Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microstructure and mechanical behaviour of in situ fabricated AA6061–TiC metal matrix composites

Kumar G. S. P., Koppad P. G., Keshavamurthy R., Alipour M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. 17, no. 3

535--544

EN

AA6061–TiC composites were developed by in situ reaction of molten AA6061 alloy with potassium hexafluorotitanate salt and pure graphite at a temperature of 900 °C. The in situ composites were subjected to hot forging at 500 °C and uniform strain rate of 0.0115 mm s−1 with degree of deformation of 65%. Both cast and forged in situ composites were subjected to grain size analysis and scanning electron microscopy studies to study the dispersion of TiC particles. Mechanical properties like Brinell hardness and tensile properties were evaluated to measure the effect of TiC particles on the AA6061 matrix. Microstructure of forged composites revealed uniform dispersion of TiC particles without forming any lumps at any particular regions. Brinell hardness and tensile strength of cast and forged in situ composites increased with increasing TiC particle content. The improved mechanical properties were attributed to good dispersion of TiC particles, grain refinement of the matrix and dislocation strengthening. Every fracture developed in cast ones was due to inter-dendritic cracking while in the case of forged ones it had mixed mode of fracture with dominating ductile nature.

2

Properties of „In Situ” 7475 Alloy Matrix Composites Reinforced Al3Ti Intermetalic Compound Extruded in Semi-Solid State

Szymański W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

433--438

EN

Studies were conducted to improve the mechanical properties of composites based on 7475 aluminium alloy reinforced with Al3Ti particles fabricated by the “in situ” process. The first step involved “dissolving” of titanium in the liquid aluminium alloy and fabricating in this way composite materials with different content of the reinforcing phase (15-45wt%). A relationship between the composite hardness and content of the reinforcing phase was confirmed. The second step involved the improvement of cohesion between the reinforcing particles and composite matrix. By extrusion of samples in semi-solid state, an average increase in hardness by 15-20% relative to the unextruded composite was obtained. In the third step, the fabricated composite was subjected to a heat treatment corresponding to the state T6 in 7475 alloy, which raised the hardness by about 30%. Structure examinations carried out by means of optical microscopy and scanning electron microscopies as well as the results of hardness measurements were described. They enabled estimating the effect of the content of produced Al3Ti particles, and of the extrusion process in semi-solid state and heat treatment parameters on the composite properties. In compression test, the yield strength and compressive strength of the heat-treated composites were determined.

3

Microstructural characterization of the reaction product region formed due to the high temperature interaction of ZnO[0001] single crystal with liquid aluminum

Wojewoda-Budka J., Sobczak N., Stan K., Nowak R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

351--355

EN

The study was focused on the microstructure characterization at the micro- and nano scale of the reaction product region (RPR) formed due to the interaction between the liquid aluminum and ZnOSC [0001] single crystalline substrate at 1000ºC. The research was carried out on the Al/ZnO couple produced by the sessile drop method under vacuum within two different procedures: 1) classical contact heating and cooling; 2) pushing drop procedure allowing opening the Al/ZnO interface at the test temperature and, therefore, prevent influence of cooling with Al drop on interface structure. The microstructure observations of the sample after using classical contact heating procedure revealed the formation of the RPR of ~50 μm in thickness extending into the ZnOSC single crystal substrate. It was composed of the ceramic α-Al2O3 and metallic Al(Zn) mutually interpenetrating lattices, typical for the C4 type structure. Additionally, at the ZnO/RPR interface, the presence of a thin (~250 nm) layer of the metastable δ-Al2O3was detected. The obtained results were compared with experimental data found for the sample after pushing drop procedure resulting in the formation of two layers of ZnAl2O4 spinel and alumina, exhibiting strong epitaxial growth. The selected area diffraction patterns clearly evidenced that the crystal structure of formed Al2O3 corresponds to the tetragonal δ-phase.

PL

W pracy scharakteryzowano mikrostrukturę w skali mikro i nano strefy produktów reakcji (SPR) powstałych w wyniku oddziaływania pomiędzy ciekłym aluminium i monokrystalicznym podłożem ZnOSC o orientacji [0001] w 1000ºC. Badania przeprowadzono dla pary Al/ZnO wytworzonej w próżni metoda kropli leżącej przy zastosowaniu dwóch procedur: 1) klasycznej, wspólnego nagrzewania i chłodzenia, 2) przepychania kropli, umożliwiającej otwarcie granicy rozdziału Al/ZnO w temperaturze badania, a tym samym uniknięcia wpływu chłodzenia kropli Al na jej strukturę. Obserwacje mikrostruktury próbki po zastosowaniu klasycznej procedury wspólnego wygrzewania wykazały powstanie SPR o grubości około 50 μm wewnątrz podłoża ZnO. Składała się ona z dwóch wzajemnie przenikających się sieci ceramicznej α-Al2O3 i metalicznej Al (Zn), typowych dla struktury C4. Dodatkowo, na granicy ZnO/RPR wykryto obecność cienkiej (~250 nm) warstwy metastabilnej odmiany δ-Al2O3. Uzyskane wyniki porównano z danymi doświadczalnymi znalezionymi dla próbki po procedurze przepychania kropli, która skutkowała w tworzeniu sie dwóch warstw wykazujących silnie epitaksjalny wzrost: spinelu ZnAl2O4 oraz tlenku aluminium. Dyfrakcje elektronowe pokazały, ze struktura krystaliczna utworzonej Al2O3 odpowiada tetragonalnej fazie delta.

4

Kompozyty o osnowie aluminium zbrojone dyspersyjnymi fazami azotkowymi

Dyzia M., Śleziona J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 3

269-273

PL

Azotek aluminium (AlN) jest coraz częściej stosowany jako faza zbrojąca w kompozytach o osnowie będącej stopem aluminium. Uzyskanie efektu zbrojenia dyspersyjnego możliwe jest poprzez wykorzystanie mechanizmów reakcji in situ pomiędzy aluminium a reagentami zawierającymi azot. Duże znaczenie ma również dobra zwilżalność oraz brak reakcji z ciekłym aluminium powstających faz azotkowych, które są bardziej stabilne niż proszek AlN wprowadzany do osnowy metodami ex situ. W technologiach z ciekłą osnową metalową realizuje się najczęściej procesy w układzie ciecz-gaz lub ciecz-ciało stałe. Reakcja aluminium z azotem jest egzotermiczną i termodynamicznie prawdopodobną w szerokim zakresie temperatury. W temperaturze 700°C entalpia tworzenia (H) azotku aluminium wynosi - 658,99 kJ ź mol-1, a energia swobodna Gibbsa ([delta]G) - 215 kJ ź mol-1. Na proces azotowania mają wpływ takie czynniki, jak: rozpuszczalność azotu w ciekłym aluminium i jego stopach, efekt pasywacji, reakcyjność gazów lub mieszanin gazów używanych do procesu (N2, NH3), dodatki stopowe, atmosfera reakcji, temperatura i ciśnienie procesu. Odpowiedni dobór warunków reakcji in situ umożliwia uzyskanie odpowiedniego składu fazowego i morfologii zbrojenia. Praca dotyczy możliwości wykorzystania bezpośredniej reakcji pomiędzy ciekłym aluminium a azotem w warunkach podwyższonego ciśnienia tego gazu. Proces azotowania stopu aluminium z dodatkiem 3% magnezu realizowano w komorze reakcyjnej umożliwiającej uzyskanie podwyższonego ciśnienia azotu (300 kPa). W wyniku wygrzewania stopu osnowy przez jedną godzinę w temperaturze 1000°C uzyskano produkty reakcji tylko na powierzchni próbki, natomiast pięciogodzinny proces zakończył się całkowitym przereagowaniem komponentów i wytworzeniem azotków aluminium, co potwierdziły badania rentgenograficzne i analiza EDS.

EN

Aluminium nitride is expected to be favourable reinforcement phase for aluminium matrix compostes. Reinforcement effects could be obtained when particles formed by in situ process were sized less then 1 žm and disposed uniformly in the matrix. More important is good wettability obtained AlN phases, lack of reaction with liquide aluminium and better chemical stability then AlN powder introduced to matrix by ex situ methods. During the liquid-phase process liquid-gas and liquid-solid reactions between aluminium and reacting substance containing nitride were realized. According to thermodynamically point of view, aluminium nitriding is an exothermic process and is quite energetically favourable throughout a wide range of temperatures. At 700° C, the process enthalpy for reaction amounts to - 658.99 kJ ź mol-1, while free enthalpy amounts to 215 kJ ź mol-1. The nitriding process is influenced by factors such as nitrogen's solubility in liquid aluminium and its alloys, passivation effect, reactivity of gases or gas mixtures used for the process (N2, NH3), alloying additions, reaction atmosphere, process temperature and pressure. Proper control of synthesis process leads to the formation expected reinforcement phases and they morphology. Presented results of researches concerning possibilities of obtaining ultrafine aluminium nitride particles via in situ reaction between liquid aluminium alloys (with 3% addition of Mg) and nitrogen gas in higher pressure (300 kPa). During 1 hour nitridation process at 1000°C the layer of reaction products was obtained, while the reaction was take 5 hours components react completely. Presence of Al-N system phases were confirmed by XRD and EDS analisys.

5

Determining the applicability of liquid alloy nitriding in fabrication of Al-AlN particle composites

Śleziona J., Dyzia M.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 3s

134--138

EN

One of the possible techniques of the fabrication of dispersion-hardened composites is by in situ reaction between the liquid alloy and gas. The study presents the results of the research on nitriding of liquid aluminium alloy containing Mg and Ti as alloying elements under the conditions of high pressure comprised in the range of 150-1000hPa at the temperature of up to 1100oC. It has been stated that under the applied conditions of the synthesis it is possible to obtain the AlN nitride, but it is formed on the liquid alloy surface and as a deposit on the surface of the crucible. Some results of the analysis of the phase constitution obtained in the fabricated products were presented along with the structure of these products.

6

Odlewane materiały kompozytowe

Lisica A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją

|

2004

|

Nr 1

27-33

PL

Materiały kompozytowe stanowią nową klasę materiałów konstrukcyjnych o coraz szerszym zastosowaniu we współczesnej technice. Pośród nich wyróżniają się kompozyty o osnowie metalowej, które mogą być stosowane w temperaturze znacznie wyższej niż inne materiały tej klasy. Szczególnie interesujące są odlewane materiały kompozytowe, zwane kompozytami in situ. Podczas ich wytwarzania nie występują skomplikowane stadia pośrednie odpowiedniego przygotowania elementów umacniających i łączenia ich z osnowa. Technologia otrzymywania takich materiałów polega na jednostopniowym procesie kierunkowego krzepnięcia stopów eutektycznych. Z literatury i badań własnych wynika, że właściwości kompozytów in situ mogą być dostosowywane do wymagań przez odpowiednie sterowanie parametrami procesu krystalizacji kierunkowej. Stąd ciekawe możliwości ich wykorzystania.

EN

Composite materials constitute a new class of construction materials that can be widely applied in contemporary technology. Among them, metal-matrix composites stand out since they can be applied in higher temperatures as compared with other materials in this class. However, composite casting materials, so-called in situ composites, are particularly interesting. Their manufacture process eliminates complicated intermediate stages concerning the appropriate preparation of strengthening elements and joining them with a matrix. The technology of obtaining such materials consists in a single-stage process of the directional solidification of cutectic alloys. Literature and own research have proved that the properties of in situ composites may be adjusted according to requirements by the appropriate control of variables in the process of directional crystallisation. Hence, they may be used in a number of interesting ways.

7

Wpływ temperatury prasowania na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytu zawierającego aluminidki żelaza

Olszówka-Myalska A., Konopka K., Przeliorz R.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 12

359-362

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury jednoosiowego prasowania w zakresie 560-630°C na mikrostrukturę kompozytu otrzymanego z mieszaniny proszków Al i Fe oraz takie właściwości, jak: gęstość, twardość, moduł Younga E oraz moduł Kirchhoffa G. Metodą SEM stwierdzono transformację proszku żelaza w aluminidek żelaza w wyniku prasowania na gorąco. Morfologia aluminidku żelaza była zależna od temperatury prasowania - w materiałach prasowanych w zakresie 560-600°C cząstki charakteryzowała budowa zwarta, a w materiałach prasowanych w zakresie 620-630°C zdyspergowana. Stwierdzono wzrost gęstości, twardości i modułów E i G w funkcji temperatury prasowania.

EN

The composite sinters obtained from aluminium powder (Fig. 1a) and iron powder (Fig. 1b) mixture as a result of hot pressing in vacuum in Degussa press at a temperature range 560-630°C were investigated. All sintered materials were obtained from the powders mixture of composition of Al 90 vol.% and Fe 10 vol.%. The pressure 15 MPa and sintering time 30 min were used. The results of differential thermal analyse (DTA) of a mixture of aluminium powder and iron powder showed interaction between components (Fig. 2) below aluminium melting point. Microstructure observation of a composite samples by SEM Hitachi-42008 showed in aluminium matrix the presence of iron aluminides particles formed as a result of interaction between iron powder and matrix (Figs. 3-6). Differences of particles microstructure were noticed. In materials hot pressed at a temperature range 560-600°C, the intermetallic particles were globular, with shape similar to the precursor iron powder, and they increased with a temperature increase. In materials hot pressed at a temperature of 620 and 630°C a new phase was disspersed. The experiment showed the possibility of in situ formation of iron aluminide with a different morphology in aluminium matrix composite. The increase of density, hardness, Young modulus E and Kirchhoff G modulus with hot pressing temperature was stated (Table 1).

8

Struktura odlewów odśrodkowych w kompozytach Al-FeOTiO2

Dolata-Grosz A., Śleziona J., Wieczorek J., Formanek B.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 10

164-169

PL

Kompozyty o osnowie aluminium z cząstkami międzymetalicznymi stanowią nową grupę materiałów konstrukcyjnych. Dotychczasowe metody wprowadzania drobnodyspersyjnych cząstek do ciekłego metalu polegają na wykorzystaniu reakcji in situ (reakcja wymiany, reakcja aluminotermiczna), zachodzącej pomiędzy ciekłym metalem a wprowadzanym reagentem (w postaci gazowej, ciekłej lub stałej). W opracowaniu przedstawiono badania wstępne nowej koncepcji technologicznej otrzymywania kompozytów wzmacnianych fazami międzymetalicznymi i ceramicznymi z udziałem ciekłej osnowy. Suspensję kompozytową cząstek złożonego tlenku żelazo-tytanu (ilmenitu - FeO TiO2) w ciekłym aluminium wytworzono metodą mechanicznego mieszania. Morfologię zastosowanych cząstek pokazano na rysunku 1. Następnie uzyskaną zawiesinę kompozytową odlano do wirującej formy metalowej, stosując metodę odlewania odśrodkowego z pionową osią obrotu. Uzyskane odlewy odśrodkowe poddano procesowi dwustopniowej syntezy. Schemat stanowiska do syntezy kompozytów pokazano na rysunku 2. Celem zrealizowanych badań była analiza struktury kompozytów na osnowie aluminium z cząstkami ilmenitu (FeO TiO2) o znanym składzie chemicznym (tab. 1). Badania metalograficzne wykonano dla próbek uzyskanych w procesie odlewania odśrodkowego, jak i po ich syntezie (rys. rys. 3 i 4). Na podstawie obserwacji struktury wytworzonych kompozytów oceniono równomierność rozłożenia fazy zbrojącej. Badania obejmowały również analizę składu fazowego materiału przed procesem syntezy (rys. 5a) oraz po syntezie (rys. 6b).

EN

Aluminium metal matrix composites with intermetailic particles are new group of constructional materials. The methods of incorporating fine dispersed particles into a liquid metal applied up to now, make use of the in situ reaction (eschange reaction, aluminothermal reaction) becomes between a liquid metal and the incorporated reacting substance (in gas, liquid or solid form). The new technological concept production of composites reinforcement intermetalic and ceramic fine dispersed phases with liquid matrix in this paper has been shown. The composite suspension of ilmenite powders (FeO TiO2) in liquid aluminium have been produced by stirring method together with centrifugal casting. In the next step used the two-stage high temperature synthesis. The scheme of installation for synthesis process have been presented in Figure 1. The aim of investigations was structural analysis for aluminium metal matrix composites with ilmenite particles about known chemical composition (Tab. 1). The morphology of ilmenite particles has been shown in Figure 1. The metallographic research used for cast composites after centrifugal casting and after synthesis process, too (Figs. 3, 4). One the basis of the structural observation results of composite fabrication the reinforcement of concentration phases has been assessment. During the research the phase's identification after centrifugal casting before synthesis (Fig. 5a) and after the two-stage high temperature synthesis (Fig. 6a) in composites has been performed. In composite the Al3Ti, Al3Fe and Al2O3 phases has been obtained (Fig. 6).

9

Kompozyty zbrojone fazami międzymetalicznymi wytwarzane metodą in situ z wykorzystaniem FeO x TiO2

Śleziona J., Dyzia M., Wieczorek J.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 8

402-406

PL

Kompozyty wytwarzane metodą in situ o osnowie aluminium stanowią nową grupę materiałów. Metody ich wytwarzania oparte są na wykorzystaniu reakcji aluminotermicznej zachodzącej pomiędzy aluminium i tlenkami metali. W pracy przedstawiono nową koncepcje technologiczną polegającą na wytworzeniu zawiesiny cząstek złożonego tlenku żelazotytanu--ilmenitu (FeO x TiO2) w ciekłym aluminium metodą mechanicznego mieszania. Parametry prowadzenia procesu syntezy ustalono w oparciu o wyniki badań termograwimetrycznych (rys. 2), które wykazały, że dla zastosowanego układu proces syntezy kompozytu można realizować w warunkach reakcji dyfuzyjnej i chemicznej. Skład kompozytu ustalono na podstawie obliczeń termodynamicznych, które wykazały, że dla warunków umożliwiających wytworzenie zawiesiny optymalny udział cząstek ilmenitu w stosunku do aluminium wynosi co najmniej 1:8 (udziały molowe) (rys. 1). Dla ustalonych warunków przeprowadzono proces syntezy kompozytu, w wyniku którego otrzymano kompozyt o składzie fazowym AI3Ti, Al3Fe, Al2O3} (rys. 6). Efekty realizacji procesu wytwarzania kompozytów na poszczególnych stadiach zilustrowano strukturami materiału (rys. rys. 3-5). Rysunek 3 pokazuje strukturę ilmenitu w osnowie aluminium bezpośrednio po procesie wytworzenia zawiesiny, rysunek 4 - strukturę po procesie wygrzewania w temperaturze 900°C (proces dyfuzyjny), a rysunek 5 - po dodatkowym procesie syntezy w temperaturze powyżej 1000°C. Po tych stadiach realizacji technologii materiały nie różnią się pod względem składu fazowego, jednakże morfologia faz jest różna. Korzystną morfologię faz otrzymuje się po procesie syntezy w 1000°C, gdyż synteza kompozytu w niższej temperaturze prowadzi do tworzenia skupisk faz międzymetalicznych i cząstek tlenku glinu w obszarze pierwotnie zajmowanym przez ilmenit.

EN

Composites obtained by in situ method are new group of materials. Their method of producing basis on the alumino-thermal reaction becomes between aluminium and metal oxides. The new technological concept consists of production of ceramics suspension of ilmenite powders in liquid aluminium by stirring method, and in the next step high temperature synthesis in this paper nas been shown. Parameters of high temperatures synthesis established basis on the results of thermo-gravimetrical research (Fig. 2). For applied system metal-oxide the synthesis of composite may be realized in diffusion and chemical reaction of condition. Constitution of composite has been determined on the results of thermodynamic calculation which show for condition make possible creation of suspension the optimal fraction of ilmenite particles in liquid aluminium minimum 1:8 (mole fraction) (Fig. 1). For settle condition the synthesis of composites has been made. In composite the Al3Ti, Al3Fe and Al2O3 phases has been obtained (Fig. 6). The structure of composite for each step of technology has been investigated (Figs. 3-5). Figurę 3 illustrates structure of ilmenite in aluminium matris after stirring process. Figure 4 illustrates structure of composite after treatment at 900°C (diffusion process) and Figure 5 after additionally process of synthesis above 1000°C. The phase constitution of composites after these technological treatments is similar, but phase morphology is different. Preferable morphology of composites gives synthesis at 1000°C. Synthesis of composites in Iow temperatures led to creation of agglomeration of intermetallic phases and particles of alumina in primary areas of ilmenite.