Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Structure analysis of the modified cast metal matrix composites by use of the RVE theory

Kurtyka P., Rylko N.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

357--360

EN

The paper presents applications of a new theory of the representative volume element (RVE) based on the Mityushev- Eisenstein-Rayleigh sums (M-sums) to describe particle-reinforced composites. This theory is applied to study F3K.10S metal matrix composites reinforced SiC particles. The most important M-sum e2 is calculated for the initial state as e2 = -0.00206281. This shows considerable heterogeneity of distribution of reinforcing particles and its anisotropic properties. Further, the results are compared with the results obtained by the FSP. It is established that the use of a single FSP process causes a significant change in the distribution of particles reinforcing phase when the value e2 becomes 3.19488. It follows from Mityushev’s theory that e2=π corresponds to isotropic distributions. The article confirms that the new RVE theory resolves the problem of the constructive pure geometrical description of the properties of composites. Further work requires the optimization and extension of the theory to three-dimensional models.

PL

W artykule przedstawiono nową teorieęRVE bazującą sumach Mityushev-Eisenstein-Rayleigh (M-sums) oraz ich wykorzystanie do opisu niektórych właściwości kompozytów wzmacnianych cząstkami. Praktyczne zastosowanie prezentowanej teorii pokazano na przykładzie kompozytu na osnowie metalowej wzmacnianego cząstkami SiC (F3K.10S). Bazując na analizowanych mikrostrukturach kompozytu, obliczono wartości sum Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a dla stanu wyjściowego, otrzymując wartość sumy e2 równa -0.00206281, co świadczy o dużej niejednorodności rozmieszczenia cząstek fazy wzmacniającej. Otrzymane wyniki porównano z danymi obliczonymi dla kompozytu po obróbce friction stir processing (FSP). Zaobserwowano istotny wpływ zastosowanego procesu na zmianę dystrybucji cząstek fazy wzmacniającej, co potwierdzono obliczeniowo, uzyskując wartość sumy Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a e2 równa 3,19488. Obserwowana tendencja zmierzania wartości sumy Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a e2 do liczby π świadczy o znacznej poprawie dystrybucji cząstek fazy wzmacniającej po procesie FSP. W pracy pokazano, że nowa teoria RVE bazująca na sumach Mityushev-Eisenstein-Rayleigh’a pozwala na określanie wybranych właściwości kompozytów na podstawie czysto geometrycznych czynników. Stwierdzono jednak, że konieczne są dalsze prace nad optymalizacja i rozszerzeniem teorii w celu pełnego trójwymiarowego analizowania struktur kompozytowych.

2

Projektowanie tworzyw z gradientem rozmieszczenia faz otrzymywanych metodą zagęszczania w ultrawirówce

Rozmus M., Mitiuszew W., Jaworska L, Rylko N.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

64-69

PL

Kompozyty polikrystalicznego diamentu PCD są okrągłymi dyskami składającymi się z cienkiej warstwy polikrystalicznego diamentu związanego z warstwą podłożową z węglika spiekanego. Dostępne komercyjnie PCD są zazwyczaj wytwarzane przez wysokociśnieniowe spiekanie proszków diamentowych z kobaltową fazą wiążącą. Obecność kobaltu aktywuje proces grafityzacji diamentu. Różnica rozszerzalności temperaturowej warstwy PCD i podłoża z węglika spiekanego może powodować wystąpienie naprężeń szczątkowych i następnie delaminację materiału. Modyfikacja właściwości tego materiału jest możliwa przez zastosowanie odpowiedniego rodzaju materiału fazy wiążącej, na przykład Ti3SiC2, który wykazuje pseudoplastyczne właściwości. Celem badań było wykonanie matematycznych obliczeń rozkładu faz dla materiałów gradientowych diament-Ti3SiC2, które były weryfikowane z rozkładem faz w kompozytach po procesie spiekania techniką HP-HT. W pracy zaproponowano algorytm do opisu sedymentacji grup sferycznych cząstek o różnorodnych rozmiarach i z różnorodnych materiałów. Główne obliczenia dla tego układu i prawdziwych warunków procesu zagęszczania wirówkowego HCP są wykonane za pomocą równania Barnea-Mizrahi. Proces osadzania dla układu diament-Ti3SiC2 przeprowadzono w ultrawirówce UP 65M z prędkością obrotową rotora 20 000 obr/min. Rozkład rozmiarów ziaren dla proszków diamentu i Ti3SiC2 zmierzono z użyciem aparatury Shimadzu. Rozkład twardości dla kompozytu diamentowego z gradientem składu fazowego zmierzono i porównano do koncentracji diamentu i węglika W, zależnej od czasu opadania proszków t diamentu i węglika oraz od odległości.

EN

The polycrystalline diamond PCD compacts are a round disks composite of a thin layer of sintered polycrystalline diamond bonded to a cemented tungsten carbide substrate. Commercially available PCD are usually made by high pressure sintering diamond powders with the cobalt bonding phase. The existence of cobalt promotes the graphitisation process of diamond. The differential thermal expansion of PCD layer and tungsten carbide substrate may result in residual stresses and next, delamination of material. Modification properties of these materials is possible using suitable kind of the bonding phase material, for example the ceramics Ti3SiC2 material, which is exhibiting pseudoplastics behaviour. The aim of the research was execution of mathematical calculations of the phases distribution for the phase graded diamond - Ti3SiC2 compacts which were verified with phases distribution in compacts after the high pressure - high temperature sintering process. An algorithm to describe sedimentation of the group of spherical particles of different sizes and different materials was proposed. Main calculations for this system and for real conditions of the high-speed centrifugal compaction process are made using the Barnea-Mizrahi equation. Deposition process for diamond - Ti3SiC2 was carried out using the ultra centrifuge UP 65M with rotational speed of 20 000 rpm. Particle size distribution for the diamond and Ti3SiC2 powders were measured using Shimadzu apparatus. Hardness distribution for diamonds composite with phase composition gradient was measured and compared to the concentration of diamond and carbide W for diamond and Ti3SiC2 powders dependence on distance.

3

Effect of polydispersity in conductivity of unidirectional cylindres

Rylko N.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 29, nr 1

45-52

EN

Purpose: Purpose of this paper is to study the effective thermal conductivity of infinite unidirectional circular cylinders arbitrary distributed in a uniform host. Design/methodology/approach: Applying the method of complex potentials we present the heat flux as a complex analytic function in the section of the fibre composite perpendicular to the direction of the cylinders. Findings: The flux is written in the form of a series. Special attention is paid to the question of polydispersity, when many cylinders of different radii are distributed in the periodicity cell. Research limitations/implications: The proposed exact formulas hold for fiber composites. Practical implications: The deduced formulas are useful in prediction and estimation of the effective thermal conductivity of fiber composites. Originality/value: The obtained formulas for the effective conductivity are new and were not known before.

4

Obliczanie efektywnej przewodności cieplnej kompozytów włóknistych w przypadku nieustalonego przepływu ciepła

Rylko N.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 4

96-99

PL

Rozważano nieustalony przepływ ciepła materiału kompozytowego z jednokierunkowo ułożonymi włóknami o przewodności cieplnej lambda 1 w osnowie o przewodności cieplnej lambda 2. Rozpatrywany materiał kompozytowy jest przedstawiony w postaci jednostkowej komórki reprezentatywnej. Lokalnie temperatura spełnia równanie przewodnictwa cieplnego. Kontakt doskonały włókno-osnowa opisano za pomocą warunków sprężenia na brzegu włókna. W celu określenia makroskopowej przewodności lambda e, przeprowadzono uśrednienie prawa Fouriera w komórce jednostkowej. Szczególną uwagę poświęcono przypadkowi, gdy zewnętrzny strumień cieplny zmienia się w czasie zgodnie z funkcją wykładniczą. Wówczas rozpatrywane zagadnienie sprowadza się do zagadnienia brzegowego dla równania Helmholtza, które rozwiązano dla kompozytów słabo niejednorodnych, czyli dla wystarczająco małych delta= (lanbda 1 - lambda 2)/(lambda 1 + lambda 2). Po rozwiązaniu otrzymano analityczny wzór na lambda e, odpowiadający klasycznemu wzorowi Clausiusa-Mossottiego dla procesów stacjonarnych. Otrzymany wynik pokazuje, że efektywna przewodność kompozytów w przypadku niestacjonarnym zależy od historii procesu.

EN

Unsteady heat conduction of the unidirectional fibers of conductivity lambda l embedded in a host material of conductivity fa is discussed when the considered composite is represented by a unit-periodicity cell. First, the local temperature field in the unit cell is modeled by the heat equation. The perfect contact between different materials is described by conjugation conditions on the boundary of the fibers. In order to determine the macroscopic conductivity lambda e of the composite we perform the spatial average of the Fourier law over the unit cell. Special attention is paid to the case when the given external flux obeys the decreasing exponential law in time. Then the problem is reduced to a boundary value problem for the Heunholtz equation. The latter problem is solved for weakly inhomogeneous composites, i.e. delta = (lambda 1 - lambda 2)/(lambda 1 + lambda 2) is sufficiently small. As a result an analytical formula for lambda e is obtained. It corresponds to the classical Clausius-Mossotti approximation for the steady heat conduction. The obtained result implies that the effective conductivity of composites in unsteady case depends on time. This dependence is explicitly written in the considered case.