Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wear resistance of composites with Mg–Zn–RE–Zr alloy matrix and open-celled carbon foam

Godzierz Marcin, Olszówka-Myalska Anita, Wrześniowski Patryk

Inżynieria Materiałowa

|

2019

|

Vol. 40, nr 2

46--52

EN

In this article, a magnesium matrix composite, reinforced with open-celled carbon foam and fabricated by pressure infiltration method, was examined. The main problem analysed was the usefulness of two commercial magnesium alloys RZ5 and ZRE1 as matrices in terms of composite tribological properties. Results of composite microstructure examinations by LM and SEM with EDS, porosity and hardness measurements were presented, and wear resistance in a dry friction conditions was characterized by a pin–on–disc method. The friction coefficient, the mass loss of sample and cast iron countersample, and wear trace depth were measured, as well as the mechanism of wear was examined by SEM observations of the wear traces. Obtained results show good infiltration of open-celled carbon foam and microstructural effects at an interface similar to the particulate and fibrous composites of C–Mg systems. Differences in wear resistance, dependent on applied matrix alloy, were revealed, and the ZRE1 magnesium alloy was indicated as more favourable, due to a composite lower friction coefficient, less mass lost, and wear trace depth. The wear of open-celled carbon foam was regular and without cracks in the reinforcement, fragmentation, or pulling out.

PL

Kompozyty z osnową ze stopów lekkich, głównie aluminium, zbrojone otwartokomórkowymi pianami ceramicznymi, najczęściej z Al2O3, są obecnie przedmiotem prac o charakterze technologicznym i poznawczym. Takie rozwiązanie pozwala uniknąć segregacji zbrojenia, co może mieć miejsce w przypadku aplikacji w kompozytach metalowych cząstek bądź włókien. Jednak oprócz znanej kwestii oddziaływania fizykochemicznego metal–zbrojenie pojawia się nowy problem technologiczny — prawidłowa infiltracja piany metalem. Obydwa zagadnienia są bezpośrednio związane z doborem składu chemicznego stopu, gdyż stopy przydatne jako samodzielne tworzywo konstrukcyjne mogą być w kompozytach zupełnie nieużyteczne. W artykule zaprezentowano nowy materiał kompozytowy, w którym zbrojenie stanowiła otwartokomórkowa piana węglowa (Cof), a osnowę dwa konwencjonalne, odlewnicze stopy magnezu RZ5 i ZRE1 zawierające metale ziem rzadkich RE. Rolą komponentu węglowego w takim materiale, podobnie jak w przypadku aplikacji cząstek węgla szklistego i włókien węglowych krótkich, jest m.in. zmiana właściwości tribologicznych. Celem pracy była charakterystyka wytworzonego w Politechnice Śląskiej metodą infiltracji ciśnieniowej kompozytu zawierającego otwartokomórkową pianę węglową o takiej samej geometrii i dwa różne stopy osnowy z układu Mg–Zn–RE–Zr. Charakterystyka objęła głównie mikrostrukturę i badania tribologiczne w warunkach tarcia suchego. Na jej podstawie wskazano, który spośród zastosowanych stopów jest korzystniejszy z punktu widzenia zużycia kompozytu.

2

Influence of casting procedure on wear of magnesium matrix composites reinforced with carbon open-celled foam

Godzierz Marcin, Olszówka-Myalska Anita

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

64--70

EN

In this article the characteristics of the macrostructure, microstructure (LM, SEM) and selected properties of magnesium matrix composites reinforced with carbon open-celled foam with a porosity of 10 ppi, obtained by two casting techniques - gravity casting and pressure infiltration, were presented. The open porosity and hardness of the composites were determined. Tribological examinations in dry friction conditions were performed by the pin-on-disc method, and the coefficient of friction, weight loss of the sample as well as the cast iron countersample were determined, and the wear trace was characterized. Observations of the examined material surfaces after friction tests were conducted by SEM. In comparison to the gravity cast composite, a lower porosity, higher hardness and finer magnesium matrix size were found for the pressure infiltrated composite. The impact of the casting technique also concerned the tribological properties. Both the composites exhibited a lower coefficient of friction in comparison to pure magnesium, but for the pressure infiltrated composite the coefficient of friction, weight loss of the sample and countersample, as well as the depth of the wear trace were the lowest. Moreover, after the friction tests, different effects were observed on the surfaces. In the gravity cast composite the carbon component cracked and separated from the matrix, in contrast to the pressure infiltrated composite where uniform wear was observed while maintaining continuous bonding with the matrix, which explains the differences in the tribological properties.

PL

Scharakteryzowano makrostrukturę, mikrostrukturę (LM, SEM) i wybrane właściwości kompozytu na osnowie technicznie czystego magnezu zbrojonego otwartokomórkową pianą węglową o porowatości 10 ppi, otrzymanego dwiema metodami - odlewania grawitacyjnego oraz infiltracji ciśnieniowej. Określono porowatość i twardość kompozytów. Przeprowadzono badania tribologiczne w warunkach tarcia na sucho metodą pin-on-disc i wyznaczono współczynnik tarcia, ubytek masy próbki i przeciwpróbki żeliwnej oraz scharakteryzowano ślad wytarcia. Powierzchnie kompozytów po badaniach tribologicznych scharakteryzowano metodą SEM. Wykazano mniejszą porowatość, większą twardość i mniejsze ziarna osnowy magnezowej kompozytu otrzymanego metodą infiltracji ciśnieniowej w porównaniu z odlewnym grawitacyjnie. Wpływ techniki odlewania dotyczył również właściwości tribologicznych. Obydwa kompozyty charakteryzował mniejszy współczynnik tarcia w porównaniu z próbką referencyjną z materiału osnowy, ale dla kompozytu otrzymanego metodą infiltracji ciśnieniowej ten współczynnik, ubytki masy i głębokość śladu wytarcia były najmniejsze. Ponadto obserwowano różnice na powierzchni wytarcia, komponent węglowy ulegał wykruszeniu w przypadku materiału otrzymanego metodą odlewnia grawitacyjnego, a w infiltrowanym ciśnieniowo następowało jego równomierne zużycie przy zachowaniu ciągłego połączenia z osnową, co tłumaczy różne parametry tribologiczne.

3

Microstructural corrosion effects on carbon foam-AZ31 magnesium matrix composite surface

Godzierz M., Olszówka-Myalska A.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 3

133--139

EN

In the article, a new composite was studied as a potential biomaterial. The effects of the interaction of distilled water with the polished surface of an AZ31 magnesium matrix composite reinforced with open-celled glassy carbon foam fabricated by the pressure infiltration method were investigated. The experiment was conducted in the time range of 1 minute - 4 hours and the microstructure was examined by scanning electron microscopy. In the initial unetched material, at the glassy carbonmetal interface, a zone of needle-like phases was detected. After a 1÷10 minute interaction with the water, disintegration of that zone was revealed and that type of material degradation proceeded deeper into the composite as the time increased. Another type of corrosion was observed in microareas of the magnesium alloy matrix, but only after approx. 1 hour when corrosion pits were recorded. The results of X-ray mapping showed an increase in the oxygen concentration in both types of corrosion products, but the reason for the corrosion in the region between the carbon foam and the AZ31 matrix is degradation of the hydrophilic aluminium based carbide phases, while in the composite matrix, typical electrochemical corrosion of magnesium occurred.

PL

Odporność korozyjna magnezu i jego stopów, w tym AZ31 w środowisku wodnym jest słaba i materiały te stosowane są na bioresorbowalne implanty. Wprowadzenie do magnezu otwartokomórkowych pian węglowych pozwala uzyskać materiał zawierający dwa biozgodne komponenty o różnej odporności korozyjnej i tym samym kompozyt ulegający selektywnej korozji. Potencjalnie powinno to ułatwić wrastanie tkanek pomiędzy węglowy szkielet, który znacznie później sam ulegnie resorpcji. W pracy przedstawiono wyniki badań wstępnych oddziaływania wody destylowanej na mikrostrukturę kompozytu z osnową ze stopu AZ31, zawierającego otwartokomórkową pianę węglową (Cof) firmy Duocel 100 ppi o porowatości 97%, charakteryzującą się wstęgową budową ścian (RVC). Kompozyt wytworzono metodą infiltracji ciśnieniowej w atmosferze próżni, zgodnie z autorska procedurą. Metodą SEM z EDS charakteryzowano mikrostrukturę wypolerowanej powierzchni kompozytu w stanie wyjściowym i poddanej oddziaływaniu wody destylowanej w czasie od 1 minuty do 4 godzin. Wykazano występowanie dwóch mechanizmów degradacji mikrostruktury wynikających z oddziaływania wody destylowanej z kompozytem. Jeden, charakterystyczny dla stopów magnezu, wystąpił po 1 godzinie ekspozycji. Polegał on na powstawaniu na mikroobszarach osnowy niewielkich początkowo narostów produktów korozji, które z czasem całkowicie pokryły stop magnezu. Drugi obserwowany efekt oddziaływania dotyczył strefy połączenia metal-węgiel szklisty i ujawnił się po bardzo krótkim czasie. Występujące na granicy rozdziału iglaste fazy, zidentyfikowane pośrednio jako węglikowe zawierające aluminium, ulegały postępującej destrukcji. Proces był widoczny w przedziale czasu 1 do 10 minut, po którym dalszych zmian na powierzchni nie obserwowano. Wykazały je dopiero obserwacje przekroju poprzecznego, wskazujące na postępowanie procesu degradacji w głąb materiału. Uzyskane wyniki potwierdziły selektywną korozję kompozytu, ale aplikacja stopu AZ31 wywołuje na granicy emisję produktów gazowych, co wskazuje na celowość użycia w charakterze osnowy innego stopu magnezu.

4

Structure of MMCs with SiC Particles after Gas-tungsten Arc Welding

Przełożyńska E., Braszczyńska-Malik K. N., Mróz M.

Archives of Foundry Engineering

|

2015

|

Vol. 15, iss. 4

65--68

EN

The gas-tungsten arc (GTA) welding behaviors of a magnesium matrix composite reinforced with SiC particles were examined in terms of microstructure characteristics and process efficiencies. This study focused on the effects of the GTAW process parameters (like welding current in the range of 100/200 A) on the size of the fusion zone (FZ). The analyses revealed the strong influence of the GTA welding process on the width and depth of the fusion zone and also on the refinement of the microstructure in the fusion zone. Additionally, the results of dendrite arm size (DAS) measurements were presented.

5

Possibilities of Fabricating Mg-Al-RE Cast Magnesium Matrix Composites Reinforced with Ti Particles

Przełożyńska E., Braszczyńska-Malik K. N.

Archives of Foundry Engineering

|

2015

|

Vol. 15, iss. 3 spec.

73--76

EN

The results of microstructure investigations of an experimental magnesium matrix composite reinforced with Ti particles are presented. The experimental Mg-5Al-5RE magnesium alloy was used as the matrix alloy. The examined composite was reinforced with 30 wt% titanium spherical particles. The investigated material was obtained by the stir-casting method. The microstructure of the fabricated composite was characterized by a uniform arrangement of the Ti particles within the magnesium matrix. No new phases (created due to reaction between the matrix and Ti particles) were revealed by XRD techniques.

6

Mechanical Properties and Microstructure of WE43 Magnesium Matrix Composite Reinforced SiC Particles

Rzychoń T., Dybowski B., Gryc A., Dudek M.

Archives of Foundry Engineering

|

2015

|

Vol. 15, iss. 1 spec.

99--102

EN

Magnesium alloys containing yttrium and neodymium are known to have high specific strength, good creep and corrosion resistance up to 250°C. The addition of ceramic particles strengthens the metal matrix composite resulting in better wear and creep resistance while maintaining good machinability. In the present study, WE43 magnesium matrix composite reinforced with SiC particles were fabricated by stir casting. The microstructure of the composite was investigated by optical microscopy, quantitative metallography, scanning electron microscope and XRD analysis. Microstructure characterization of WE43 MMC showed homogeneous reinforcement distribution and presence of the small amount of porosity at the interface. A thin layer consists of zirconium-rich particles was observed at the interface. In the microstructure, inclusions of the yttrium oxide were found. The presence of SiC particles assisted in improving hardness and in decreasing the ultimate tensile strength, yield tensile strength and elongation.

7

The influence of remelting parameters on Mg alloy/glassy carbon suspension stability

Olszówka-Myalska A.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

96--100

EN

The homogenous distribution of reinforcing phases in a liquid metal matrix determines the final properties of composite elements fabricated by the casting of a suspension. Ensuring not only a proper temperature and stirring conditions during suspension preparation, but also a relatively short time between the end of mixing and the start of suspension pouring into moulds is critical. In the article, investigations focused on the migration of glassy carbon particles (GCp) in two melted magnesium alloys, Mg3Al and Mg2ZnZrRE, were presented. The composites previously obtained by the stir casting method were remelted at the temperatures of 610, 640, 690 and 730°C (time 30, 60 and 90 min) and finally cooled at a temperature of 20°C. The particles segregation on the macro scale was analyzed on a longitudinal section of the obtained samples. It was revealed that both types of suspensions were stable at 610 and 640°C but at 690 and 730°C, a loss of stability was observed. In spite of the slightly less density of the glassy carbon than the applied magnesium alloys, the type of segregation was different and depended on the alloy chemical composition. In the suspension of Mg3Al-GCp, particle migration to the crucible top was observed only, while in the Mg2ZnZrRE-GCp suspension, two zones with a high particle concentration were formed, separated by a zone of pure metal.

PL

W procesach odlewania kompozytów z zawiesin jednorodność rozmieszczenia fazy zbrojącej w metalowej osnowie decyduje o powtarzalności właściwości wytwarzanych wyrobów. Wymusza to zapewnienie w procesie technologicznym nie tylko odpowiedniej temperatury suspensji i warunków jej mieszania, ale również kontroli czasu pomiędzy zaprzestaniem mieszania a odlaniem wyrobu. W artykule przedstawiono wyniki badań segregacji cząstek węgla szklistego(GCp) w dwóch stopach magnezu Mg3Al i Mg2ZnZrRE. Eksperyment przeprowadzony w warunkach laboratoryjnych obejmował przetop kompozytów uzyskanych wcześniej w warunkach przemysłowych metodą mechanicznego mieszania komponentów i odlewania grawitacyjnego suspensji do form stalowych. Próbki wygrzewano w temperaturze 610, 640, 690 i 730°C w czasie 30, 60 i 90 minut i schłodzono w temperaturze 20°C. Analizowano makrostrukturę przekrojów wzdłużnych pod względem segregacji cząstek. Wykazano stabilność obu suspensji w temperaturze 610 i 640°C oraz jej utratę w temperaturze 690 i 730°C. Charakter segregacji cząstek był różny i zależał od składu chemicznego stopu, pomimo tego, że w obu typach suspensji gęstość cząstek była nieznacznie mniejsza od gęstości stopów. W suspensji Mg3Al-GCp cząstki migrowały do góry tygla, a w suspensji Mg2ZnZrRE-GCp utworzyły dwie strefy u góry i na dole tygla, które rozdzielone były strefą metalu bez cząstek.

8

Fabrication of magnesium matrix composite with glassy carbon particles by pressure die casting

Olszówka-Myalska A., Myalski J., Wrzała K.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

101--105

EN

The preliminary results on the application of cold chamber pressure die casting for fabricating a magnesium matrix composite with glassy carbon particles were presented. For small-sized composite casts, processing a suspension obtained by remelting of composite ingots was applied. Those ingots were previous fabricated by mechanical stirring and gravity casting. Composite casts of a mass of 14 g, complex shape and homogenous particles distribution, without cast defects were obtained. Their macrostructure, microstructure and mechanical properties were characterized. The usefulness of pressure casting for the fabrication of particulate magnesium matrix composite casts was revealed.

PL

Zaprezentowano wyniki wstępnych prac nad zastosowaniem odlewania ciśnieniowego kompozytu z osnową magnezową i cząstkami węgla szklistego. Do odlania małogabarytowych odlewów kompozytowych wykorzystano suspensję powstałą w wyniku przetopu wtórnego półproduktów w postaci wlewków kompozytowych wytworzonych metodą mechanicznego mieszania i odlewania grawitacyjnego. Otrzymano odlewy kompozytowe ciśnieniowe z osnową ze stopu Mg3Al, zawierające 13% objętościowych cząstek o średniej granulacji 150 μm, rozmieszczonych równomiernie w osnowie. Masa pojedynczego wyrobu odlewanego o złożonym kształcie wynosiła 14 g. Scharakteryzowano makrostrukturę, mikrostrukturę i właściwości mechaniczne odlewów. Nie stwierdzono destrukcyjnych efektów obecności hydrofilowego węglika Al4C3. Przeprowadzone próby technologiczne potwierdziły przydatność wykorzystania odlewania ciśnieniowego do otrzymywania małogabarytowych odlewów z kompozytów z osnową magnezową.

9

Applying stir casting method for Mg alloy-short carbon fiber composite processing

Olszówka-Myalska A., Myalski J.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

81--85

EN

The effects of applying the stir casting method to fabricate composites with an Mg-Zn-Zr-RE magnesium alloy matrix reinforced with short carbon fibers are presented in the article. The experimental procedure carried out in industrial conditions was described. Carbon material in the form of short staple fiber granules obtained from chopped/cut carbon roving was used. The procedure of suspension fabrication and casting in ceramic and steel moulds was described. The possibility of obtaining casts of different size and shape which can be a semi-product for die casting technology has been shown. Additionally, the microstructure and mechanical properties of the obtained material were characterized.

PL

W pracy przedstawiono efekty zastosowania metody mechanicznego mieszania komponentów i odlewania suspensji (stir casting) do otrzymywania kompozytów z osnową ze stopu magnezu Mg-Zn-Zr-RE umacnianych włóknami węglowymi krótkimi. Scharakteryzowano procedury procesu technologicznego prowadzonego w warunkach przemysłowych. Użyto materiału węglowego w postaci granul włókien krótkich ciętych otrzymanych z pociętego rovingu węglowego. Scharakteryzowano procedurę przygotowania suspensji i przebieg procesu jej odlewania do form ceramicznych i stalowych. Wykazano możliwość otrzymania wlewków kompozytowych o różnym kształcie i wielkości przeznaczonych do przetopu wtórnego i odlewania ciśnieniowego. Scharakteryzowano mikrostrukturę otrzymanego materiału i określono jego właściwości mechaniczne.

10

Structure of AZ91 magnesium matrix alloy composite reinforced with graphite particles

Braszczyńska-Malik K. N.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 3

242-246

EN

The results of structure investigations of magnesium matrix composite reinforced with graphite particles have been presented. The AZ91 (Mg - 9 wt. % Al - 1 wt. % Zn - 0.5 wt. % Mn) alloy was used as a matrix. The investigated composite was reinforced with synthetic graphite particles with a maximum diameter of 10 žm. A simple and non-expensive casting method involving mechanical mixing of liquid metal and the introduced ceramic particles under protective atmosphere was used to produce the investigated material. The obtained composite was characterized by uniform distribution of graphite particles within the matrix alloy. Graphite particles were observed both inside [alpha] phase dendrites and interdendritical sides. In order to quantitative description of homogeneity of the structure, coefficient of variation of graphite particles number at the surface (fields method) was determined. Coefficient of variation was equal 0.266, testifying uniform distribution of graphite particles. Microstructure of composite was typical for gravity cast AZ91 magnesium alloy (solidified under non-equilibrium condition). [alpha] solid solution, [alpha+gamma] semi-divorced eutectic, discontinuous precipitates of [gamma] phase (Al12Mg17) and Al8Mn5 intermetallic compound was observed in the composite microstructure, as a result of solidification process under non-equilibrium condition.

PL

Przedstawiono wyniki badań struktury kompozytu na osnowie stopu magnezu umacnianego cząstkami grafitu. Jako osnowę zastosowano stop AZ91 (Mg - 9% wag. Al - 1% wag. Zn - 0,5% wag. Mn). Kompozyt umacniany były cząstkami syntetycznego grafitu o maksymalnej średnicy 10 žm. W celu otrzymania badanego kompozytu zastosowano prostą i niedrogą metodę odlewniczą, polegającą na mechanicznym mieszaniu ciekłego metalu wraz z wprowadzonymi cząstkami ceramicznymi w atmosferze ochronnej. Otrzymany kompozyt charakteryzował się jednorodnym rozmieszczeniem cząstek grafitu w stopie osnowy. Cząstki grafitu obserwowane były zarówno wewnątrz dendrytów fazy [alfa], jak i w przestrzeniach międzydendrytycznych. W celu ilościowego opisu jednorodności struktury wyznaczono współczynnik zmienności ilości cząstek grafitu na powierzchni (metoda pól). Współczynnik zmienności wynosił 0,266, świadcząc o jednorodnym rozmieszczeniu cząstek grafitu. Mikrostruktura kompozytu była typowa dla odlewanego grawitacyjnie stopu AZ91 (krzepnącego w warunkach nierównowagowych). W mikrostrukturze kompozytu obserwowano roztwór stały [alfa], częściowo rozsegregowaną eutektykę [alfa+gamma], wtórne wydzielenia fazy [gamma] (Al12Mg17) oraz związek międzymetaliczny Al8Mn5 jako rezultat procesu krzepnięcia w warunkach nierównowagowych.

11

Structure analyses of Mg-Zn-Zr matrix alloy composites reinforced with SiC particles

Braszczyńska-Malik K. N.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 1

51-55

EN

The results of microstructure investigations of magnesium matrix composites reinforced with silicon carbide particles have been presented. The Mg - 6 wt. % Zn - 0.9 wt. % Zr alloy was used as a composite matrix. The investigated composites were reinforced with 30 wt. % of SiC particles with a maximum diameter of 32 žm. A simple and non-expensive casting method involving mechanical mixing of liquid metal and the introduced ceramic particles under protective atmosphere was used to obtain the investigated materials. The obtained composites were characterized by uniform distribution of silicon carbide particles within the matrix alloy. Additionally, Mg2Si phase was identified in the composites microstructure, as a result of reaction between the matrix alloy and SiO2 film very often covering SiC particle. Moreover, the components did not reveal the creation of a reaction layers at the matrix/particles interfaces. Transmission electron microscopic analyses allowed to determine the presence of Zn-rich phases as well as the iron oxides precipitates at the interfaces between the silicon carbide particles and the matrix alloy.

PL

Przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych kompozytów na osnowie stopu magnezu umacnianych cząstkami węglika krzemu. Jako osnowę zastosowano stop Mg - 6% wag. Zn - 0.9% wag. Zr. Badane kompozyty umacniane były 30% wag. cząstek SiC o średnicy 32 žm. W celu otrzymania badanych kompozytów zastosowano prostą i niedrogą metodę odlewniczą, polegającą na mechanicznym mieszaniu ciekłego metalu wraz w wprowadzonymi cząstkami ceramicznymi w ochronnej atmosferze. Otrzymane kompozyty charakteryzowały się jednorodnym rozmieszczeniem cząstek węglika krzemu w stopie osnowy. Dodatkowo została zidentyfikowana faza Mg2Si w osnowie kompozytów jako wynik reakcji pomiędzy stopem osnowy i filmem pokrywającym bardzo często cząstki SiC. Ponadto komponenty nie wykazały tworzenia warstw reakcyjnych na granicy rozdziału cząstki/osnowa. Analizy wykonane przy zastosowaniu transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwoliły określić obecność faz bogatych w Zn oraz także wydzieleń tlenków żelaza na granicy rozdziału pomiędzy cząstkami węglika krzemu i stopem osnowy.