Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Trends in the development of high-aluminium zinc alloys of stable structure and properties

Krajewski W. K., Greer A. L., Krajewski P. K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 3

845--847

EN

The coposition and structural modification of high-aluminium zinc alloys influence their strenght, tribological properties and structural stability. In a series of studies, Zn - (25-26) wt.% Al - (1-2.5) wt.% Cu alloys have been doped with different levels of added Ti. The alloys’ structure and mechanical properties have been studied using: SEM (scanning electron microscopy), LM (light microscopy), Dilatometry, Pin-on-Disc wear and Strength measurements. Grain refinement leads to significant improvement of ductility in the binary Zn-25Al alloy. In the ternary alloys Zn-26Al-Cu, replacing a part of Cu with Ti allows dimensional changes to be reduced while preserving good tribological properties.

PL

Praca poświęcona jest badaniom wpływu modyfikacji składu i struktury wysokoaluminiowych odlewanych stopów cynku na ich właściwości wytrzymałościowe, tribologiczne oraz stabilność struktury i wymiarów. W badaniach stopy Zn - (25-26) mas% Al - (1-2.5) mas.% Cu domieszkowano zmiennym dodatkiem Ti. W badaniach stosowano techniki pomiarowe SEM (scanning electron microscopy), LM (light microscopy), badania dylatometryczne, badania ścieralności Pin-on-Disc oraz badania właściwości wytrzymałościowych. Stwierdzono, iż rozdrobnienie struktury pozwala uzyskać znaczący wzrost plastyczności stopów podwójnych typu Zn-25Al, podczas gdy zastąpienie tytanem części miedzi w stopach potrójnych Zn-26Al-Cu pozwala ograniczyć zmiany wymiarowe przy zachowaniu wysokich właściwości tribologicznych.

2

Nowoczesne materiały kompozytowe zastępujące tradycyjne materiały odlewnicze

Mierzwa P., Olejnik E., Janas A.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 1s

137--142

PL

W pracy przedstawiono możliwość przekształcenia klasycznych materiałów odlewniczych w kompozyty in situ. Materiały te znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, a szczególnie w przemyśle wydobywczym. Przekształcenie stopu klasycznego w materiał kompozytowy, wpływa wyraźnie na poprawę jego właściwości mechanicznych. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano nowy materiał inżynierski, który wytworzono metodą syntezy objętościowej z wykorzystaniem reakcji SHSB. Zastosowana metoda pozwala umocnić klasyczne materiały odlewnicze zarówno lokalnie, jak również objętościowo. Umocnienie to polega na syntezie cząstek ceramicznych w kąpieli metalowej, bezpośrednio w jednoetapowym procesie odlewniczym. Materiałem wyjściowym do badań było staliwo manganowe, które w wyniku przeprowadzonej reakcji syntezy, przekształcono w kompozyt typu MMCs. Fazą wzmacniającą nowego materiału były ceramiczne cząstki węglika tytanu. Prezentowane w niniejszej pracy wyniki, wskazują na znaczną poprawę zarówno właściwości mechanicznych, jak i użytkowych otrzymanego materiału kompozytowego, dotyczy to takich parametrów, jak twardości i odporności na ścieranie.

EN

The study presents an opportunity to transform the traditional casting materials into in situ composites, the latter ones being currently used on a growing scale in various sectors of the industry, especially in the extractive industries. The transformation of standard alloy into a composite considerably improves the mechanical properties. As a result of the experiment, a new engineering material was produced by the method of bulk synthesis and an SHSB reaction. The method enables hardening of the traditional casting materials, both locally and in the whole volume of the material. The hardening is obtained by the synthesis of ceramic particles in a metal bath, directly in a one-step casting process. The starting material for research was cast manganese steel which, as a result of the reaction of synthesis, was converted into an MMCs type composite. The reinforcing phase in the new material were ceramic particles of titanium carbide. The results presented in this paper show a significant improvement in both mechanical and performance properties of the composite material obtained, this also applying to parameters such as hardness and abrasive wear resistance.

3

Synthesis of Ni3Al composites reinforced by TiC, WC, ZrC, NbC, TaC - carbide particles

Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

114-119

EN

Metal matrix composites (MMCs) dispersion hardened with particles are a product of modern and advanced technology. The functional properties of these materials depend on the type, size and volume fraction of the particles of the reinforcing phase, on the type of matrix, and on the method of fabrication. This study describes composite materials based on nickel aluminide Ni3Al reinforced with ceramic particles of the carbides of metals such as W, Ti, Nb, Zr, and Ta, fabricated by the "in situ" SHSB method patented by the Faculty of Foundry Engineering, AGH University of Science and Technology. The most serious drawbacks of the commonly applied "ex situ" methods are microporosity, gravity segregation, and poor wettability of the particles by the liquid metal matrix. All these drawbacks can be avoided when the "in situ" method is applied. In this paper, the selected method was the "in situ" synthesis of the carbides of titanium, tungsten, zirconium, niobium and tantalum by a spontaneous exothermic reaction taking place in an Ni3Al alloy melt. The selection of the intermetallic compound Ni3Al as the composite matrix was dictated, among others, by its ability to become plastic, and by its high resistance to oxidation in a wide range of temperatures, combined with the high resistance to creep and tribological wear. The particles of TiC, WC, ZrC, NbC, and TaC were selected as the reinforcement of the composites. The techniques used in the investigation microstructures of the experimental materials included scanning microscopy and X-ray microanalysis.

PL

Kompozyty o osnowie metalowej (MMCs) umacniane dyspersyjnymi cząstkami są wytworem nowoczesnej technologii. Właściwości użytkowe tych materiałów zależą od typu, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy zbrojącej, od doboru osnowy oraz od metody ich wytwarzania. Prezentowana praca przedstawia opis materiałów kompozytowych na osnowie aluminidu niklu Ni3Al, umacnianego cząstkami ceramicznymi węglików takich metali, jak W, Ti, Nb, Zr i Ta, wytworzonych metodą "in situ" SHSB opatentowaną na Wydziale Odlewnictwa AGH. Największymi wadami powszechnie stosowanej metody "ex situ" są: mikroporowatość kompozytów, segregacja grawitacyjna oraz zła zwilżalność cząstek przez ciekłą osnowę metaliczną. Wad tych można uniknąć, stosując wybraną w niniejszej pracy metodę "in situ" syntezy węglików tytanu, wolframu, cyrkonu, niobu i tantalu drogą samorzutnej reakcji egzotermicznej w kąpieli stopu Ni3Al. Wybór jako osnowy związku międzymetalicznego Ni3Al podyktowany był między innymi możliwością jego uplastycznienia, wysoką odpornością na utlenianie w szerokim zakresie temperatur, a także wysoką odpornością na pełzanie i zużycie trybologiczne. Jako umocnienie kompozytów wybrano cząstki następujących węglików: TiC, WC, ZrC, NbC oraz TaC. Do badań strukturalnych otrzymanych materiałów wykorzystano metody mikroskopii skaningowej oraz mikroanalizy rentgenowskiej.

4

Effect of solidification conditions on microstructure of Ni3Al/C composite

Janas A., Olejnik E., Kolbus A., Kmita A.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 3

220-224

EN

The influence of the solidification conditions on the microstructure of an Ni3Al/C composite, i.e. an engineering material in which the role of a lubricating phase, usually performed by reinforcing phases, is played by carbon, has been studied. When proper conditions are observed, a nickel-aluminium alloy composed in 87 wt. % of nickel and in 13 wt. % of aluminium, containing moreover carbon in an amount of 2.5 wt. %, forms in the solidification process a natural Ni3Al/C "in situ" composite. The composite matrix is nickel aluminide characterised by very interesting functional properties, particularly high strength at elevated temperatures. An inspiration to these studies was the surprisingly similar microstructure observed in different types of cast iron and in the fundamentally different, in regard to chemical composition, structure and microstructure, nickel - aluminium alloy. The aim of the present study was to evaluate the effect of the solidification conditions on the shape of the precipitates of graphite particles. The morphologies of the graphite phases were examined and their chemical composition was determined.

PL

W pracy przedstawiono wpływ warunków krystalizacji na mikrostrukturę kompozytu Ni3Al/C. W materiale tym osnowę stanowi aluminid niklu Ni3Al wykazujący atrakcyjne właściwości wytrzymałościowe w wysokich temperaturach, a fazą smarującą jest grafit. Do wytworzenia osnowy kompozytu wykorzystano nikiel i aluminium o udziale atomowym odpowiadającym stechiometrii fazy Ni3Al. Wytopy prowadzono w piecu próżniowym w atmosferze argonu. Fazę smarującą otrzymano wprowadzając do ciekłego stopu 2.5% wagowych grafitu. W celu zapewnienia różnych warunków krystalizacji przygotowane stopy odlewano do różnych form, tj. molochitowej, kokili chłodzonej na powietrzu, kokili chłodzonej ciekłym azotem. Jeden ze stopów pozostawiono w tyglu w celu uzyskania bardzo wolnej krystalizacji. Proces krzepnięcia stopów rejestrowano, wykorzystując standardową analizę termiczną. Przeprowadzone badania metalograficzne wykazały obecność w mikrostrukturze wydzieleń grafitu płatkowego i sferoidalnego oraz ich kombinacji. W przypadku dużych prędkości krystalizacji 25 i 100 K/s obserwowano w mikrostrukturze przewagę grafitu kulkowego. Mała prędkość chłodzenia 1 i 5 K/s sprzyjała krystalizacji grafitu płatkowego. Zaobserwowano również występowanie typowej eutektyki grafitowej przy prędkości 15 K/s.

5

The composition of reaction substrates for TiC carbides synthesis and its influence on the thickness of iron casting composite layer

Olejnik E., Janas A., Kolbus A., Sikora G.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

165--168

EN

The effect of reaction substrates for the TiC carbide synthesis on the composite layer thickness produced in cast iron was examined. It was found that, at a constant weight of the charge amounting to 0.5 kg, changing the weight of the, placed in mould, stoichiometric mixture of titanium carbide (from 0.01 to 0.04 kg) changed the thickness of the composite layer from 1 to 15 mm. Carbides synthesis starts directly in mould induced by the temperature of molten alloy poured into this mould (1700 K). The TiC carbides formed in this reaction are later, i.e. during alloy solidification, acting as a base composite material. The size of TiC carbides obtained in the synthesis is from 1 to 10 μm. They occur in the layers as locally compact and coagulated forms. Microstructure, chemical composition and structure of the obtained materials were tested by scanning electron microscopy (SEM), X-ray microanalysis (EDS), and X-ray diffraction (XRD).

6

Fabrication of in situ composite layer on cast steel

Fraś E., Olejnik E., Janas A., Kolbus A.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 1 spec.

175--180

EN

The study describes the technology of fabrication of composite layers in cast steel reinforced with titanium carbides. In the process under discussion, the reinforcing TiC phase is formed in situ from the substrates deposited on mould cavity, where the said substrates under the effect of heat supplied by molten metal poured into mould (1823K) undergo a synthesis in the SHS reaction. An outcome of this process is the formation, within the casting surface, of a layer from 550 to 1200μm thick. Carbides produced in this synthesis have the size from 0,5 to 20μm and a non-typical spheroidal shape. The hardness of the produced layer examined in function of the distance from the casting surface is from 700 to 1134 HV, and is determined by volume fraction of the reinforcing TiC phase. To better document the type of microstructure obtained in the produced material, metallographic and structural examinations were carried out using the method of scanning electron microscopy (SEM), X-ray microanalysis (EDS/EDX), and phase analysis (XRD). To check the mechanical properties of the examined material, hardness was measured by the Vickers test.

7

Synthesis and evaluation of the structure of Ni3Al/C alloy

Kmita A., Janas A., Hutera B.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2009

|

Vol. 35, no. 2

147-154

EN

The article specifies a method used for the manufacture of a new Ni-Al-C alloy with the description of alloy microstructure. When proper conditions are maintained, the said alloy after solidification forms a natural "in situ" Ni3Al/C composite. Particular attention was paid to the process of synthesis of Ni3Al phase by the technique of cost-effective melting and to the process of the formation of different graphite forms after the solidification in ceramic mould of casting characterised by different wall cross-sections, and hence by different heat transfer rates. Metallographic examinations were carried out by the commonly used techniques and by scanning electron microscopy. The use of the latter enabled the determination of the chemical composition of phases formed during casting process. The aim of the present studies was to evaluate the microstructure of this unique alloy. The phase morphologies were examined and their chemical composition was determined. These fundamental studies should enable the determination of conditions under which the graphite eutectic is formed in Ni-Al alloy and, as a consequence, the synthesis of Ni3Al/C composite.

PL

W prezentowanym artykule przedstawiono metodę otrzymywania nowego stopu Ni-Al-C oraz opisano jego mikrostrukturę. Przy zachowaniu odpowiednich warunków stop ten, po procesie krystalizacji, tworzy naturalny kompozyt ,,in situ" Ni3Al/C. Zwrócono szczególną uwagę na proces syntezy fazy Ni3Al metodą OPW (oszczędnościowego procesu wytopu) i tworzenia się różnych form grafitu po procesie krystalizacji w formie ceramicznej, przy różnych grubościach odlewu, co za tym idzie, przy różnych prędkościach odprowadzenia ciepła. Do badań metaloznawczych wykorzystano tradycyjne metody metalograficzne oraz badania z wykorzystaniem mikroskopu skaningowego. Zastosowanie tego ostatniego umożliwiło określenie składu chemicznego faz, wytworzonych w procesie odlewniczym. Celem podjętych badań było dokonanie oceny mikrostruktury tego nietypowego stopu. Zbadano morfologię występujących faz i określono ich skład chemiczny. Te badania o charakterze podstawowym, pozwolą określić warunki powstawania eutektyki grafitowej w stopie Ni-Al, co w konsekwencji umożliwi syntezę kompozytu Ni3Al/C.

8

Effect of gas corrosion on the character of phase boundaries in Ni3Al / WC composite

Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Archives of Foundry Engineering

|

2009

|

Vol. 9, iss. 2

87-92

EN

In view of quite specific physico-chemical and performance properties, the composite based on an intermetallic Ni3Al compound reinforced with tungsten carbides (WC) was selected for investigations. The said composite is characterised by very good mechanical and tribological properties within a wide range of temperatures, combined with good corrosion resistance. In fabrication of the Ni3Al/WC composite, a modified variant of the SHS process was applied. It is the SHSB process, i.e. the Self-Propagating High-Temperature Synthesis in Bath. The said method enables obtaining pure products of reaction, unoxidised and free from the precipitates of alien phases. The main goal of this study has been determination of the susceptibility of the Ni3Al/WC composite to gas corrosion. To examine the microstructure and chemical composition of both the composite and the scale, the metallographic and structural examinations were made, using optical and scanning microscopy.

9

Cast in situ composites of Ni3Al / MeC type

Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Archives of Foundry Engineering

|

2009

|

Vol. 9, iss. 2

81-86

EN

In this work a new method SHSB (Self- Propagating High-Temperature Synthesis in Bath) has been used to produce of five new composites i.e.Ni3Al / TiC, Ni3Al / WC, Ni3Al / Zr, Ni3Al / NbC and Ni3Al /TaC (in the amount of carbides of 5% volume fraction.) The composites fabricated by the 'in situ' process, with the Ni3Al compound used as a matrix material and the reinforcement composed of Ti, W, Zr, Nb or Ta carbide particles were made. Fabrication of composites was carried out in Balzers vacuum furnace and conducted the process in the atmosphere of argon at a negative gas pressure of 0,5 MPa. After melting down of aluminium and completion of the exothermic reaction between mixing powder of carbon, aluminium, titanium or tungsten, zirconium, niobium and tantalum, boron in the form of Al-B 3% master alloy was introduced to alloy melt. From thus fabricated composites, the specimens were prepared for metallographic examinations, and scanning topographic analysis. It have been shown that the size of TiC and TaC particles was comprised in a range of up to 10 [...]. The NbC and ZrC carbides were characterised by the dimensions of up to 20 [...], while WC carbides were the largest (up to 80 [...].) In all the examined composites, the X-ray microanalysis revealed total absence of reaction products at the matrix reinforcing particle interface. The SHSB process eliminated the fundamental problem - reactivity of the matrix-particle system, observed in the ex situ methods .

10

Otrzymywanie AMCs w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków

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

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

8-14

PL

Przedstawiono koncepcję materiałowo-technologiczną otrzymywania i strukturę wybranych wielofazowych kompozytów aluminiowych wytworzonych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków. Strukturę stopów aluminium modyfikowano mieszaninami proszków kompozytowych, które w reakcji z aluminium umacniały osnowę fazami międzymetalicznymi i ceramicznymi. Jako nośnik faz zbrojących wykorzystano reaktywne proszki kompozytowe uzyskane w procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS). Morfologię i skład fazowy stosowanych proszków pokazano na rysunkach 1-4. Stosując metodę odlewniczą (mechanicznego mieszania), wytworzono kompozyty z heterofazowym umocnieniem w złożonych, reaktywnych układach: Al/FeAl-TiAl-Al2O3, Al/FeAl3-TiC-Al2O3, Al/NiCr-Cr3C2-TiC oraz Al/Fe(Cu)-TiC. Strukturę kompozytów scharakteryzowano metodami mikroskopii świetlnej i skaningowej, a skład fazowy i chemiczny umocnienia określono metodami dyfrakcji oraz spektroskopii rentgenowskiej. Otrzymane wyniki badań przedstawiono na rysunkach 5-8. Uzyskane odlewy charakteryzowały się złożoną strukturą faz o różnej morfologii i składzie chemicznym. Przeprowadzone badania wykazały, że połączenie procesów odlewania i wprowadzenia kompozytowego proszku o zadanym składzie chemicznym jest efektywnym procesem wytwarzania kompozytów hybrydowych o zadanym wielofazowym umocnieniu i dyspersyjnej strukturze.

EN

Aluminium matrix composites (AMCs) have found applications in the aerospace, military, and especially in the automotive industries. The literature review showed that the most of studies were concentrated on an aluminium matrix composites with SiC and Al2O3 hard particles reinforcement. During recent years, the articles appeared concerning capability fabricate and employment of other, dispersion reinforcing particles like: TiC, ZrC, B4C, Cr3C2 or TiB2 and intermetallic phases. The basic technologies used for manufacturing of these in situ composites are powder metallurgy methods (P/M) and casting techniques. These composites are characterized by high thermodynamic stability which counteracts the chemical reactions at the matrix/reinforcing particle border, and reduces the structure degradation during work at elevated temperatures. This paper presents the material and technological concepts related to obtaining selected multiphase aluminium composites produced in combined casting and powder metallurgy processes and their structures. The structure of aluminium alloys was modified with composite powder mixtures which in a reaction with aluminium reinforced the matrix with intermetallic and ceramic phases. As a carrier of reinforcing phases, reactive composite powders were used, obtained in a self-propagating high-temperature synthesis (SHS). The morphology and phase composition of the powders applied are shown in Figures 1-4. By applying a casting method (mechanical stirring), composites with heterophase reinforcement were fabricated, in complex reactive systems: Al/FeAl-TiAl-Al2O3, AI/FeAI3-TiC-Al2O3, Al/NiCr-Cr3C2-TiC and AI/Fe(Cu)-TiC. The structure of the composites was characterized by means of light and scanning microscopy methods, and the phase and chemical compositions of the reinforcement were identified by diffraction and X-ray spectroscopy methods. The examination results are presented in Figures 5-8. The casts obtained were characterized by complex phase structures of different morphologies and chemical compositions. The research carried out has shown that a combination of casting and introducing a composite powder of a defined chemical composition is an effective process which enables the production of hybrid composites of defined multiphase reinforcement and a dispersion structure.

11

Odlewane kompozyty „in situ” Ni3Al/MeC (Me-W, Zr)

Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 18/1

317--324

PL

Kompozyty o osnowie metalowej (MMCs), umacniane dyspersyjnymi cząstkami traktowane jako materiały zaawansowanej techniki są w centrum zainteresowania wielu ośrodków naukowo-badawczych. Wśród tych materiałów, interesującą i ważną grupę stanowią tzw. kompozyty „in situ” zwane także kompozytami drugiej generacji. W kompozytach „in situ” fazy wzmacniające powstają wskutek różnych reakcji przebiegających w ciekłym metalu, w jednym procesie metalurgicznym. Właściwości użytkowe tych materiałów zależą od typu, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy zbrojącej, rodzaju osnowy, oraz od metody ich wytwarzania. Zwykle osnową kompozytów metalowych są: czyste aluminium, magnez, tytan, kobalt, miedź bądź stopy tych metali. Jako fazy wzmacniające, stosuje się wysokotopliwe ceramiczne związki o dużej twardości, takie jak: węgliki, borki i azotki takich pierwiastków jak: tytan, hafn, wanad, wolfram, molibden, cyrkon lub niob. W pracy przedstawiono technologię wytwarzania nowej generacji odlewanych kompozytów in situ na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al, umacnianych węglikami cyrkonu i wolframu. Przeprowadzono badania strukturalne kompozytów oraz analizę kinetyki wzrostu cząstek fazy umacniającej, na przykładzie węglika wolframu. Na osnowę wybrano związek międzymetaliczny Ni3Al, uplastyczniony dodatkiem 0,05% wag.[1] boru, a jako fazę wzmacniającą zastosowano wysokotopliwe węgliki Zr i W, wygenerowane metodą SHSB [2]. Wybór jako osnowy fazy międzymetalicznej Ni3Al podyktowany został m.in. możliwością jej uplastycznienia mikrododatkiem boru oraz wysoką odpornością na utlenianie w szerokim zakresie temperatury, a także specyficzną cechą polegającą na wzroście właściwości wytrzymałościowych wraz ze wzrostem temperatury w zakresie 923-1123 K. Inne cechy charakterystyczne fazy Ni3Al, to wysoka odporność na pełzanie i zużycie trybologiczne, jak również podwyższona odporność na erozję kawitacyjną. Taki dobór materiału osnowy, gwarantuje dodatkowo uzyskanie korzystnego wskaźnika wytrzymałości względnej, Rm/ρ w kompozytach Ni3Al/MeC.

EN

Particulate-reinforced metal matrix composites are commonly considered to be the advanced materials of high technology, and as such are the main object of interest of numerous research and development centres. Among these materials, a very interesting and important group are the so called composites „in situ”, regarded as composites of the second generation. In composites „in situ” the reinforcing phases are created in one metallurgical process due to various reactions proceeding in molten metal. The useful properties of these materials depend on the type, size and volume fraction of the particles of the reinforcing phase, on the selected type of matrix material, and on the method of fabrication. In most cases, the matrix of metal composites is formed of the following materials: pure aluminium, magnesium, titanium, cobalt, copper, or respective alloys of these metals. As reinforcing phases are applied high-melting point and very hard particles of the ceramic compounds, like carbides, borides and nitrides of titanium, hafnium, vanadium, tungsten, molybdenum, zirconium, or niobium. In this paper a technology used to fabricate cast composites in situ of the new generation based on an intermetallic phase Ni3Al reinforced with carbides of both zirconium and tungsten has been described. The object of the presented research is a description of the composite structure and analysis of the kinetics of growth of the particles of a reinforcing phase, taking as an example tungsten carbide.

12

Granice międzyfazowe osnowa-cząstka wzmacniająca w wybranych kompozytach „in situ” i „ex situ”

Fraś E., Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 18/1

297--304

PL

Podczas wytwarzania kompozytów MMCs wzmocnionych cząstkami pojawiają się problemy optymalizacyjne związane z charakterem granic międzyfazowych osnowa-cząstka wzmacniająca, np. przy syntezie węglika tytanu w kompozytach „in situ” Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC powstają duże naprężenia wewnętrzne, wynikające z różnic w wielkości współczynników rozszerzalności termicznej i modułów sprężystości [1, 2]. Naprężenia te mają istotny wpływ na właściwości mechaniczne kompozytów [3, 4, 5]. Dodatkowy problem, to reaktywność układu cząstka-osnowa co zaobserwowano w kompozycie ZA27/NiAl. Mikrostruktura i właściwości granicy rozdziału faz w kompozytach Al/TiC i Al/TiB2 (wytworzonych metodą SHSB) [6] były przedmiotem badań przy zastosowaniu transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Badano naprężenia wewnętrzne osnowy w pobliżu cząstek TiC i TiB2. Wykorzystując mikroskopię skaningową i mikroanalizę rentgenowską określono niejednorodność składu chemicznego na granicy cząstka-osnowa dla kompozytów: Ni3Al/TiC (otrzymanego metodą SHSB), AlSi/SiC (otrzymanego metodą infiltracji samorzutnej) i ZA27/NiAl otrzymanego (metodą mieszania.)

EN

During fabrication of particulate-reinforced MMCs some problems may arise as regards the optimisation of matrix-particle interphase boundaries, e.g. during the synthesis of titanium carbide in Al/TiC, Al/TiB2, and Ni3Al/TiC composites "in situ" high internal stresses are formed as a result of differences in the coefficients of thermal expansion and moduli of elasticity [1, 2]. The stresses exert an important effect on the mechanical properties of composites [3, 4, 5]. The additional problem is a reactivity of the matrix-particle system, observed in the ZA27/NiAl composite. The microstructure and properties at the interphase boundaries in Al/TiC and Al/TiB2 composites (fabricated by the SHSB process) [6] were the object of research using transmission electron microscopy. The internal stresses in the matrix in the vicinity of TiC and TiB2 particles were examined. Applying scanning electron microscopy and X-ray microanalysis, the non-homogeneity of chemical composition at the matrix-particle interphase boundary was determined for the following composites: Ni3Al/TiC (fabricated by SHSB), AlSi/SiC (fabricated by spontaneous infiltration), and ZA27/NiAl (fabricated by stirring.)

13

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).

14

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).

15

Wpływ rodzaju fazy wzmacniającej na naprężenie płynięcia plastycznego wybranych kompozytów MMCs o osnowie aluminiowej

Fraś E., Kolbus A., Janas A.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

120-124

PL

Kompozyty z osnową aluminiową są bardzo atrakcyjnym materiałem konstrukcyjnym, który charakteryzuje się wysokimi właściwościami trybologicznymi i mechanicznymi w połączeniu z bardzo korzystnym stosunkiem wytrzymałości do gęstości. Właściwości użytkowe tych kompozytów zależą od rodzaju, wielkości i udziału objętościowego cząstek fazy wzmacniającej, a także od doboru osnowy oraz metody wytwarzania. Tradycyjną metodą otrzymuje się kompozyty MMCs w procesie ex situ przez przygotowanie w odrębnym procesie fazy zbrojącej, którą następnie wprowadza się do materiału osnowy np. metodą mieszania. W procesie in situ faza wzmacniająca powstaje w wyniku reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy składnikami stopu w ciekłej kąpieli metalowej. Wybrano zmodyfikowany wariant metody SHS, tj. proces SHSB - samorzutnej egzotermicznej syntezy wewnątrz kąpieli metalowej [1, 2]. Metoda ta została zastosowana do otrzymania w procesie in situ kompozytów Al+TiC oraz Al+TiB2. Z czystych sproszkowanych materiałów - tytanu, aluminium, boru oraz węgla wykonano brykiety o stechiometrycznym składzie, zapewniającym możliwość zajścia syntezy odpowiednio TiC oraz TiB2. Brykiety te wprowadzano następnie do ciekłego stopu. Syntezę kompozytów zrealizowano w próżni, a gotowe materiały zostały odlane do stalowej kokili. W drugiej części eksperymentu przygotowano klasyczne kompozyty ex situ typu DURALCAN z cząstkami umacniającymi SiC. Z tak wykonanych odlewów kompozytów wycięto próbki do badań metalograficznych, strukturalnych i wytrzymałościowych. Wykonano badania rentgenostrukturalne oraz badania wytrzymałościowe, stosując izotermiczną próbę ściskania zarówno w temperaturze 293 K, jak i podwyższonej 623 K. Na podstawie otrzymanych wyników wykazano, że kompozyty typu Al-t-TiC mają wyższe właściwości wytrzymałościowe w porównaniu z kompozytami typu DURALCAN oraz Al+TiB2.

EN

Aluminium-based metal matrix composites are a very attractive material for constructions, characterised by high tribological and mechanical properties, effectively combined with a very advantageous strength-to-density ratio. The utilisation properties of these composites depend on the type, size and volume fraction of particles of a reinforcing phase, and also on the choice of the matrix type and the method of fabrication. In a traditional way, MMCs arc fabricated by an ex situ process, i.e. preparing in a separate process the reinforcing phase, which is next introduced to the composite matrix by, e.g., mixing. In the in situ process, the reinforcing phase is formed as a result of chemical reactions which proceed between the alloy constituents in metal bath. An improved variant of the SHS process has been selected, i.e. the SHSB process - self-propagating high temperature synthesis in metal bath [1, 2]. The method has been applied in fabrication of in situ AI+TiC and Al+TiB2 composites. From pure powdered materials, like titanium, aluminium, boron and carbon, briquettes of stochiometric composition, ensuring the synthesis of TiC and TiB2, respectively, were prepared. The briquettes were next introduced to molten alloy. The composite synthesis was performed in vacuum; the ready materials were cast in a steel die. In the second part of the experiment, the traditional, DURALCAN type, ex situ composites reinforced by SiC particles were fabricated. From thus prepared composite castings, specimens were cut out for metallographic and structural examinations, and for mechanical testing. The structure was examined by X-raying; the mechanical properties were tested in isothermal compression test at both standard temperature of 293 K and elevated temperature of 623 K. Basing on the obtained results it has been proved that Al+TiC composites arc characterised by mechanical properties higher than the DURALCAN type composites and AI+TiB2 composites.

16

Odlewany kompozyt Ni3Al/TiC - struktura i właściwości wytrzymałościowe

Fraś E., Janas A., Kurtyka P., Wierzbiński S.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

136-141

PL

Przedstawiono wyniki badań związane z opracowaniem metody syntezy kompozytu in situ Ni3Al/TiC oraz oceną właściwości wytrzymałościowych na podstawie wyników prób ściskania i rozciągania prowadzonych w temperaturach otoczenia i podwyższonej. Zoptymalizowano oszczędnościowy proces wytapiania (OPW) stopów na osnowie fazy Ni3Al z wykorzystaniem egzotermicznej reakcji pomiędzy aluminium i niklem. Wykazano, że metoda OPW umożliwia syntezę kompozytu na osnowie związku międzymetalicznego Ni3Al. Badaniami objęto stopy na osnowie fazy Ni3Al z dodatkiem 0,05% wag. boru. Metodą SHSB wytworzono w uplastycznionej borem osnowie węgliki tytanu, których udział objętościowy wynosił 5%. Wykonano badania mikrostrukturalne i rentgenowskie kompozytu Ni3Al/TiC. Porównano właściwości wytrzymałościowe uplastycznionej osnowy Ni3Al oraz kompozytu Ni3Al/TiC. Przeprowadzone badania wykazały, że międzymetaliczną fazę Ni3Al z dodatkiem boru można przekształcić w kompozyt in situ, charakteryzujący się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi zarówno w temperaturze otoczenia, jak i podwyższonej, przy zachowaniu zadowalającej plastyczności. Wytworzony opisaną metodą kompozyt stanowić może interesujący materiał konstrukcyjny przeznaczony do pracy w podwyższonych temperaturach.

EN

The study presents the results of investigation concerning the development of a method of in situ synthesis of Ni3Al/TiC composite and the strength properties examined in compression and tensile tests at ambient and high temperatures. An OWP-Exomelt cost-saving melting process, using an exothermal reaction between aluminium and nickel, was optimised for Ni3Al-based alloys. It has been proved that OWP enables the synthesis of composite materials based on an intermetallic Ni3Al compound. The research covered Ni3Al phase-based alloys, containing boron in an amount of 0.05% by weight. Using a SHSB technique, titanium carbides in the amount of 5 wt.% were produced in the boron-treated base material. Microstructural and X-Ray examinations were carried out on the fabricated Ni3Al/TiC composite. The strength properties of the Ni3Al base material were compared with the strength properties of composite. The investigation has proved that the intermetallic, boron-containing phase of Ni3Al can be transformed into in situ composite characterised by good strength properties at ambient and high temperatures, preserving additionally satisfactory plastic properties. The composite can be a valuable material for constructions for high temperature applications.

17

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.

18

Wykorzystanie metody zawiesinowej w procesie wytwarzania kompozytów in situ w układzie aluminium tlenek żelazo-tytanu

Śleziona J., Dyzia M., Wieczorek J.

Archiwum Odlewnictwa

|

2003

|

R. 3, nr 10

163--168

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. Proces wytwarzania kompozytu zrealizowano w dwóch etapach. Zaprezentowano wyniki rentgenowskiej analizy fazowej i mikrostrukturę otrzymanych materiałów.

EN

In work the method of production aluminum matrix composites (AMMC) was presented, in which reinforcement phase Al2O3 forms into thermite reaction between of liquid aluminum and introduced iron-titanium oxide (ilmenite). Composite suspension using method of mechanical stirring were produced. Composites ingots in the next steep were synthesized at two stages at temperature 700ºC/1h and 1000ºC/1h. In structure of received material by RDX and SEM EDX methods the presence of phases Al2O3 as well as Al3Fe and Al3Ti were affirmed.

19

Porównanie niektórych właściwości mechanicznych kompozytów ex situ typu Duralcan z kompozytami in situ Al-TiC

Fraś E., Kolbus A., Janas A.

Kompozyty

|

2002

|

R. 2, nr 4

176-179

PL

W pracy opisano metodę in situ otrzymywania kompozytów AI-TiC o udziale objętościowym TiC 5% oraz 10%, ich strukturę oraz wyniki badań rentgenograficznych i mechanicznych, które następnie porównano z analogicznymi badaniami właściwości kompozytu Duralcan, zawierającego 5 i 10% cząstek SiC.

EN

Aluminium - based composites reinforced with particles of alien phases (MMCs) are considered products of the advanced technology. The service properties of MMCs can be controlled through changes in the type, content and dimension of reinforcing particles. In the case of MMCs based on aluminium alloys, the reinforcing particles used are most often carbides TiC, SiC, ZrC, oxides Al2O3, TiO2, MgO, ZrO2, nitrides BN, TiN, Si3N3 and borides TiB2, ZrB2,SiB2. In conventional route MMCs are fabricated by the ex situ methods, where the reinforcing phases are introduced to the metal bath by e.g. vortex process. A new interesting method of making composites is in situ process, where the reinforcing phases are produced directly in liquid metal as a result of the chemical reaction proceeding therein. In the in situ process it is possible to create a reinforcing phase nucleating in the metal bath, which ensures an excellent contact between this phase and the matrix enhanced by the phenomenon of a wettability of that phase by liquid alloy. In this paper the SHSB method of fabrication of the in situ composites Al-TiC was applied. The investigation was carried out on powdered titanium, aluminium and carbon of which after making the blend homogeneous and squeezed, briquettes of stoichiometric composition ensuring proper condition for the synthesis of TiC were formed. The synthesis of the composites was performed in a Balzers vacuum furnace, under argon protective atmosphere. After the exothermic reaction had taken place in the briquette and a suspension of TiC in aluminium alloys had been formed, the material was cast into steel mould. From the obtained castings, samples were taken for metallographic, structural and mechanical tests. In the second part of the experiment the Duralcan-SiC alloys were preparated. The X-ray examinations have revealed the presence of carbides TiC and Al3Ti in the AI-TiC alloys (Fig. 1a), and carbides SiC and Al4C3 in the Duralcan-SiC alloys (Fig. 1b). The structures of these two alloys are presented in Figure 2. Finally, the mechanical tests based on the test of isothermal sgueezing at temperature 293 K were performed (Figs 3 and 4). The results of this tests showed the AI-TiC MMCs have higher strenght compared with the Duralcan-SiC composites (Fig. 5).

20

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.