Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tribological properties of hybrid aluminium matrix composites reinforced with boron carbide and ilmenite particles for brake rotor applications

Gupta Rahul, Nanda Tarun, Pandey O. P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e47, 2023

EN

In the present study, stir casting process was employed to incorporate a blend mixture of ilmenite (FeTiO3) and boron carbide (B4C) particles in the matrix of LM13 base alloy. The study demonstrated the effect of individual reinforcement, weight percentage and mixing proportion on wear behaviour of LM13 alloy for brake rotor applications. Composite with 15 wt.% of reinforcement having 75% proportion of boron carbide (15BI-31 composite) shows change in silicon morphology to globular and highest refinement of silicon structure. Highest wear resistance, highest hardness, lowest coefficient of thermal expansion and lowest friction coefficient values were obtained for 15BI-31 composites. The addition of ilmenite particles enhances the properties of BI composites by making the strong interfacial bonding and enhancing the oxidation rate of sliding surface. However, the increase in dislocation density by boron carbide particles helps in enhancing the hardness of composites which contributes in providing the stability to mechanical mixed layer. The comparable wear property (17% higher wear rate), low processing cost and low material cost of 15BI-31 composite make it a suitable material for brake rotor applications. The predominant wear mechanism for composites was observed to be abrasive wear and delamination wear. However, the severity of wear mechanism changes as the applied load increases.

2

Characterization of Ceramic Particle Reinforced Titanium Composite Produced Via Powder Metallurgy

Angel D. A., Miko T., Benke M., Gacsi Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 2

515--519

EN

Nowadays, titanium is one of the most popular materials for aeronautical applications due to its good corrosion resistance, formability and strength. In this paper, rutile reinforced titanium matrix composites were produced via powder metallurgy. The steps included high energy ball milling of raw titanium and rutile powders in a planetary ball mill, which was followed by cold-pressing and sintering without external pressure. For the characterization of the milled powders and the sintered composites, scanning electron microscope, X-ray diffraction and compressive strength examinations were carried out. The results showed that the rutile has a strengthening effect on the titanium matrix. 1 wt% rutile increased the compressive strength compared to the raw titanium. Increasing the milling time of the metal matrix decreased the compressive strength values.

3

Damage analysis of the ceramic reinforced steel matrix composites sheets: experimental and numerical study

Bayraktar E., Ayari F., Katundi D., Chevalier J.-P., Bonnet F.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 1

53--61

EN

Purpose: of this paper reports damage analysis of TiB2 (ceramic particles) reinforced steel matrix composite sheets. This new steel composite receives much attention as potential structural materials due to their high specific strength and stiffness. The goal of the research described in this paper is to study the usage of this new steel family in the manufacture of light structures. Design/methodology/approach: therefore in this study is focused to the titanium diboride TiB2 reinforced steel matrix composite sheets that they were characterized by optical and scanning electron microscopes after the mechanical tests carried out on the base metal and welded specimens under dynamic and static test conditions. Findings: The non homogeneity of the structure in this type of composites makes deeply complexity of their numerical and analytical modelling to predict their damage during the loading. For example, the interfaces essentially play a key role in determining mechanical and physical properties. For this reason, a Finite Element (FEM) analysis is used for modelling to simulate the macroscopic behaviour of this material, taking into account the relevant microscopic scales. Practical implications: defined in this research is based on the impact dynamic behaviour of this steel sheets by using a special impact tensile test developed formerly that all details were published in this journal. This type of test gives more comprehensible information about special steel sheets (welded or base metal) in case of dynamic crash conditions. Originality/value: The present research gives detail information on the new steel matrix composite sheets reinforced TiB2 ceramic particles. This new composite was developed by ARCELOR research group and impact dynamic behaviour and weldability of the welded parts and base metals from this composite steel are discussed here in order to give practical and useful solution for industrial applications.

4

Kompozytowe tłoki do sprężarek wytwarzane metodą odlewania kokilowego

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Śleziona J., Starczewski M.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 2

83-86

PL

Praca dotyczy możliwości wykorzystania materiałów kompozytowych w odlewach kokilowych z przeznaczeniem na tłoki. We współpracy z Firmą Złotecki Sp. z o.o. podjęto próbę odlewania w warunkach produkcyjnych kompozytów o osnowie stopu AK12 zbrojonych cząstkami węglika krzemu. W cyklu podjętych badań wykonano 6 odlewów tłoków kompozytowych. Wszystkie odlewy dokładnie odwzorowały kształty formy, a wstępna ocena grubości i krzywizn ścianek wypadła pomyślnie. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji mikrostrukturalnych stwierdzono równomierne rozmieszczenie cząstek zbrojących na przekroju badanych tłoków. Zaobserwowano jednak obecność porowatości w strukturze, szczególnie w obszarze układu zalewowego. Pory i aglomeraty cząstek skupione są na wewnętrznych ściankach tłoka. Z kolei zarówno obszary zewnętrzne, jak i struktura obszaru po przeciwnej stronie układu zalewowego charakteryzowały się niewielką porowatością, w postaci nielicznych pustek wokół równomiernie rozmieszczonych cząstek ceramicznych. Zidentyfikowaną porowatość należy wiązać zarówno z parametrami technologicznymi, stosowanymi podczas odlewania, jak i z procesami krzepnięcia i krystalizacji osnowy. Przeprowadzone próby technologiczne potwierdziły możliwość kształtowania tłoków kompozytowych z wykorzystaniem technologii odlewania kokilowego.

EN

The work concerns the possibility of application the composite materials in casts into metal mould to form the pistons for compressors. In cooperation with "Zlotecki" company was undertaken the test of casting in productive conditions the aluminium matrix composite reinforced with silicon carbide particles. In cycle of undertaken investigations were executed six composite pistons. All casts projected the shapes of mould exactly, and the preliminary evaluation of thickness and curvatures of sides fell out favorable. The conducted microstructural observations on the ground were affirmed the uniformly distribution of reinforcing particles on section of studied pistons. However it was observed the presence of porosity in structure, particularly in area of mould feeder. Porosity and agglomerates of particles be collected on internal sides of pistons. In turn the external areas, as and the structure of area opposite the feeder characterized the small porosity, about character of few emptiness the around evenly distributed ceramic particles. Both technological parameters and process of the matrix crystalization influence on the identified porosity. Realized technological tests confirmed the possibility of formation composite pistons from utilization the technology of mould casting.

5

Rozmieszczenie cząstek ceramicznych w kompozytach na osnowie stopu AlMg10

Łągiewka M., Konopka Z., Zyska A., Balawender R.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 18/1

273--278

PL

W pracy przedstawiono analizę rozmieszczenia cząstek SiC podczas wypełniania wnęki formy suspensją kompozytową. Określono zasięg cząstek SiC podczas płynięcia w ciekłym stopie AlMg10. Ze względu na różnicę gęstości cząstek i stopu osnowy, cząstki SiC opadały i lokowały się w warstwach dolnych odlewu, co powodowało nierównomierny rozkład cząstek w osnowie.

EN

An analysis of the SiC particles drifting during the process of filling the mold cavity with liquid composite suspension was presented in the work. The SiC particles flow range in liquid AlMg10 alloy was determined. It was found that SiC particles sank down and took places in the lower layers of the casting due to density difference between the matrix material and the particles. This caused the non-uniform distribution of the particles within the matrix.

6

Zachowanie się kompozytów MgZn6-SiCp w próbie ściskania

Braszczyńska-Malik K.N., Chmielowiec P.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 1

99-103

PL

Przedstawiono wyniki badań własności mechanicznych kompozytów poddanych próbie jednoosiowego ściskania. Osnowę kompozytów stanowił stop Mg - 6% wag. Zn. Badane kompozyty były umacniane zmiennym udziałem wagowym cząstek węglika krzemu, wynoszącym 10, 20 i 30% wag. Kompozyty wytworzono prostą i niedrogą metodą odlewniczą, polegającą na mechanicznym mieszaniu ciekłego metalu z wprowadzonymi cząstkami w atmosferze ochronnej. Otrzymane kompozyty charakteryzowały się jednorodnym rozmieszczeniem fazy umacniającej w objętości osnowy. Ponadto, komponenty nie wykazywały tworzenia warstw reakcyjnych na granicy cząstka/osnowa. Osnowa kompozytów składała się z roztworu stałego cynku w magnezie (faza [alfa]) oraz eutektyki [alfa]+[beta] utworzonej w przestrzeniach międzydendrytycznych. Wartość umownej granicy plastyczności kompozytu zawierającego 10% wag. cząstek SiC wyniosła 110 MPa. Wytrzymałość na ściskanie kompozytu była natomiast równa 344 MPa. Wzrastający dodatek cząstek fazy umacniającej kompozyt powodował obniżenie wartości odkształcenia plastycznego przenoszonego przez materiał (rys. 2) w próbie ściskania. Rosnący udział wagowy cząstek SiC spowodował również wzrost wskaźników mechanicznych kompozytu. Zarówno umowna granica plastyczności, jak i wytrzymałość na ściskanie kompozytów wzrastały (rys. 3) wraz z rosnącym udziałem fazy wzmacniającej. W pracy zamieszczono także wyniki analiz przebiegu ścieżek pękania, powstałych w wyniku działania maksymalnych naprężeń ścinających (rys. rys. 4 i 5). Pęknięcia powstające w badanym materiale kompozytowym rozprzestrzeniały się po fazach stopu osnowy bez udziału granic rozdziału cząstka/osnowa, co świadczy o silnym połączeniu osnowy i fazy wzmacniającej kompozyt. W czasie badań nie obserwowano pęknięć rozprzestrzeniających się od cząstek SiC do osnowy czy przebiegających po granicach rozdziału pomiędzy cząstkami a osnową kompozytu.

EN

The results of mechanical testing of magnesium matrix composites under compression have been presented. The Mg - 6 wt.% Zn alloy was used as a composite matrix. The investigated composites were reinforced with different amount of silicon carbide particles, namely 10, 20 and 30 wt.% of SiCp. A simply and non-expensive casting method involving mechanical mixing of liquid metal and the introduced particles under the protective atmosphere was used to obtain the investigated materials. The resulted composites were characterized by uniform distribution of silicon carbide particles within the matrix alloy. Moreover, the components did not reveal creation of a reaction layers at the matrix/particles interfaces (Fig. 1). The matrix alloy was composed of a solid solution of zinc in magnesium ([alpha] phase) and a eutectic of [alpha]+[beta] phases located in interdendritic spaces. The yield strength value of composite reinforced with 10 wt.% of SiC particles was 110 MPa. The ultimate compressive strength of the composite was equaled to 344 MPa, what was shown in Figure 2. Increase the weight fraction of the reinforced phase caused a decrease in the plastic strain carried by the composites. However, it increased the values of the mechanical parameters measured during compression tests. Both of the parameters (the proof stress and the ultimate compressive strength) increased with the weight fraction of SiC particles (Fig. 3). In this paper the results of examination of the cracking path of the composites have been also described. The main cracking path followed the direction of the maximum shearing stress (Figs 4 and 5). The cracks in the tested composites, that arose during compression, propagated in the magnesium alloy matrix avoiding the interfaces between the SiC particles and matrix. This proves the strong connection between the metal matrix and the reinforcing phase. The performed analyses of the composite microstructure after compression tests did not reveal any cracks propagation at the matrix/particles interfaces or from the SiC particles to matrix.

7

Właściwości tribologiczne kompozytów o heterofazowym zbrojeniu mieszaniną cząstek ceramicznych i węgla szklistego

Myalski J., Wieczorek J., Dolata-Grosz A., Śleziona J.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 2

11-16

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości tribologicznych (współczynnik tarcia, zużycie) par ciernych żeliwo-kompozyt. Badaniom poddano kompozyty homofazowe i heterofazowe zbrojone cząstkami SiC lub Al2O3 z dodatkiem węgla szklistego (tab. 1). Badania przeprowadzono, wykorzystując tester tribologiczny T-01, a partnerem tarcia dla kompozytów było żeliwo (rys. 1). Zastosowanie zbrojenia heterofazowego jest rozwiązaniem pozwalającym w znacznym stopniu rozszerzyć możliwości projektowania właściwości tribologicznych skojarzeń ciernych. Możliwe staje się bowiem dobieranie takich układów zbrojenia, dzięki którym przy zachowaniu wysokiej wartości, a także stabilizacji współczynnika tarcia (rys. rys. 3 i 4) można ograniczyć zużycie elementów pary ciernej (tab. 2), ma to miejsce w przypadku kompozytów zbrojonych cząstkami jednakowej wielkości z dodatkiem węgla szklistego A50Cs i 550Cs. Jest też możliwe zmniejszanie wartości współczynnika tarcia w zależności od potrzeb konstrukcyjnych. Efekt ten można osiągnąć poprzez zastosowanie do zbrojenia kompozytów mieszaniny cząstek o różnej średnicy (materiały zbrojone: Al2O3 25, 50,100 žm, SiC 25, 50, 100 žm) lub przez zastosowanie cząstek różnej średnicy i dodatkowo węgla szklistego (materiały zbrojone: Al2O3 25, 50, 100 žm+ Cs 100 žm, SiC 25, 50, 100 žm + Cs 100 žm). Przedstawione w artykule wyniki badań dowodzą, że dodatek węgla szklistego bez względu na rodzaj ceramicznego zbrojenia poprawia właściwości tribologiczne układu. Wpływa on na stabilizację wartości współczynnika tarcia w funkcji drogi tarcia i znacznie obniża zużycie współpracujących elementów.

EN

Aluminium-based metal matrix composites are well-known for their high specific strength, stiffness and hardness. They are gaining further importance as their potential for wear resistance becomes established. In general, for sliding against metal and abrasives, many studies have reported that composites exhibit better wear resistance than the unreinforced alloys. The subject of the article are heterophase composites (ceramic particles, class carbon type) and production and evaluation of their tribological properties. The reduction of the results of the hard reinforcement particles influence on the collaborative element is possible thanks to the application of heterophase reinforcement (composed of several kind of reinforcement particles) (Tab. 1). The solution presented in the article assumes the wear reduction in the dry sliding conditions through the application of the Al2O3 and glass carbon mixture and SiC and glass carbon mixture as the rełnforcement. For all samples sliding distance was 5000 m, load 35N and sliding velocity 0.5 m/s. Abrasion was carried out with the use of tribological tester T-01 pin-on-disc (Fig. 2). Composite materials for the investigation composed of AK12+30% (Al2O3) were produced with the use of the suspension method. Generated material was formed in the shape of sleeve with the application of centrifugal casting. It permitted to produce composite layer which structure was composed of glass carbon particles surrounded by smaller diameter Al2O3 or SiC particles (Fig. 1). The investigation of the frictional composite-cast iron couple association conducted in the dry sliding conditions proved that addition of 5% glass carbon reduces 30% of cast iron wear and 20% of the friction coefficient (Figs 3 and 4). Microscopic examination of the erosion trace showed that heterophase reinforcement reduces composite abrasive wear (Tab. 2). Conducted researches gave expected results and further investigation will focus on the optimization of the phase composition proportion.

8

Charakterystyka krzepnięcia kompozytów o osnowie aluminium zbrojonych cząstkami ceramicznymi

Myalski J., Śleziona J., Dyzia M.

Archiwum Odlewnictwa

|

2003

|

R. 3, nr 10

61--67

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań procesu krzepnięcia kompozytu stop AK12 – cząstki ceramiczne. Zróżnicowane właściwości fizyczne zastosowanych cząstek (przewodność cieplna, gęstość) warunkują procesy krystalizacji i wpływają na sposób rozmieszczenia zbrojenia w materiale osnowy. Cząstki o dobrym przewodnictwie cieplnym skracają czas krzepnięcia, mała gęstość cząstek powoduje zmiany w charakterze przebiegu procesu krystalizacji i powstanie struktur gradientowych.

EN

In this paper results of investigations of solidification process of AMCs were presented. The different physical properties of applied ceramic particles (thermal properties, mass density) depends on the processes of crystallization and the distribution of reinforcement in metal matrix. Good thermal conductivity shorts the time of coagulation, the low-density of elementary entities causes in character of course of process crystallization the changes and the rise of gradient structures.

9

Wytwarzanie kompozytów na osnowie stopów aluminium zbrojonych drobnodyspersyjnymi cząstkami ceramicznymi i międzymetalicznymi.

Śleziona J., Formanek B., Olszówka-Myalska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2002

|

R. XXIII, nr 3

122-128

PL

W pracy przedstawiono zagadnienie wytwarzania kompozytów z osnową ze stopów aluminium zbrojonych cząstkami ceramicznymi o wielkości poniżej 2 mikrometrów. Przedstawiono wybrane rozwiązania technologiczne wytwarzania in situ cząstek ceramicznych z wykorzystaniem ciekłej osnowy. Wytworzenie cząstek ceramicznych Al2O3 o wielkości 2 mikrometry możliwe jest również z wykorzystaniem technologii MA, przy wykorzystaniu zarówno cząstek tlenu glinu, jak i cząstek tlenków innych metali. Pokazano strukturę proszku kompozytowego Al/Al2O3. Zaproponowano i zrealizowano technologię wytworzenia kompozytów składającą się z połączonych technologii metalurgii proszków i mechanicznego mieszania ciekłego metalu. W technologii mechanicznego mielenia wytworzono proszki kompozytowe w układzie Al/Al2O3, Al/SiC oraz Al(FeOxTiO2, CuO, Ni), a następnie wprowadzono je w ilości 30% wag. do ciekłego stopu Al (AK11, AlMg2). Parametry procesu wytwarzania kompozytów metodą in situ dobrano na podstawie badań DTA. Wykonane kompozyty przebadano oceniając ich strukturę, rozmieszczenie cząstek ceramicznych i stopień przereagowania tlenków. Wykonano również badania właściwości mechanicznych wytworzonych kompozytów (Rm, HB, U). Wyznaczono na oprzyrzadowanym młocie wahadłowym Charpy'ego krzywe udarności oraz energię niszczenia poszczególnych kompozytów. Uzyskane charakterystyki mechaniczne kompozytów dają możliwość oceny wpływu zbrojenia na poszczególne cechy materiałowe.

EN

In this work, the problem of producing Al alloys matrix composites reinforced with ceramic particles of size below 2 micrometers has been presented. Some technological solutions of producing Al-ceramic particles by in situ method with the application of a liquid matrix have been presented. Al2O3 particles of size below 2 micrometers can be obtained by means of the mechanical alloying method, where both aluminium oxide particles and particles of other metals oxides are used. The structure of the Al/Al2O3 composite powder is shown. A technology of the composites production consisting of combined powders metallurgy and liquid metal mixing technologies has been proposed and implemented, Al/Al2O3, Al/SiC and Al/(FeOxTiO2, CuO, Ni) composite powders were prepared by mechanical milling. In the next step, they were incorporated in the amount of 30 wt-% into liquid Al alloys (AK11, AlMg2). The parameters of the in situ process were chosen according to the DTA examination data. The composites produced were subjected to structure evaluation, ceramic particles distribution and of the degree of oxides reaction. Examination of mechanical properties (UTS, Brinell hardness, impact resistance) of the produced composites was performed additionaly. Using an instrumented Charpy hammer, the curves of impact resistance and fracture energy of composites were determined as well. The obtained mechanical characteristics of the composites enable to evaluate the influence of the reinforcement on individual material features.

10

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.

11

Próba oceny krzepnięcia kompozytów hybrydowych ALMG/SIC+Cgr

Braszczyński J., Cisowska M.

Krzepnięcie Metali i Stopów

|

1999

|

R. 1, nr 40

75--87

PL

W artykule podjęto próbę określenia wpływu różnych cząstek ceramicznych (Cgr oraz Cgr+SiC) na kinetykę krzepnięcia kompozytów hybrydowych oraz mikrostrukturę. Wyniki wstępnych badań, zamieszczone w pracy, nie pozwalają jeszcze na pełną analizę procesu krzepnięcia, wskazują jednak na różny wpływ na ten proces cząstek Cgr i mieszaniny cząstek SiC+Cgr. Teoretyczne rozważania, oparte na wcześniejszych pracach, wskazują ponadto znaczenie kontynuacji badań dla przyszłościowego sterowania technologią tych tworzyw oraz wyznaczają kierunki dalszych badań.

EN

The paper presents a trial of determining the influence of various ceramic particles (Cgr and Cgr+SiC) on the solidification kinetics of hybrid composites and their microstructure. The results of the initial investigations discussed in the work do not allow for the complete analysis of the solidification process yet, however they indicate the different influence of Cgr particles and the mixture of Cgr + SiC particles. Theoretical considerations based on previous works point at a significance of continuing the investigations for future controlling of the production technology with respect to these materials, as well as show the directions of further research work.

12

Dispersion hardened Al-Me-SiC powders obtained by the mechanical alloying method.

Formanek B., Gierek A., Szopiński K.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

1211-1214

EN

The mechanical alloying of Al-Ti-SiC and Al-Ni-SiC composite powders is presented in the article. The process parameters and morphology of powders were determined. The results allow to apply the agglomerated powders for sintering and thermal spraying processes.

13

Amorphous metal matrix composite ribbons.

Barczy P., Szigeti F.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 3

138-145

EN

Composite ribbons with amorphous matrix and ceramic (SiC, WC, MoB) particles were produced by modified planar melt flow casting methods. Weldability, abrasive wear and wood sanding examinations were carried out in order to find optimal material and technology for elevated wear resistance and sanding durability. The correlation between structure and composite properties is discussed.