproponowaną przez Bowdena i rozwiniętą przez Ernsta i Merchanta, a wynikającą z hipotezy największego naprężenia stycznego Coulomba - opracowano powłokę kompozytową APT+Me zawierającą przynajmniej dwa składniki, tj. jeden o dużej twardości (anodowa powłoka tlenkowa) i drugi o małej wytrzymałości na ścinanie (nikiel). Powłoka ta zmniejszyła znacznie współczynnik tarcia i zużycie żeliwa współpracującego ślizgowo z kompozytami. Na podstawie wykonanych badań teoretycznych stwierdzono, że najmniejsze wartości współczynnika tarcia można uzyskać wytwarzając powłoki trójskładnikowe, tj. zawierające wytworzoną elektrolitycznie anodową powlokę twardą i wprowadzony w odpowiedni sposób nikiel oraz naniesioną eksploatacyjnie miedź. Powłoka ta spełnia bardzo dobrze rolę warstwy wierzchniej przeznaczonych na skojarzenia ślizgowe żeliwa ze stopami glinu i wytworzonych na ich bazie materiałów kompozytowych. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że ilość składnika o niskim tau nie może być zbyt duża. Najlepsze efekty tribologiczne uzyskuje się, gdy składnik ten jest naniesiony w postaci cieniutkiej, nieciągłej warstewki rozdzielającej współpracujące materiały. W badanym przypadku twardość zapewniają APT i nikiel, a małą wytrzymałość na ścinanie nanoszona tarciowo z roztworów koloidalnych miedź. Elastyczny nikiel zabezpiecza bardzo twardą, ale kruchą, sorbującą olej anodową powłokę twardą przed pękaniem i wykruszaniem, a partnera przed nadmiernym zużywaniem. Roztwory koloidalne miedzi dodawane do oleju zapewniają jej stałą obecność na wierzchołkach rzeczywistej powierzchni styku, obniżając opory tarcia i zużycie. Ciepło generowane tarciem powoduje wzrost temperatury zamkniętych pomiędzy żeliwem i wydzieleniami niklu cząstek Cu, co obniża w istotny sposób ich wytrzymałość na ścinanie i przyspiesza utlenianie, a tym samym redukuje opory tarcia. Dodatkowo źle przewodząca ciepło warstewka tlenku glinu przyczynia się do wzrostu temperatury tych cząstek miedzi. Zbyt duże ilości miedzi zwiększają współczynnik tarcia, ponieważ wypadkowa twardość rzeczywistej powierzchni styku jest superpozycją twardości składników RPS. Wzrost zawartości Cu obniża twardość, przy mniejszym spadku wytrzymałości na ścinanie ze względu na podgrzewanie większych objętości przy tej samej ilości ciepła generowanego tarciem. Określono wpływ parametrów technologicznych na wybrane właściwości, tj. nasiąkliwość i chropowatość powłok APT+Ni i APT+Cu. Zależności te opisano matematycznie równaniami zwanymi funkcjami konstytuowania. Wpływ parametrów wytwarzania na zużycie i współczynnik tarcia opisano funkcjami eksploatacji. Na postawie przeprowadzonych badań zbudowano model współpracy skojarzenia ślizgowego żeliwo/PK, opracowano proste zależności pozwalające określić zużycie PK poprzez pomiar średniej średnicy powierzchni zużycia wydzieleń. Model zweryfikowano za pomocą programu do analizy obrazu Visilog i przez wyznaczenie lokalnych naprężeń i odkształceń w strefie tarcia za pomocą metody elementów skończonych.

EN

Influence of the reinforcing of cast aluminium alloys on tribological properties of composite materials (AlMC) destined for sliding pairings are presented in the paper. The composite materials were classified as either reinforced or modified and the ration of the shear strengths of the reinforcing and matrix phases was taken as the classification criterion. Basic tribological characteristics were determined for twelve pairings of the cast iron against composite materials and the matrix material. The influence of the mean particle diameter of reinforcing phase (RP) on the cast iron wear and the joint friction coefficients were also determined. It was found out that the cast iron wear significantly decreased with the decrease in the particle diameters. Local distribution of stresses and strains around the particles was the reason for too high wear of the cast iron. Lack in the friction zone of a material with low shear strength led to too high friction coefficient. In order to improve this situation a AHC+Me composite coating was elaborated basing on the friction hypothesis proposed by Bowden and developed by Ernst and Merchant that uses hypothesis of the largest Coulomb shear stress. The coating contained at least two components i.e. one of a high hardness (anodic hard coating) and second of low shear strength (nickel). Basing on the theoretical studies is was found out that the smallest values of the friction coefficient can be obtained by producing three-component coatings i.e. containing a hard anodic coating obtained by electrolytical deposition, introduced in a proper way nickel and deposited copper. This coating serves very well as a surface layer intended for gliding joints of aluminium alloys and composite materials based on these alloys. The studies showed that the amount of the component with low tau couldn't be too high. The best tribological effects are obtained when this component is deposited in a form of a very thin, non-continuous layer between the co-operating materials. In the studied case APT and nickel provide high hardness and copper, deposited from colloidal solutions in a friction way, gives low shear stress. Elastic nickel secures from cracking and crumbling the very hard but fragile and absorbing oil hard anodic coating. It also secures the partner from too high wearing. The colloidal copper solutions added to the oil ensure the copper presence at the peaks of the real contact surface decreasing friction resistance and wear. Heat produced by friction causes increase of temperature of the micro-volumes of copper closed between the cast iron and nickel precipitates. This significantly reduces their shear strength and increases oxidation and thus reduces friction resistance. Additionally, the layer of aluminium oxide, badly transforming heat, also contributes in copper temperature increasing. Too high amounts of copper lead to the increase of the friction coefficient because final hardness of the real contact surface is a superposition of the RPS components' hardness. Larger amounts of copper decrease the hardness at lower decrease of shear strength due to necessity of heating of larger volumes with the same amount of heat produced by friction. Influence of the technological parameters on chosen properties i.e. absorbability and roughness of the AHC+Ni and AHC+Cu coatings was determined. These relationships were mathematically described using equations called constituting functions. Influence of the production parameters on wear and friction coefficient was described by exploitation functions. Basing on the carried out studies a model of co-operation of CI/CL pairing was built and simple relationships allowing determination of wear of the CL by measuring the mean diameter of worn precipitates were elaborated. The model was verified using software for image analysis Visilog and by determination of local stresses and strains in the zone of friction using the final element method.

14

Zastosowanie złożonych tlenków do wytwarzania dyspersyjnych faz zbrojących w stopach aluminium

Śleziona J., Dyzia M.

Archiwum Odlewnictwa

|

2002

|

R. 2, nr 4

440--445

PL

W pracy przedstawiono rezultaty badań dotyczących wytworzenia kompozytów zbrojonych cząstkami dyspersyjnymi w oparciu o reakcje zachodzącą pomiędzy ciekłym aluminium, a tlenkiem FeO TiO2 wprowadzonym do niego metodą mechanicznego mieszania. Zaprezentowano wybrane wyniki analizy DTA, rentgenowskiej analizy fazowej i mikrostrukturę otrzymanych materiałów.

EN

In this work results researches concerning to the producing of dispersed aluminium matrix composites have been shown. Composites were obtained according to reaction between of liquid aluminium and solid particles of ilmenite (FeO TiO2) using mixing method. DTA analyses and X-ray analyses results and microstructures of composites were also presented.

15

Nikiel jako prekursor cząstek aluminidków w kompozycie z osnową aluminiową

Olszówka-Myalska A.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2002

|

T. 23, nr 3

235-246

PL

W pracy przedstawiono strukturę kompozytów z osnową aluminiową zawierających cząstki aluminidków niklu, powstałe in situ w wyniku oddziaływania proszku niklu z osnową. Materiały kompozytowe wykonano metodą jednoosiowego prasowania w podwyższonej temperaturze. Wykazano wpływ struktury wyjściowej proszku niklu oraz wpływ parametrów procesu technologicznego na strukturę kompozytu, w tym na morfologię powstałych in situ cząstek. Badania strukturalne prowadzono metodami SEM.

EN

The paper concerns aluminium matrix composites in which nickel aluminide particles formed in situ are incorporated due to the interaction between the nickel powder and the matrix. The composite materials were produced by means of powder metallurgy methods (one axis hot pressing). Nickel powders of different granulation and morphology were used. During hot pressing, different process temperature was applied (460-640 degrees centigrade). The composite structures were analyzed with the use of a Hitachi-4200 scanning electron microscope (FE-SEM) with EDX Noran 3500. In hot-pressed composites it was found that there is a possibility of forming nickel aluminide particles with both a laminar structure and microscopically homogeneous one. In the aluminide particles with a laminar structure, diversification of the chemical composition and grain size was found by means of SEM and EDS methods. The influence of the granulation selection of nickel and aluminium powders as components on the structure of hot-pressed composites is presented. The influence of the presence of Al2O3 ceramic particles on the shape and morphology of aluminides particles was found.

16

Influence of sintering temperature on decohesion of Al-(Al2O3)p composite modified with nickel.

Olszówka-Myalska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 5

683-686

EN

Aluminium matrix composite reinforced with alumina particles coated with nickel was investigated. Nickel layer of thickness less than 1 micrometer was deposited by chemical method on Al2O3 particles with 500 mesh granulation. Hot pressing in Degussa press was used to obtain composite materials. The decohesion of composite material depending on sintering temperature was analysed by SEM methods. Different mechanisms of composite decohesion were identified. The role of reactive bonding was analysed.

PL

Badano kompozyt z osnową aluminiową i cząstkami tlenku aluminium o granulacji 500 mesh pokrytymi metodą chemiczną warstwą niklu o grubości mniejszej od 1 mikrometra. Materiał otrzymano w wyniku prasowania na gorąco w prasie Degussa mieszaniny proszków. Metodami SEM analizowano wpływ temperatury spiekania na mechanizm dekohezji kompozytu. Stwierdzono występowanie różnych mechanizmów dekohezji oraz wpływ, powstałego na granicy cząstka-osnowa, połączenia reaktywnego.