Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Single-frequency induction hardening of structural steel

Rokicki P., Bąk E., Mrówka-Nowotnik G., Nowotnik A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2018

|

Vol. 86, nr 2

61--68

EN

Purpose: Current paper presents investigation of specimens after single frequency induction hardening process. The main aim is to compare microstructure of the material after the process conducted with different voltage on the induction coil. Moreover, two different steel grades are used for comparative reasons. As the final result it is desired to obtain sufficient parameters for the process in aim to obtain proper surface treatment of the material. Design/methodology/approach: The objectives of the research are achieved by using single-frequency induction hardening device with varying voltage. Two different steel grades were treated with change of the induction voltage from 300 to 600 V. Findings: In the outcomes of the study, the main conclusion is that there is an impact of the induction voltage in the hardening process on the microstructure of treated elements, both for 40H41Cr4 and 40HNMA36NiCrMo16 steels. Research limitations/implications: Obtained results will be used for much more complex investigation of the induction hardening process in future to introduce more exact parameters and double-frequency induction hardening process for complex geometries as gears. Originality/value: The originality of the research is based on the specific process and the materials that are being submitted to the comparative analysis. Moreover, executed research will be a basis for more complex induction hardening processes in the future.

2

Laser Surfacing of Superalloy Inconel 738LC-Based Alloy Stellite 694 – Overlay Weld Imperfections

Gradzik A., Nawrocki J., Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2017

|

Vol. 61, No. 4

25--31

EN

The research involved the analysis of test results concerning the effect of laser surfacing process conditions on the characteristics of an overlay weld made of alloy Stellite 694 on the substrate of nickel superalloy Inconel 738LC as well as the determination and specification of the most common overlay weld imperfections. The overlay weld subjected to the tests was made using a Yb:YAG disc laser having a power of 1 kW and a filler metal in the form of powdered Stellite 694 cobalt alloy. The research led to the development of process conditions and the identification of major overlay weld imperfections including lacks of penetration, gas pores and microcracks in the base material. The formation of above-named imperfections could be ascribed to low laser radiation power density (< 30 kW/cm²), the excessive overlap of consecutive tracks (> 60% of the sin-gle track width) and the insufficient gas shielding of liquid metal in the weld pool.

PL

Przeprowadzono analizę wyników badań w zakresie oddziaływania warunków procesu napawania laserowego na charakterystykę napoiny Stellite 694 na podłożu nad¬stopu niklu Inconel 738LC oraz scharakteryzowano najczęściej występujące wady napoiny. Do wytworzenia napoiny stosowano laser dyskowy. YbrYAG o mocy l kW oraz materiał dodatkowy - proszek stopu kobaltu Stellite 694. Opracowano warunki procesu i stwierdzono, że głównymi wadami wytworzonej napoiny są: brak przetopu, pęcherze gazowe i mikropęknięcia materiału podłoża. Przyczyną tych wad jest m. in. mała gęstość mocy promieniowania laserowego (< 30 kW/crrr). zbyt duży stopień nakładania się kolejnych ścieżek (> 60% szerokości pojedynczej ścieżki) oraz niedostateczna osłona gazowa ciekłego metalu w jeziorku napoiny.

3

Wpływ warunków procesu napawania laserowego na mikrostrukturę i twardość napoiny Stellite 694 na podłożu z nadstopu niklu Inconel 738LC

Gradzik A., Mrówka-Nowotnik G., Nawrocki J., Sieniawski J.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 4

276--281

PL

Przedstawiono ocenę wpływu warunków procesu napawania laserowego na morfologię mikrostruktury i właściwości napoiny wytworzonej na podłożu z nadstopu niklu Inconel 738LC, z którego wytwarza się elementy części gorącej silnika lotniczego. Proces prowadzono za pomocą lasera dyskowego TruDisk 1000 firmy TRUMPF o mocy 1 kW z różnymi wartościami prędkości napawania – od 400 do 700 mm/min. Materiałem dodatkowym był proszek stopu kobaltu – Stellite 694. Określono stopień oddziaływania warunków procesu napawania laserowego na skład chemiczny i morfologię składników fazowych mikrostruktury oraz wpływ objętości względnej materiału podłoża w napoinie na jej twardość.

EN

In this paper the influence of laser cladding process parameters on microstructure and hardness of Stellite 694 coatings deposited onto Inconel 738LC alloy substrate is presented. Laser cladding process was carried out using Yb:YAG – TRUMPF TruDisk 1000 disc laser with maximum power of 1 kW in continuous wave mode. Laser cladding head velocity from 400 to 700 mm/min was applied. The effect of process parameters on chemical composition, microstructure morphology was examined by means of optical microscopy and scanning electron microscopy. The influence of volume fraction of substrate in the coating on its hardness was determined.

4

Analysis of precipitation strengthening process in 2xxx aluminium alloys

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Nowotnik A., Gradzik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 3

104--108

EN

This paper is showing the results of study devoted to determination of the chemical composition and strengthening process parameters effect on the precipitation sequence of intermetallic phases in the supersaturated 2xxx aluminium alloys. This study was based on a calorimetric study where temperature’s effects were determined when precipitation process occurred during heating with different heating rate of the supersaturated alloys group of 2xxx. Based on the calorimetric curves and estimated values of ln(Q/T2) and 1000/RT an activation energy for precipitation and dissolution of phase components were evaluated.

PL

Największe właściwości wytrzymałościowe stopy aluminium grupy 2xxx uzyskują na drodze odpowiedniego doboru składu chemicznego oraz parametrów obróbki cieplnej. Procesem zapewniającym uzyskanie najlepszych właściwości wytrzymałościowych przy zachowaniu dobrej plastyczności jest umacnianie wydzieleniowe. Pomimo przeprowadzenia bardzo wielu badań zagadnienia wydzielania faz umacniających z przesyconych stopów grupy 2xxx są nadal aktualne. Dlatego celem pracy była analiza wpływu składu chemicznego oraz szybkości nagrzewania na procesy wydzielania umacniających cząstek z przesyconych stopów aluminium 2017 i 2024. W celu określenia energii aktywacji, sekwencji i kinetyki wydzielania faz umacniających wykonano badania kalorymetryczne (DSC) oraz przeprowadzono obserwacje mikrostruktury (TEM).

5

Wpływ długotrwałego wyżarzania ujednorodniającego na mikrostrukturę i właściwości stopu aluminium 6066

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbińska M., Nowotnik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

381--385

PL

W pracy przeprowadzono długotrwałe wyżarzanie ujednorodniające w temperaturze 565°C przez 3, 5, 10, 24, 48 i 72 h i określono wpływ temperatury i czasu wyżarzania na zmiany morfologii mikrostruktury i właściwości mechanicznych stopu aluminium 6066. Ewolucję morfologii składników fazowych mikrostruktury obserwowano za pomocą mikroskopu świetlnego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Stwierdzono, że podczas wyżarzania ujednorodniającego płytkowe i iglaste cząstki fazy Al5FeSi uległy przemianie w sferoidalne cząstki fazy Al(FeMn)Si. Powstałe podczas procesu krystalizacji stopów pierwotne wydzielenia krzemu oraz eutektycznych faz z zawartością miedzi — Q-Al5Cu2Mg8Si6 i θ-Al2Cu ulegają całkowitemu rozpuszczeniu. Natomiast pierwotne cząstki fazy Mg2Si ulegają częściowemu rozpuszczeniu, a pozostałe, nierozpuszczone cząstki tej fazy zmieniają swój kształt od „chińskiego pisma” w stanie lanym do sferoidalnych po wyżarzaniu przez 48 h.

EN

The microstructure evolution and changes on the mechanical properties of aluminium alloy 6066 and its homogenization process were investigated. Therefore, the alloy was heat treated at temperature of 565°C for 3, 5, 10, 24, 48 and 72 h and this allowed to determine the influence of holding time on the morphology of microstructure constituents and mechanical properties of the examined 6066 alloy. The microstructure evolution were investigated by light microscope and scanning electron microscope. The results show that the main constituent phase in the alloy — plate-like and needle-like dispersoid of Al5FeSi transformed during homogenization process into spheroidal in shape Al(FeMn)Si phase. Additionally, the following primary phases formed during crystallization: precipitates of silicon and eutectic phases with addition of copper — Q-Al5Cu2Mg8Si6 and θ-Al2Cu were not visible, meaning they completely dissolved in the matrix of α-Al. However, primary precipitates of Mg2Si were being dissolved partially and the remnants of these precipitates with the shape of “chinese script” turn their shape into spheroidal after being heat treated for 48 hours.

6

Procesy wydzielania cząstek faz umacniających z przesyconych stopów AlMgSi

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbińska M., Nowotnik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

376--380

PL

Właściwości mechaniczne stopów aluminium AlMgSi — grupa 6xxx — zapewniają szerokie ich stosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Na ogół są używane do wyrobu średnio obciążonych elementów konstrukcji lotniczych, pojazdów samochodowych oraz taboru kolejowego. Swoje największe właściwości wytrzymałościowe uzyskują po procesie umacniania wydzieleniowego. Pomimo wykonanych wielu prac badawczych zagadnienia wpływu składu chemicznego, kinetyki procesu wydzielania z przesyconych roztworów i rodzaju faz umacniających są nadal aktualne. Wynika to zarówno z opracowywania nowych stopów, jak i stale zwiększających się wymagań dotyczących ich właściwości użytkowych. Dlatego podjęto badania w celu określenia oddziaływania składu chemicznego oraz warunków prowadzenia procesu umacniania wydzieleniowego (temperatury i czasu) na sekwencję wydzielania faz umacniających z przesyconych stopów AlMgSi. Charakterystykę przemian zachodzących w mikrostrukturze przesyconych stopów AlMgSi pod wpływem zmiany składu chemicznego i warunków obróbki cieplnej ustalono w badaniach kalorymetrycznych. Ustalono także sekwencję procesu rozpadu przesyconych stopów grupy 6xxx. Określono charakterystyczne wartości temperatury wydzielania faz umacniających dla różnych szybkości nagrzewania badanych stopów. Na podstawie krzywych kalorymetrycznych oraz zależności ln(q/T2) od 1000/RT określono wartości energii aktywacji wydzielania lub rozpuszczania składników fazowych mikrostruktury.

EN

The mechanical properties of aluminium alloy AlMgSi — a group 6xxx — allow them to be used in many areas of industries extensively. They are generally used for the production of medium-duty elements of aircraft structures, vehicles and rolling stock. Their highest strength properties are obtained when they were subjected to precipitation strengthening process. Despite of on-going projects carried out by many research’s units, there is a strong need to examine the effect of chemical composition, kinetic of precipitation processes from supersaturated solutions and the influence of strengthening phases on aluminium alloys mechanical properties. This is due to both the development of new alloys, as well as the constantly increasing demands on their performance. Therefore, this paper is showing the results of study devoted to determination of the impact of the chemical composition and the precipitation strengthening process parameters on the precipitation sequence of the intermetallic phases (temperature and time) of the supersaturated AlMgSi alloys. The characteristics of the supersatureted solution decomposition sequence was performed based on calorymetry study of alloys group 6xxx. Thus, the temperature of phase precipitation for different heating rate was determined. Based on the calorimetric curves and the ln(Q/T2) of 1000/RT values the values of activation energy for precipitation and dissolution of phase components were established.

7

Microstructural Characterization of Quenched and Plastically Deformed Two-Phase α+β Titanium Alloys

Motyka M., Sieniawski J., Mrówka-Nowotnik G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2033--2037

EN

Development of microstructure in two-phase α+β titanium alloys is realized by thermomechanical processing – sequence of heat treatment and plastic working operations. Analysis of achieved results indicates that hot plastic deformation – depending on deformation degree – causes significant elongation of α phase grains. Following heat treatment and plastic deformation processes lead to their fragmentation and spheroidization. Characterization of microstructure morphology changes during thermomechanical processing of quenched Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Mo-2Cr alloys is presented in the paper. The effect of martensitic phase α’(α”) on microstructure development in plastic deformation process was confirmed.

PL

Kształtowanie mikrostruktury dwufazowych stopów tytanu α+β realizowane jest w procesie cieplno-plastycznym będącym sekwencją operacji obróbki plastycznej i przeróbki plastycznej. Analiza uzyskanych wyników badań wskazuje, że odkształcanie plastyczne na gorąco – w zależności od stopnia odkształecenia - powoduje wydłużanie ziarn fazy α. Kolejne operacje obróbki cieplnej lub odkształcania plastycznego prowadzą do ich fragmentacji i sferoidyzacji. W pracy przedstawiono charakteryzację zmian morfologii składników mikrostruktury stopów Ti-6Al-4V oraz Ti-6Al-2Mo-2Cr poddanych przechładzaniu na początkowym etapie procesu cieplno-plastycznego. Potwierdzono oddziaływanie fazy martenzytycznej α’(α”) w badanych stopach na przebieg procesu kształtowania ich mikrostruktury podczas odkształcania plastycznego.

8

Hot Deformation Of 6xxx Series Aluminium Alloys

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Kotowski S., Nowotnik A., Motyka M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1079--1084

EN

The hot deformation behavior of the 6xxx aluminum alloys was investigated by compression tests in the temperature range 100°C-375°C and strain rate range 10−4s−1 and 4×10−4s−1 using dilatometer DIL 805 BÄHR Thermoanalyse equipped with accessory attachment deformation allows the process to execute thermoplastic in vacuum and inert gas atmosphere. Associated microstructural changes of characteristic states of examined alloys were studied by using the transmission electron microscope (TEM). The results show that the stress level decreases with increasing deformation temperature and deformation rate. And was also found that the activation energy Q strongly depends on both, the temperature and rate of deformation. The results of TEM observation showing that the dynamic flow softening is mainly as the result of dynamic recovery and recrystallization of 6xxx aluminium alloys.

PL

Obróbkę cieplno-plastyczną stopów aluminium grupy 6xxx prowadzono w zakresie temperatury 100°C-375°C i prędkości odkształcania 10−4s−1 i 4×10−4s−1 na dylatometrze DIL 805 BÄHR Thermoanalyse wyposażonym w przystawkę odkształceniową umożliwiającą wykonanie procesu odkształcania w próżni i w atmosferze gazu obojętnego. Zmiany mikrostruktury badanych stopów, zachodzące w charakterystycznych stadiach obróbki cieplno-plastycznej, badano za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Ustalono, że wielkość naprężenia zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i wielkości odkształcenia. Również energia aktywacji Q w dużym stopniu zależy zarówno od temperatury jak i prędkości odkształcania. Wyniki obserwacji mikrostruktury TEM wykazały, że dynamiczne mięknięcie materiałów jest głównie wynikiem zachodzących procesów zdrowienia dynamicznego i rekrystalizacji stopu aluminium 6xxx.

9

Investigation of solidification process and microstructure examination of AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloy

Mrówka-Nowotnik G., Wierzbińska M., Sieniawski J., Nowotnik A.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2015

|

Vol. 39, nr 4

61--69

EN

The main objective of this work was to examine a solidification process of AlCu4Ni2Mg2 alloy and analyze morphology and composition of the complex microstructure of intermetallic phases in as-cast condition. To study the solidification process differential scanning calorimetry (DSC) was used. To identify intermetallics in AlCu4Ni2Mg2 alloy optical light microscopy (LM), X-ray diffraction (XRD), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscope and were used. The results show that the as-cast microstructure of AlCu4Ni2Mg2 alloy after slow solidification at a cooling rate 5°/min, consisted: dendrites of α-Al and intermetallic phases Al7Cu4Ni, Al6Fe, S-Al2CuMg, and Al3(CuFeNi)2 and Al2Cu.

PL

Prowadzono analizę procesu krystalizacji oraz składu chemicznego i morfologii składników fazowych mikrostruktury stopu AlCu4Ni2Mg2 w stanie lanym. W analizie procesu krystalizacji stopu stosowano metodę różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Identyfikację składników fazowych mikrostruktury stopu AlCu4Ni2Mg2 prowadzono metodami mikroskopii świetlnej (LM), elektronowej: skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM) oraz dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła ustalić, że mikrostruktura stopu AlCu4Ni2Mg2, kształtowana w procesie krystalizacji z małą prędkością chłodzenia 5°C/min, składa się z dendrytów roztworu stałego α-Al oraz wydzieleń faz międzymetalicznych: Al7Cu4Ni, Al6Fe, S-Al2CuMg, Al3(CuFeNi)2 i Al2Cu.

10

Stress-strain curves under compression for CMSX4 nickel based superalloy

Nowotnik A., Pędrak P., Rokicki P., Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2014

|

Vol. 38, nr 3

65--77

EN

Variations of a flow stress vs. true strain illustrate behavior of material during plastic deformation. Stress-strain relationship is generally evaluated by a torsion, compression and tensile tests. Results of these tests provide crucial information pertaining to the stress values which are necessary to run deformation process at specified deformation parameters. Uniaxial compression tests at the temperature through which precipitation hardening phases process occurred (900-1200°C), were conducted on superalloy - CMSX-4, to study the effect of temperature and strain rate (ε =10 to the -4 and 4x10 to the -4 s to the -1) on its flow stress. On the basis of received flow stress values activation energy of a high-temperature deformation process was estimated. Mathematical dependences (σpl - τ i σpl - ε) and compression data were used to determine material's constants. These constants allow to derive a formula that describes the relationship between strain rate (ε), deformation temperature (τ) and flow stress σpl - ε = A1σ to the n ∙ exp(-Q / RT).

PL

Zachowanie się materiału podczas odkształcania plastycznego na gorąco charakteryzują krzywe zmiany naprężenia uplastyczniającego w funkcji odkształcenia. Do ich oceny stosowane są próby skręcania, ściskania lub rozciągania. Pozwalają określić dane niezbędne do prowadzenia procesu przeróbki plastycznej materiału z zastosowaniem odpowiednich parametrów odkształcania - temperatury i prędkości chłodzenia. W pracy przedstawiono analizę wyników badań wpływu temperatury i prędkości odkształcania (ε = 10 do - 4 i 4 x 10 do -4 s do -1) na wartość naprężenia uplastyczniającego nadstopu niklu - CMSX-4 w zakresie wartości temperatury wydzielania cząstek faz umacniających (900-1200°C) uzyskane w jednoosiowej próbie ściskania. Ustalone wartości naprężenia uplastyczniającego były podstawą do wyznaczenia energii aktywacji Q procesu odkształcania wysokotemperaturowego. Na podstawie uzyskanych danych oraz odpowiednich zależności (σpl - τ i σpl - ε) określono wartości stałych materiałowych oraz ustalono zależność prędkości (ε), temperatury odkształcenia (τ) i naprężeniem ustalonego płynięcia plastycznego σpl - ε = A1σ do n ∙ exp(-Q / RT).

11

Microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys used in heavy duty aircraft engine parts

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbińska M., Nowotnik A.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2014

|

Vol. 38, nr 3

77--93

EN

The main task of this work was to study the microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys. The microstructure of tested samples was evaluated in terms of fracture mechanism using an optical microscope - Nikon 300, scanning electron microscope HITACHI S-3400 (SEM) in a conventional back-scattered electron mode and JEOL - JEM 2100 ARP TEM/STEM electron microscope. The mechanical (Rm and R0.2) and plastic (A,Z) properties of the examined alloy were evaluated by uniaxial tensile test at room temperature. The results shows that the casting method and the applied thermal processing did not have a significant influence on the primary (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 and AlCuMn) intermetallic phase composition and microstructure phase component morphology. However, during prolonged heating growth and change in the shape of separations of the θ'-Al2Cu reinforcing phase occurs proportionally to temperature and heating time. Sand casts show higher mechanical properties: Rm R0.2. The stability of the mechanical properties of the investigated alloys in higher temperatures is the consequence of the increased Cu content.

PL

Celem pracy była analiza mikrostruktury i właściwości mechanicznych odlewniczych, bezkrzemowych stopów Al-Cu-Ni. Obserwacje mikrostruktury prowadzono przy użyciu mikroskopu świetlnego -Nikon 300, elektronowego mikroskopu skaningowego HITACHI S-3400 z systemem EDS do mikroanalizy rentgenowskiej i elektronowego mikroskopu transmisyjnego JEOL - JEM 2100 ARP z systemem STEM/EDS. Właściwości wytrzymałościowe (Rm, R02) i plastyczne (A,Z) badanych stopów wyznaczono w próbie statycznej rozciągania w temperaturze pokojowej. Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła stwierdzić, że sposób odlewania oraz obróbka cieplna nie mają istotnego wpływu na skład fazowy oraz morfologię pierwotnych cząstek faz międzymetalicznych (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 i AlCuMn. Długotrwałe wygrzewanie, w podwyższonej temperaturze powoduje jednak znaczny wzrost cząstek umacniającej fazy θ'-Al2Cu. Ustalono, że lepsze właściwości mechaniczne: Rm i R02 wykazują stopy odlane do form piaskowych. Stabilność właściwości mechanicznych badanych stopów w podwyższonej temperaturze jest spowodowana większą zawartością Cu.

12

Wpływ warunków umacniania wydzieleniowego na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne stopu aluminium 2024

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Raga K., Wierzbińska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

601--604

PL

W pracy podjęto badania w celu określenia oddziaływania warunków prowadzenia procesu umacniania wydzieleniowego (temperatury i czasu) na mikrostrukturę oraz właściwości mechaniczne stopu 2024. Stosowano przesycanie i starzenie stopu, uzyskując stan T6. Przyjęty szeroki zakres temperatury starzenia (150÷220°C) umożliwił precyzyjne ustalenie wpływu temperatury starzenia na kinetykę rozpadu przesyconego roztworu stałego α i następnie na zmianę mikrostruktury oraz właściwości mechaniczne. Stadia procesu rozpadu przesyconego stopu 2024 ustalono w badaniach kalorymetrycznych. Prowadzono także pomiary twardości w kolejnych okresach starzenia oraz obserwacje mikrostruktury za pomocą mikroskopu świetlnego oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Właściwości wytrzymałościowe wyznaczono w statycznej próbie rozciągania.

EN

The main task of this work was to study the influence of the precipitation strengthening process parameters (temperature and time) on the microstructure and mechanical properties of AlSi1MgMn aluminum alloy. Solution heat treatment and artificial aging of the alloy (T6 temper) was applied. Wide range of aging temperature (150÷220°C) make possible to determine the effect of aging temperature on the kinetic of decomposition of the supersaturated solid solution (SSS) and then how this have effect on the alloy microstructure and its mechanical properties. The stages of decomposition of supersaturated 2024 alloy has been determined by calorimetric studies. Hardness measurements were also conducted on the alloy during the whole aging procedure. Microstructure observations were carried out by light and transmission electron microscope. Mechanical properties of the alloy were determined by tensile testing.

13

Microstructure and mechanical properties of C355.0 cast aluminium alloy

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2011

|

Vol. 47, nr 2

85-94

EN

Purpose: The main task of this work was to study the solidification process through analysis of the DSC curves that were obtained at solidification rate of 5 K/min. During C355.0 alloy solidification an amount of different intermetallic phases may form. Their volume fraction, chemical composition and morphology exert significant influence on a technological and mechanical properties of the aluminium alloys. Therefore the examination and identification of intermetallic phases in examined alloy is very important part of complex investigation. In this research the effect of precipitation hardening process on the microstructure and mechanical properties of C355.0 alloy has also been investigated. Design/methodology/approach: To study the solidification process differential scanning calorimetry (DSC) was used. Hardness measurements have been utilized to examined the effect of a precipitation hardening (T6) on the mechanical properties. The plastic and mechanical properties were evaluated by uniaxial tensile test at room temperature. To identify intermetallics in C355.0 alloy optical light microscopy (LM), X-ray diffraction (XRD), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscope were used. Findings: The results show that the as-cast microstructure of C355.0 alloy after slow solidification at a cooling rate 5K/min, consisted a wide range of intermetallics phases. The microstructure of investigated C355.0 alloy included: â-Al5FeSi, á-Al12(FeMn)3Si, Al2Cu, Q-Al5Cu2Mg8Si6, Si and Mg2Si phases. Significant changes in as-cast microstructure and mechanical properties followed after artificial aging due to a precipitation strengthening process were observed. Practical implications: The aim of this work was to analyze the solidification process and how T6 heat treatment influenced the microstructure and mechanical properties of C355.0 alloy. Additionaly this paper proposes the best experimental techniques for analysis of the intermetallic phases occurring in the cast and T6 condition. Originality/value: The paper has provided essential data about influence of solidification process and aging parameters on the microstructure and mechanical properties of C355.0 alloys.

14

The degradation of mechanical properties of Al-Si5-Cu2-Mg and Al-Cu4-Ni2-Mg alloys after soaking at elevated temperature

Wierzbińska M., Sieniawski J., Mrówka-Nowotnik G.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

573-576

EN

The influence of long term annealing on mechanical properties of Al-Si5-Cu2-Mg and Al-Cu4-Ni2-Mg alloys was investigated. The castings were subjected to T6 heat treatment followed by annealing at 623�}5 K for 100, 150, 300, 500 and 750 hours. The soaking time and temperature was adjusted by corresponding to real service conditions of the elements of an aircraft and motor engines manufactured from investigated alloys. The result of tensile tests performed on the both alloys subjected to the soaking process showed that the yield stress and tensile strength decreased significantly with the time of alloys exposure at given temperature. However, the samples of Al-Cu4-Ni2- Mg showed much better mechanical properties stability than tested samples of Al-Si5-Cu2-Mg. Moreover the Al-Cu4-Ni2-Mg alloy preserved relatively high values of yield stress, even after soaking for 750 hours. This phenomenon, confirmed by microstructural observation, is connected to a degradation of microstructure of alloys. The result of microscopic analysis revealed that both increase in size and change in shape of precipitations of hardening phases continually change with the prolonged holding time at high temperature.

PL

Przedmiotem badań były odlewnicze stopy aluminium Al-Si5-Cu2-Mg i Al-Cu4-Ni2-Mg2. Stopy poddano obróbce cieplnej T6, a następnie wygrzewaniu w temperaturze 623 K przez 100, 150, 300, 500 i 750 godzin. Parametry procesu wygrzewania - temperatura oraz czas wytrzymania próbek, odpowiadają warunkom eksploatacji tłoków i cylindrów spalinowych silników lotniczych i wirników turbosprężarek, a więc elementów konstrukcyjnych odlewanych ze stopów przyjętych do badań. Po standardowej obróbce cieplnej T6 oraz wygrzaniu wyznaczono właściwości wytrzymałościowe oraz dokonano oceny mikrostruktury. Badania te umożliwiły ocenę wpływu warunków eksploatacji (temperatury i czasu) na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne stopów w warunkach długotrwale działających obciążeń cieplnych. W rezultacie długotrwałego wygrzewania w mikrostrukturze badanych stopów nastąpił znaczny wzrost rozmiarów cząsteczek fazy umacniającej, natomiast morfologia faz międzymetalicznych pozostała bez zmian. Zwiększenie rozmiarów fazy umacniającej w stopach wpłynęło na zmniejszenie wartości ich właściwości wytrzymałościowych.

15

Influence of strain rate and deformation temperature on the microstructure of Inconel X750 superalloy

Nowotnik A., Sieniawski J., Mrówka-Nowotnik G., Onyszko A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

594-597

EN

Experimental results on hot deformation and dynamic structural processes of nickel based alloy Inconel X750 are reviewed. Hot compression tests were performed on the solution treated precipitation hardenable nickel based superalloy Inconel X750 at 720÷1150°C with a constant true strain rates of 10-4 and 4.10-4 s-1. True stress-true strain curves and microstructure analysis of the deformed nickel based superalloy is presented. The properties and dynamic behaviour are explained through observation of the microstructure using standard light, scanning and transmission electron microscopy. Structural observations of solution treated Inconel X750 deformed at high temperatures, reveal non-uniform deformation effects. The distribution of niobium-rich carbides was affected by localized flow within the strain range investigated at relatively low deformation temperatures 720÷850°C. Microstructural examination of the alloy also shows that shear banding, cavity growth and intergranular cracks penetrating through the whole grains were responsible for decreased flow stresses at temperature of 720, 800 and 850°C and might result in sample fracture at larger strains.

PL

Na podstawie wyników badań określono zmiany mikrostruktury przesyconego stopu Inconel X750, odkształconego z prędkością odkształcania 10-4 i 4.10-4 s-1 w zakresie temperatury wydzielania faz umacniających (fazy y") i węglików) 720÷1150°C. Izotermiczne próby ściskania potwierdziły wpływ warunków odkształcania na charakter procesów odkształcania i wydzielania w stopie Inconel X750. Stwierdzono, że zmniejszenie prędkości odkształcania powoduje zmniejszenie wartości naprężenia uplastyczniającego w zakresie temperatury 720÷1150°C (rys. 2). Na podstawie zmian mikrostruktury odkształconego w temperaturze 720÷850°C przesyconego nadstopu niklu stwierdzono, że lokalizacja odkształcenia w postaci mikropasm i pasm ścinania ma wpływ na proces wydzielania umacniających stop faz. Stwierdzono, że podczas odkształcania w zakresie temperatury 720÷850°C występuje lokalizacja odkształcenia, powodująca niejednorodny rozkład wydzielających się w czasie odkształcania węglików Nb, sprzyjająca pękaniu i niszczeniu stopu (rys. 3÷7).

16

Effect of chemical composition variation on mechanical properties of 6xxx aluminum alloys

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

542-545

EN

The 6xxx series aluminum alloys (Al-Mg-Si) with a wide range of properties are extensively used in engineering structures and architectural applications. Mechanical properties of 6xxx series alloys depend on their chemical composition and heat treatment parameters. Increasing Si concentration in chemical composition of 6xxx series alloys increases strength in the T6 tempers. Strengthening effectiveness of the alloys depends upon the extent of transitiona B" precipitation that increases with increasing of B-Mg2Si content in the aluminium alloys. In this work 6061, 6063 and 6082 alloys were subjected to solution heat treatment at 565°C for 12 h, and then water quenched followed by artificial aging at 150°C up to 190 h. Hardness and tension tests were used to evaluate the mechanical properties. The highest mechanical properties connected with a good plastic properties was achieved for 6061 alloy with the highest volume fraction of B-Mg2Si.

PL

Stopy aluminium grupy 6xxx (Al-Mg-Si) są szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Właściwości mechaniczne stopów grupy 6xxx zależą m.in. od składu chemicznego, jak również parametrów prowadzonej obróbki cieplnej. Zwiększenie zawartości Si w stopach 6xxx prowadzi do wzrostu ich wytrzymałości w stanie T6. Stopień umocnienia zależy od objętości względnej faz przejściowych B" i B' i równowagowej fazy !-Mg2Si. W celu określenia oddziaływania składu chemicznego oraz warunków prowadzenia procesu umacniania wydzieleniowego na właściwości mechaniczne, stopy aluminium 6061, 6063, 6082 przesycono w temperaturze 565°C przez 12 h i chłodzono w wodzie, a następnie starzono sztucznie w temperaturze 150°C przez 190 h. Prowadzono pomiary twardości w określonych odstępach czasu oraz wykonano próbę statyczną rozciągania. Ustalono, że najwyższe właściwości mechaniczne przy zachowaniu wysokiej plastyczności wykazuje stop 6061 o największej objętości względnej fazy B-Mg2Si.

17

Examination of Intermetallic Phases in AlCu4Ni2Mg2 Aluminium Alloy in T6 Condition

Mrówka-Nowotnik G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 2

489-497

EN

In the technical Al alloys even small quantity of the impurities like Fe and Mn causes the formation of new phases. The particles of intermetallic phases form either on solidification or whilst the alloy is at a relatively high temperature in the solid state, e.g. during homogenization, solution treatment or recrystallization. The exact composition of the alloy and casting conditions will directly influence the type and volume fraction of intermetallic phases. The main objective of this study was to analyze the morphology and composition of the complex microstructure of intermetallic phases in the cast AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloy in T6 condition. Several techniques: optical light microscopy (LM), transmission (TEM) and scanning (SEM) electron microscopy combined with an energy dispersive X-ray microanalysis (EDS), X-ray diffraction (XRD) were used to identify intermetallics in the AlCu4Ni2Mg2 aluminum alloy. This article also briefly reviews the competitive chemical method developed for extracting the second-phase particles from the examined alloy. The results of chemical boiling phenol extraction technique have been compared with the data obtained by the usual metallographic techniques. The results show that the microstructure of cast alloy in T6 condition contains a wide range of intermetallic phases. The following phases were identified and described: Θ-Al2Cu, Al6Fe, Al7Cu4Ni, Al2CuMg, Al3(CuFeNi)2.

PL

W technicznych stopach aluminium nawet niewielką zawartość zanieczyszczeń np.: Fe i Mn powoduje tworzenie się faz międzymetalicznych. Wydzielenia faz międzymetalicznych mogą powstawać podczas krzepnięcia lub kiedy stop poddany jest wysokotemperaturowej obróbce cieplnej, np.: podczas wyzarzania ujednoradniającego, przesycania czy rekrystalizacji. Bezpośredni wpływ na rodzaj oraz objętość względna wydzieleń faz międzymetalicznych w stopach aluminium ma skład chemiczny stopów oraz warunki prowadzenia procesu odlewania. Celem głównym pracy była analiza złożonej mikrostruktury - morfologii oraz składu fazowego, odlewniczego stopu aluminium AlCu4Ni2Mg2 po obróbce cieplnej T6. W celu zidentyfikowania faz międzymetalicznych w badanym stopie zastosowano wiele metod i technik badawczych m.in.: mikroskopie swietlną (LM), transmisyjna (TEM) i skaningowa (SEM) mikroskopię elektronową z mikroanalizatorem EDS oraz rentgenowską analizę fazową (XRD). W niniejszej pracy zastosowano - obok metod metalograficznych, izolacje cząsteczek faz międzymetalicznych przy użyciu wrzącego fenolu. Wyniki analizy proszku zawierającego fazy międzymetaliczne uzyskanego w procesie izolacji porównano z wynikami uzyskanymi przy zastosowaniu standardowych metod badań metalograficznych. Uzyskane wyniki badań pozwoliły zidentyfikować w mikrostrukturze stopu AlCu4Ni2Mg2 w stanie T6 nastepujące fazy międzymetaliczne: Θ-Al2Cu, Al6Fe, Al7Cu4Ni, Al2CuMg oraz Al3(CuFeNi)2.

18

Influence of chemical composition variation and heat treatment on microstructure and mechanical properties of 6xxx alloys

Mrówka-Nowotnik G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2010

|

Vol. 46, nr 2

98-107

EN

Purpose: The main task of this work was to study the effect a the precipitation hardening on the microstructure and mechanical properties of 6061, 6063 and 6082 aluminium alloys. Design/methodology/approach: In this paper differential scanning calorimetry (DSC) and hardness measurements have been utilized to study the effect of a precipitation hardening on the mechanical properties in 6xxx aluminium alloys. The mechanical (Rm and Rp0.2) and plastic (A, Z) properties of the examined alloys were evaluated by uniaxial tensile test at room temperature. The microstructure was observed using optical microscope - Nikon 300, scanning electron microscope HITACHI S-3400 (SEM) in a conventional back-scattered electron mode. Findings: The results show that the microstructure and mechanical properties changes during artificial aging due a the precipitation strengthening process. Therefore, the parameters (time and aging temperature) of precipitation strengthening process that may lead to the most favourable mechanical properties of 6061, 6063 and 6082 alloys were determined. Practical implications: This paper is the part of previous author's investigations which results in modification of the heat treatment parameters that may lead to the most favorable mechanical properties of 6xxx alloys. Originality/value: The paper has provided essential data about influence chemical composition and aging parameters on the microstructure and mechanical properties of 6061, 6063 and 6082 alloys.

19

Effect of heat treatment on tensile and fracture toughness properties of 6082 alloy

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Nowotnik A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 32, nr 2

162-170

EN

Purpose: The present study investigates the effect of heat treatment parameters (temperature and time) on the tensile properties and fracture toughness of 6082 aluminium alloy. Design/methodology/approach: Tensile strength - Rm, yield strength - Rp0.2 and elongation - A of the 6082 aluminium alloy were determined by uniaxial tensile test at room temperature. Furthermore, the aged alloy was tested in tension in order to evaluate its fracture toughness. Therefore, according to ASTM standard tests were performed on fatigue precracked compact tension (KIc) and sharp-notched specimens ( ) in both the longitudinal and transverse orientation with respect to the rolling direction. Findings: The results show that the microstructure, mechanical properties and fracture toughness changes during artificial aging due to the precipitation strengthening process. Practical implications: This paper is the part of previous authors’ investigations which results in modification of the heat treatment parameters that may lead to the most favorable mechanical properties and fracture toughness of 6082 alloy. Originality/value: Paper contains a broad spectrum of experimental data including uniaxial tensile test and fracture toughness investigation based on two various technique and as well as a new ideas concerning aging parameters and their effect on the mechanical properties and ductility of the 6082 alloy.

20

Intermetallic phase particles in cast AlSi5Cu1Mg and AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloys

Mrówka-Nowotnik G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2009

|

Vol. 38, nr 2

69-28

EN

Purpose: In the technical Al alloys even small quantity of impurities - Fe and Mn - causes the formation of new phase components. Intermetallic particles form either on solidification or whilst the alloy is at a relatively high temperature in the solid state, e.g. during homogenization, solution treatment or recrystallization. The exact composition of the alloy and casting condition will directly influence the selection and volume fraction of intermetallic phases. The main objective of this study was to analyze the morphology and composition of complex microstructure of intermetallic phases in cast AlSi5Cu1Mg and AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloys. Design/methodology/approach: In this study, several methods were used such as: optical light microscopy (LM), scanning (SEM) electron microscopy in combination with X-ray analysis (EDS) using polished sample, and X-ray diffraction (XRD) to identify intermetallics in cast AlSi5Cu1Mg and AlCu4Ni2Mg2 aluminum alloys. Findings: The results show that the microstructure of cast AlSi5Cu1Mg and AlCu4Ni2Mg2 aluminum alloys in T6 condition consisted a wide range of intermetallic phases. By using various instruments (LM, SEM, XRD) and techniques (imagine, EDS) following intermetallic phases were identified: Β-Al5FeSi, α-Al15(FeMn)3Si - in AlSi5Cu1Mg alloy and Al7Cu4Ni, Al12Cu23Ni, Al2CuMg, AlCuFeNi - in AlCu4Ni2Mg2 alloy. Research limitations/implications: In order to complete and confirm obtained results it is recommended to perform further analysis of the investigated aluminium alloys. Therefore it is planned to include in a next studies, microstructure analysis of the alloys by using transmission electron microscopy technique (TEM). Practical implications: Since the morphology, crystallography and chemical composition affect the intermetallic properties, what involves changes of alloy properties, from a practical point of view it is important to understand their formation conditions in order to control final constituents of the alloy microstructure. Originality/value: This paper proposes the best experimental techniques for analysis of the intermetallic phases occurring in the cast AlSi5Cu1Mg and AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloys. This study has showed that the chemical phenol extraction method for the cast aluminium alloy is applicable.