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

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.

3

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.

4

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.

5

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).

6

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).

7

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.

8

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.