Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Microstructural evolution and development of mechanical properties of spark plasma sintered WC–Co cemented carbides for machine parts and engineering tools

Garbiec D., Siwak P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 1

215--223

EN

WC–Co, WC–Co–Cr3C2 and WC–Co–TaC–NbC cemented carbides were spark plasma sintered and the microstructure and main mechanical properties of the obtained specimens were investigated. A series of WC–6Co cemented carbides was heated to the sintering temperature of 1400 °C at 200 and 400 °C/min at compacting pressures of 50 and 60 MPa. It was shown that the specimens spark plasma sintered at 400 °C/min and at 60 MPa possess the best mechanical properties. These parameters were applied for sintering WC–6Co cemented carbides with addition of grain growth inhibitors such as Cr3C2 and TaC–NbC. The influence of the grain growth inhibitors content was studied. The X-ray diffraction test results show that decarburization of the WC phase occurred and carbon deficient W2C and η (Co3W3C, Co6W6C) phases were formed during spark plasma sintering, wherein an increase in compacting pressure from 50 to 60 MPa results in a diminution in the carbon diffusion processes. The mechanical properties of the cemented carbides were defined. The best ratio of hardness and fracture toughness was obtained for WC–6Co–1Cr3C2: hardness was 1808 ± 19 HV30 and fracture toughness was 10.17 ± 0.27 MPa m1/2.

2

Wytwarzanie drutu spawalniczego do spawania kształtowników ze stopów aluminium o podwyższonej zawartości magnezu za pomocą wyciskania na zimno metodą KOBO

Heyduk F., Garbiec D., Lijewski M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

T. 29, nr 1

87--96

PL

Do spawania stopów aluminium serii 5xxx dostępne są na rynku jedynie druty spawalnicze wykonane ze stopów Al-Mg o zawartości magnezu do maksymalnie 5%. W artykule przedstawiono technologię wytwarzania drutu spawalniczego do spawania kształtowników ze stopów aluminium o podwyższonej zawartości magnezu za pomocą wyciskania metodą KOBO oraz wstępne wyniki badań drutu o 7% zawartości magnezu. Materiałem przeznaczonym do wyciskania były odlewy uzyskane w procesie odlewania grawitacyjnego z materiału wsadowego w postaci pociętych profili ze stopu AlMg7. Uzyskane odlewy, w kształcie walca o średnicy 40,0 mm, poddano wyciskaniu na zimno metodą KOBO z wykorzystaniem zmodernizowanej prasy Sack&Kiesselbach o sile 25000 kN. W zestawie narzędziowym zastosowano pojemnik (recypient) o średnicy 40,5 mm i otwór w obrotowym stemplu o średnicy 2,0 mm, co odpowiada stopniowi przerobu plastycznego materiału λ = 410. Celem uzyskania lepszej jakości powierzchni i dokładnej średnicy drutu, wynoszącej 1,2 mm, zastosowano proces przeciągania. Przeciąganie drutu od średnicy 2,0 mm do średnicy 1,2 mm (λ = 3) spowodowało wzrost twardości o 65%, wytrzymałości na rozciąganie o 63%, w porównaniu do drutu wyciskanego. Wykazano, że zastosowanie metody KOBO do wytwarzania drutu spawalniczego ze stopu AlMg7 jest możliwe. Wytworzony w ten sposób drut charakteryzuje się wymaganym składem chemicznym i właściwościami mechanicznymi umożliwiającymi stosowanie go w zrobotyzowanym procesie spawania.

EN

For welding 5xxx aluminum alloys, only welding wires made of Al-Mg alloys with a magnesium content up to a maximum of 5% are available on the market. The paper presents the technology of welding wire production by means of KOBO extrusion with an increased magnesium content for welding profiles of aluminum alloys and the preliminary results of wire studies with a 7% magnesium content. The material to be extruded were ingots obtained in the process of gravity casting, from feedstock in the form of cut AlMg7 alloy profiles. The obtained cylindrical ingots with a diameter of 40.0 mm were subjected to cold extrusion using the KOBO method, using a modernized Sack & Kiesselbach press with the force of 25,000 kN. A container (recipient) with a diameter of 40.5 mm and a hole in a rotating punch with a diameter of 2.0 mm are used in the tool set, which corresponds to the degree of plastic material processing λ = 410. To achieve a better surface quality and accurate wire diameter of 1.2 mm, a drawing process was used. Wire drawing, from 2.0 mm in diameter to 1.2 mm in diameter (λ = 3), increased the hardness by 65%, the tensile strength by 63% compared to the extruded wire. It has been shown that the use of the KOBO method for producing AlMg7 alloy welding wire is possible. The wire manufactured in this way is characterized by the required chemical composition and mechanical properties, making it possible to use it in a robotic welding process.

3

Effect of TaC–NbC additive on durability of WC–Co cutting edges

Siwak P., Garbiec D., Peta K.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 4

153--157

EN

The paper presents the results of studies on the influence of the addition of TaC–NbC on WC–5Co cemented carbides produced by pulse plasma sintering, and their effect on the hardness of cutting inserts and durability of cutting edges made from WC–5Co and WC–5Co–xTaC–NbC (x = 0.5, 2.5, 4.5) cemented carbides. The Vickers hardness was measured according to the PN–EN 23878:1996 standard and the durability was measured during machining using a conventional lathe where the shaft (counter-specimen) was made from 1.4541 stainless steel. The obtained results clearly show the positive effect of the addition of TaC–NbC on the hardness of cutting inserts and durability of cutting edges. The hardness increased by 5% for the WC–5Co–2.5TaC–NbC insert in comparison to pure the WC–5Co insert. The durability of the cutting edges also increased by 20% for the WC–5Co–2.5TaC–NbC insert.

PL

Węgliki spiekane są powszechnie stosowane do produkcji ostrzy skrawających oraz różnych elementów części maszyn. Jak wiadomo, podczas spiekania ziarna węglika wolframu (WC) ulegają rozrostowi, co jest zjawiskiem niepożądanym. W przypadku węglików spiekanych rozrost ziaren WC można skutecznie ograniczyć przez wprowadzenie do mikrostruktury m.in. węglika chromu (Cr3C2), węglika tantalu (TaC), węglika niobu (NbC), węglika wanadu (VC) czy węglika tytanu (TiC). Węgliki te pełnią funkcję inhibitorów wzrostu ziaren WC. Ponadto zastosowanie zaawansowanych metod metalurgii proszków, do których zalicza się metodę spiekania impulsowo- plazmowego (PPS), także przyczynia się do ograniczenia rozrostu ziaren m.in. ze względu na niższą temperaturę i krótszy czas spiekania. Metoda PPS należy do nowoczesnych metod spiekania wspomaganego polem elektrycznym (FAST). W ramach prezentowanej pracy dokonano analizy wpływu dodatku TaC–NbC w ilości 0,5; 2,5 i 4,5% mas., na twardość płytek oraz trwałość ostrzy skrawających z węglików spiekanych WC–5Co wytworzonych za pomocą metody PPS.

4

Microstructural, Corrosion and Abrasive Characteristics of Titanium Matrix Composites

Figiel P., Garbiec D., Biedunkiewicz A., Biedunkiewicz W., Kochmański P., Wróbel R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 4

2051--2059

EN

Commercially pure titanium is less expensive, generally more corrosion resistant and lower in strength than its alloys, and is not heat-treatable. The use of Ti and its alloys as construction materials under severe friction and wear conditions is limited due to their poor tribological properties. Nevertheless, proper addition of hard ceramic particles into Ti and its alloys has proved to be an efficient way to enhance their mechanical and wear properties. Our purpose in this work was to analyze the corrosion, tribocorrosion, mechanical and morphological effects of combining titanium carbide with titanium metal, to create a unique composite via spark plasma sintering technique (SPS). Composites with different mass percentage (1, 5, 10, 15 and 20 wt %) of ceramic phase were produced. The samples of pure Ti and Ti-6Al-4V alloy were also tested, as a reference. These composites were examined for mechanical properties and corrosion resistance in an environment similar to the human body (Ringer’s solution). Open circuit potential (OPC) and anodic polarization measurements were performed. The properties of titanium composites reinforced with micro- and nanocrystalline TiC powders were compared. It was stated that wear properties were significantly improved with increasing amount of TiC in matrix, especially in the case of nanocrystalline reinforcement. In terms of corrosion resistance, the composites showed slightly worse properties compared to pure titanium and Ti-6Al-4V alloy.

5

Mikrostruktura i właściwości węglików spiekanych WC-6Co wytwarzanych metodą spiekania iskrowo-plazmowego (SPS)

Garbiec D., Siwak P.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 2

123--132

PL

Węgliki spiekane stanowią główną grupę materiałów narzędziowych, co wynika z ich dobrych właściwości skrawnych i wytrzymałościowych. Do wytwarzania węglików spiekanych stosowane są metody metalurgii proszków, spośród których za wysoce perspektywiczne uważa się spiekanie iskrowo-plazmowe. W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na mikrostrukturę, a w konsekwencji na gęstość, twardość oraz odporność na kruche pękanie węglików spiekanych WC-6Co wytwarzanych metodą spiekania iskrowo-plazmowego. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 przeprowadzono w próżni w temperaturze 1200°C w czasie 10 min przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 lub 60 MPa, z szybkością nagrzewania 200 lub 400°C/min. Z wytworzonych spieków wycięto, za pomocą wycinania elektroerozyjnego, próbki do pomiarów i badań. Pomiary gęstości przeprowadzono metodą Archimedesa zgodnie z normą ISO 3369:2006, natomiast pomiary twardości metodą Vickersa zgodnie z normą ISO 6507-1:2007. Wyznaczono odporność na kruche pękanie. Obserwacje mikrostruktury w kontraście elektronów wstecznie rozproszonych przeprowadzono z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego. Wykazano, że gęstość względna zwiększa się wraz ze zwiększeniem ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania, przy czym szybkość nagrzewania ma mniejsze znaczenie. Ponadto zwiększenie twardości wpływa na zmniejszenie odporności na kruche pękanie. Największą twardością, wynoszącą 1726 HV30, odznaczają się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa z szybkością nagrzewania 400°C/min. Odporność na kruche pękanie tych materiałów wynosi 8,66 MPa·m1/2.

EN

Cemented carbides constitute the main group of tool materials due to their good cutting and strength properties. To produce cemented carbides powder metallurgy methods are used, among which spark plasma sintering is considered to be highly prospective. The paper presents the results of research on the effect of compaction pressure and heating rate on the microstructure and consequently on the density, hardness and fracture toughness of WC-6Co cemented carbides produced by spark plasma sintering. Sintering using an HP D 25-3 furnace was performed in vacuum at 1200°C for 10 min at a compaction pressure of 50 or 60 MPa and at a heating rate of 200 or 400°C/min. Samples for measurements and testing were cut by electrical discharge machining from the sintered compacts. Density measurements were carried out using the Archimedes method according to ISO 3369:2006 standard, while Vickers hardness measurements were performed according to ISO 6507-1:2007 standard. The fracture toughness was determined. Microstructure observations in backscattered electrons contrast were conducted using a scanning electron microscope. It was shown that the relative density increases with increasing compaction pressure and heating rate, whereby the heating rate is less important. In addition, an increase in hardness affects a reduction in the fracture toughness. The compacts sintered at the compaction pressure of 50 MPa at the heating rate of 400°C/min exhibited the highest hardness of 1726 HV30. The fracture toughness of these materials is 8.66 MPa·m1/2.

6

Badania tribologiczne materiałów przeznaczonych na elementy łożysk tocznych

Chruściński M., Wielowiejska-Giertuga A., Garbiec D., Rubach R., Ziółkiewicz S.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2017

|

T. 28, nr 4

239--250

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych materiałów zastosowanych na elementy łożysk tocznych. Celem badań było określenie właściwości tribologicznych elementów wielkogabarytowego łożyska tocznego krzyżowego, wykonanych ze stopu aluminium serii 6xxx, metodami obróbki plastycznej oraz serii 7xxx metodami metalurgii proszków. Badania zrealizowano z wykorzystaniem testera tribologicznego T-05 (ITeE – PIB) pracującego w układzie badawczym typu blok – pierścień. Do badań tribologicznych wytypowano skojarzenie separator – pierścień łożyska (aluminium – aluminium) oraz separator – rolka (aluminium – stal). Próbkę stanowił nie-ruchomy blok z promieniem, wykonany ze stopu aluminium EN AW-6060 lub EN AW-7075 dociskany stała siłą F = 100 N do przeciwpróbki, którą był pierścień wykonany ze stopu aluminium EN AW-7075 po procesie anodowania lub ze stali 100Cr6, obracający się ze stałą prędkością 100 obr/min. Testy tarciowo-zużyciowe zrealizowano na drodze tarcia 2000 m w temperaturze otoczenia (23°C) bez udziału środka smarnego, z zastosowaniem warstwy proszku nanoMoS2, z zastosowaniem smaru Tytalit lub z zastosowaniem warstwy proszku nano-MoS2 i smaru Tytalit. Proszek nano-MoS2 nanoszono na powierzchnię współpracującą bloku metodą kulowania, a smar Tytalit nakładano na powierzchnię współpracującą pierścienia bezpośrednio przed rozpoczęciem testu. Wykazano, że naniesienie na współpracującą powierzch-nię bloku warstwy proszku nano-MoS2 oraz wprowadzenie do strefy tarcia smaru Tytalit, wpłynęło znacząco na zmniejszenie oporów tarcia w badanych węzłach tarcia, a tym samym zmniejszyło zużycie materiału.

XX

This article presents the results of tribological tests of materials applied in roller bearing parts. The goal of tests was to determine the tribological properties of parts of a large-size cross roller bearing made from 6xxx-series aluminum alloy by means of metal forming methods and from 7xxx-series aluminum alloy by means of powder metallurgy methods. Tests were conducted using a T-05 tribological tester (ITeE - PIB) working in a block – ring testing system. The bearing’s separator – ring (aluminum – aluminum) and separator – roller (aluminum – steel) pairs were selected for friction tests. The sample was an immobile block with a ray, made from EN AW-6060 or EN AW-7075 aluminum alloy, pressed with a constant force of F = 100 N to the countersample, which was a ring made from anodized EN AW-7075 aluminum alloy or 100Cr6 steel, rotating at a constant speed of 100 rpm. Friction and wear tests were performed over a friction path of 2000 m at ambient temperature (23°C) without lubricant, with the application of a nano-MoS2 powder layer, with the application of Tytalit grease, or with the application of a layer of nanoMoS2 powder and Tytalit grease. Nano-MoS2 powder was applied to the friction surface of the block by ball burnishing, and Tytalit grease was applied to the friction surface of the 2 ring immediately prior to testing. It was demonstrated that applying a nano-MoS2 powder layer to the block’s friction surface and introducing Tytalit grease into the friction zone significantly reduced friction resistance in the tested friction pairs and thus reduced material wear.

7

Effect of manufacturing technology of ball-and-socket joint made of Co28Cr6Mo alloy on its tribological properties

Mróz A., Garbiec D., Jakubowicz J., Łapaj Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

26--31

EN

The article presents the results of friction and wear testing of ball-and-socket joints, made of ASTM F75 alloy powder, applying the technologies of selective laser melting and spark plasma sintering. The reference material constituted joints produced by machining from a ASTM F1537 LC rod. The tribological tests were carried out using the movement simulator of a spinal motion segment of our own design, in the environment of distilled water. The test results consisted of a comparison of the friction resistance values occurring in the friction couple and comparison of the wear indicators of the upper and lower components, which simulate the tribological system of an intervertebral disc endoprosthesis in the spinal lumbar segment. Analysis of the wear mechanism of the bearing surfaces was performed on the basis of microscopic observations and measurements of friction surface roughness. Regardless of the manufacturing technology, the coefficient of friction varied in the range of 0.25 to 0.30, wherein a median value for all the tested material combinations was in the range of 0.27 to 0.29. The lowest resistance to tribological wear was demonstrated by the joints produced employing spark plasma sintering technology. The wear of the joints produced with this technology was about 20% higher in comparison to those joints formed by selective laser melting, and about 30% higher compared to the joints produced in a conventional manner from ASTM F1537 LC alloy. Observations performed using scanning electron microscopy showed that regardless of the production technology, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Unlike the joints produced in a conventional manner, the bearing surfaces of the components produced by means of selective laser melting and spark plasma sintering technologies, there is evidence of fatigue damage. The results call into question the possibility of using alternative technologies in the manufacturing process of endoprosthesis components exposed to tribological wear.

PL

Celem pracy była analiza mechanizmu zużycia tribologicznego powierzchni trących elementów przegubu kulowego w warunkach kinematyki ruchu i obciążeń zbliżonych do tych, które występują w naturalnym segmencie ruchowym odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Uzyskane wyniki badań pozwoliły odpowiedzieć na pytanie, czy istnieje potencjalne uzasadnienie możliwości zastosowania technologii selektywnego przetapiania laserowego SLM (selective laser melting) i iskrowego spiekania plazmowego SPS (spark plasma sintering) w procesie wytwarzania elementów endoprotez współpracujących ślizgowo.

8

Wpływ temperatury i czasu spiekania na właściwości spieków z proszku Mg wytworzonych metodą SPS

Garbiec D., Heyduk F., Pachutko B., Andrzejewski D.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 3

263--272

PL

Magnez ze względu na małą gęstość wynoszącą 1 /4 gęstości stali i 2 /3 gęstości aluminium znajduje coraz szersze zastosowanie jako materiał na elementy maszyn, głównie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Do najważniejszych metod wytwarzania magnezu zalicza się metody odlewnicze i metalurgię proszków. Spośród metod metalurgii proszków za wysoce perspektywiczną uważa się metodę iskrowego spiekania plazmowego. W artykule przedstawiono wyniki badań nad wpływem temperatury i czasu spiekania na gęstość, twardość oraz wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie spieków z proszku magnezu wytworzonych metodą iskrowego spiekania plazmowego. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 prowadzono w próżni w temperaturze 500 oraz 550°C w czasie 2,5, 5 i 10 min z szybkością nagrzewania wynoszącą 100°C/min i ciśnieniem prasowania wynoszącym 50 MPa. Z wytworzonych spieków wycięto za pomocą wycinania elektroerozyjnego próbki do badań, które następnie poddano pomiarom gęstości zgodnie z normą ISO 2738:2001 i twardości metodą Vickersa zgodnie z normą ISO 6507-1:2007, obserwacjom struktury za pomocą mikroskopii świetlnej oraz badaniom wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie. Przeprowadzono także obserwacje powierzchni przełomów próbek po statycznej próbie rozciągania za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, co pozwoliło ujawnić międzykrystaliczny charakter powstałych pęknięć. Wykazano, że najkorzystniejszymi właściwościami odznaczają się spieki z proszku magnezu wytworzone w temperaturze 550°C w czasie 5 min, charakteryzujące się gęstością względną wynoszącą 99,83% i twardością wynoszącą 53 HV0,5 oraz wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 46 MPa i wytrzymałością na ściskanie wynoszącą 221 MPa.

EN

Magnesium, due to its low density of 1/4 the density of steel and 2/3 the density of aluminum, is increasingly used as a material for machine parts, mainly in the automotive and aerospace industries. The most important methods for the production of magnesium parts include casting and powder metallurgy methods. Among the powder metallurgy methods, spark plasma sintering is considered as a highly prospective method. The article presents the results of research on the influence of sintering temperature and holding time on the density, hardness, ultimate tensile strength and compressive strength of spark plasma sintered magnesium powder. Sintering using an HP D 25-3 was carried out in vacuum at 500 and 550°C for 2.5, 5 and 10 min, at a heating rate of 100°C/min and a compaction pressure of 50 MPa. Samples were cut by wire electrical discharge machining from the sintered compacts, which were then subjected to density measurements in accordance with ISO 2738:2001, Vickers hardness in accordance with ISO 6507-1:2007, observation of the structure using light microscopy, as well as tensile and compressive tests. Observations of sample fracture surfaces were also conducted after the tensile test using a scanning electron microscope, which revealed the nature of the formed intergranular cracks. It was shown that the magnesium spark plasma sintered at 550°C for 5 min demonstrates the most advantageous properties: a relative density of 99.83%, hardness of 53 HV0.5, ultimate tensile strength of 46 MPa and a compressive strength of 221 MPa.

9

Wpływ parametrów procesu spiekania na właściwości płytek skrawających wytwarzanych metodą iskrowego spiekania plazmowego

Siwak P., Garbiec D., Chwalczuk T.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 10

1408--1409

PL

Do wytworzenia płytek skrawających z proszków WC-Co zastosowano iskrowe spiekanie plazmowe. Uzyskane spieki poddano pomiarom gęstości i twardości oraz wyznaczono ich odporność na kruche pękanie. Dokonano obserwacji mikrostruktury. Wykazano, że wymaganą dla materiałów narzędziowych twardością odznaczają się płytki z proszku o ultradrobnej wielkości cząstek.

EN

For the production of cutting inserts, used spark plasma sintering method. The article include resulting density, hardness, fracture toughness and images of the microstructure cemented carbides (WC-Co). The cutting inserts fabricated from powder with ultrafine particles characterized a required for tool materials hardness.

10

Analysis of improvements in technologicalproperties of WC-Co tool materials fabricated by sparkplasmasintering

Siwak P., Peta K., Garbiec D.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2016

|

Vol. 75, nr 2

61--65

EN

Purpose: The technological properties of WC-Co tool materials fabricated by spark plasma sintering has been investigated. Design/methodology/approach: The technological properties has been investigated using instrumented indentation and a Vickers tip indenter with an applied load of 300 mN. SEM and LM methods were used to characterize the microstructure. Findings: The best results of nanohardness (2144 HV0.031), elastic modulus (673 GPa), susceptibility to brittle cracking (0.60 μm/N) and work cracking (0.09 μJ) were obtained by compacts spark plasma sintered for a holding time of 3 min and at a heating rate of 300°C/min from a WC-6Co premixed powder with a particle size of 100-200 nm. Practical implications: The nanohardness, elastic modulus, susceptibility to brittle cracking and work cracking have been studied. Originality/value: Investigations of the role of holding time and heating rate in the spark plasma sintering process of WC-6Co tool materials revealed that nanohardness, elastic modulus and susceptibility to brittle cracking increase with a decreasing holding time and heating rate in contrast to work cracking which decreased.

11

Effect of manufacturing technology on tribological properties of Co28Cr6Mo alloy

Mróz A., Garbiec D., Jakubowicz J., Łapaj Ł., Wielowiejska-Giertuga A., Gierzyńska-Dolna M.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 5

245--251

EN

The physical, chemical, mechanical properties of alloys used in endoprosthesis components in the osteoarticular system or dental implants depend not only on the chemical composition, but also on the applied production technology. The article presents the results of friction and wear testing of samples produced by selective laser melting and spark plasma sintering of the ASTM F75 alloy powder (Co28Cr6Mo alloy). As reference material, an ASTM F1537 LC rod was used from which samples were prepared by machining. The friction and wear tests were conducted by means of a tribological tester with a block-ring tribosystem. The tests were performed without lubricating fluid at ambient temperature. The test results constituted a comparison of the frictional resistance in contact with bearing steel 100Cr6 as well as a comparison of the wear values depending on the given friction pair load as a function of sliding distance. Analysis of the wear mechanism of the test materials was based on microscopic observation of the friction surfaces, chemical composition analysis of the surfaces using energy dispersive X-ray spectroscopy as well as roughness measurements. For the friction pair involving the reference sample, the friction coefficient was characterized by a constant value of about 0.40 regardless of the load or travelled sliding distance. In the case of the samples greater frictional resistance was found. The friction coefficient for the friction pairs involving samples produced using the technology of selective laser melting and spark plasma sintering varied in the range 0.50 to 0.62 and from 0.70 to 0.74. Based on the obtained results of weight loss, it was calculated that the reference material sample was characterized by the smallest wear coefficient, while the largest was demonstrated by samples produced by spark plasma sintering. Microscopic observations showed that regardless of the employed technology to produce the samples, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Analysis of the chemical composition of the tested material confirmed the tendency to form oxide layers on the surface. As a result of the ongoing wear, the roughness of the friction surfaces increased. The longer the sliding distance the sample travelled, the greater the increase in the Ra parameter value and the greater the force loading the friction couple.

PL

Właściwości stopów stosowanych na endoprotezy układu kostno-stawowego lub implanty stomatologiczne mogą różnić się nie tylko ze względu na skład chemiczny, ale także ze względu na zastosowaną technologię wytwarzania. W ostatnich latach obserwowano wzrost zainteresowania technikami addytywnymi oraz rozwój metod konsolidacji materiałów proszkowych, które w procesie spiekania wykorzystują zjawiska fizyczne towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego. Przykładami takich technologii są odpowiednio selektywne przetapianie laserowe (SLM) oraz iskrowe spiekanie plazmowe (SPS). Dostępne publikacje wskazują na możliwość wykorzystania tych technologii do wytwarzania endoprotez, przy czym aspekt odporności na zużycie tribologiczne nie jest w tych pracach wystarczająco wyjaśniony. Celem podjętej pracy było porównanie odporności na zużycie tribologiczne i mechanizmu zużycia próbek wytworzonych z proszku stopowego ASTM F75 z zastosowaniem technologii SLM i SPS w odniesieniu do materiału referencyjnego ASTM F1537 LC.

12

Consolidation of Mg-SiC composites by spark plasma sintering

Garbiec D.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 2

74--78

EN

Mg based MMCs are increasingly used in automotive and aerospace applications. In this paper, Mg-SiC composites were obtained by the spark plasma sintering method. Various volume contents of SiC particles (5, 10, 15, 20 and 30 vol.%) were used. The samples have near full density, over 98%, and SEM observations confirmed the near full density of the sintered compacts. However, there was an optimum SiC content above which agglomeration of the SiC particles in the microstructure of the composites occurred. Moreover XRD analyses showed that besides Mg and α-SiC, β-SiO2 (low-temperature β-quartz) and Mg2Si phases are also present. The mechanical tests results demonstrate that the hardness and compressive strength of the obtained composites tend to increase with an increasing SiC volume content at the expense of compressive strain. The best results of hardness (111 HV0.5) and compressive strength (346 MPa) were obtained by the Mg-30%SiC composite.

PL

Metalowe materiały kompozytowe na bazie Mg są coraz częściej wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. W niniejszej pracy do wytworzenia kompozytów Mg-SiC wykorzystano metodę iskrowego spiekania plazmowego. Zastosowano różne udziały objętościowe cząstek SiC (5, 10, 15, 20 i 30% obj.). Uzyskane spieki odznaczają się gęstością względną zbliżoną do gęstości materiału litego wynoszącą powyżej 98%, co potwierdziły obserwacje za pomocą SEM. Ponadto analiza XRD wykazała w strukturze poza Mg i α-SiC obecność faz β-SiO2 (kwarc niskotemperaturowy β) i Mg2Si. Wyniki badań właściwości mechanicznych wskazują, że twardość i wytrzymałość na ściskanie zwiększa się wraz ze wzrostem udziału objętościowego SiC przy jednoczesnym zmniejszeniu odkształcenia. Największą twardością (111 HV0,5) oraz wytrzymałością na ściskanie (346 MPa) odznacza się kompozyt Mg-30%SiC.

13

Effect of compaction pressure and heating rate on microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered Ti6Al4V alloy

Garbiec D., Siwak P., Mróz A.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 4

702--707

EN

In the present paper, the use of spark plasma sintering on Ti6Al4V powder was investigated. Sintering experiments were conducted at the temperature of 1000°C for 5 min. The simultaneous effect of compaction pressures of 5, 25 and 50 MPa and heating rates of 200, 300 and 400°C/min on the structure, density, microhardness, elastic modulus and compressive strength were analyzed and ranged between 4.14 and 4.43 g/cm3, 293 and 373 HV0.05, 116 and 142 GPa, 1169 and 1414 MPa respectively. With increasing compaction pressure, the effect of an increase in grain size was observed. The obtained results show that very good mechanical properties can be achieved using spark plasma sintering at a rapid heating rate and already with the 25 MPa compaction pressure. The best results of microhardness (373 HV0.05) and compressive strength (1414 MPa) with an elastic modulus of 138 GPa were obtained by the compacts sintered under the compaction pressure of 50 MPa and at the heating rate of 300°C/min.

14

Wpływ temperatury spiekania na zużycie tribologiczne spieków 316L i 316L-HAp otrzymanych metodą iskrowego spiekania plazmowego

Mróz A., Garbiec D., Wiśniewski T., Gierzyńska-Dolna M., Magda J.

Tribologia

|

2015

|

nr 2

75--86

PL

Stosowanie bezniklowej stali austenitycznej 316L na implanty układu kostno-stawowego wiąże się z wieloma problemami eksploatacyjnymi. Jednym ze sposobów radzenia sobie z tymi ograniczeniami może być opracowanie nowych materiałów, w tym kompozytów, z zastosowaniem metalurgii proszków. W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych spieków 316L i 316LHAp (hydroksyapatyt, HAp) otrzymanych metodą iskrowego spiekania plazmowego z zastosowaniem różnej temperatury spiekania. Dla stali 316L zwiększenie temperatury spiekania z 1000 do 1100°C skutkowało pogorszeniem odporności na zużycie. Niemniej w porównaniu z litą stalą 316L odporność na zużycie tych materiałów była znacząco większa. Dla kompozytów 316L-HAp zwiększenie temperatury spiekania skutkowało polepszeniem odporności na zużycie. Zużycie kompozytu spiekanego w niższej temperaturze było porównywalne ze zużyciem materiału referencyjnego.

EN

The use of 316L stainless steel in osteoarticular system implants is associated with many operational problems. One of the methods that deal with these restrictions may be the development of new materials, including composites, using powder metallurgy. This paper presents the results obtained during tribological tests of 316L and 316L-HAp sintered materials produced with the use of the spark plasma sintering method applying various sintering temperature. The increase of the sintering temperature from 1000 to 1100°C resulted in the deterioration of the wear resistance of 316L. However, compared to solid 316L, the wear resistance of these materials was several dozen times higher. The increase of the sintering temperature resulted in the improvement of the wear resistance of 316L-HAp. The wear resistance of the composites that had been sintered at lower temperatures was comparable to the reference material.

15

Stale szybkotnące spiekane metodą SPS

Madej M., Garbiec D.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 8

379--385

PL

W artykule przedstawiono wyniki w zakresie badania mikrostruktury spiekanych metodą SPS kompozytów na osnowie stali szybkotnącej gatunku M3/2. Kompozyty na osnowie stali szybkotnącej wytwarzano do tej pory wieloma metodami, jednak metoda iskrowego spiekania plazmowego (Spark Plasma Sintering) stanowi nowatorską metodę ich wytwarzania. Materiał badawczy stanowiły kształtki ze stali szybkotnącej z dodatkiem żelaza i z dodatkiem żelaza i miedzi. Kształtki spiekano metodą SPS z wcześniej przygotowanych mieszanek proszków. Kompozyty poddano badaniom gęstości względnej, twardości, wytrzymałości na zginanie. W pracy przedstawiono także mikrostruktury spiekanych kompozytów.

EN

The article presents the results for the investigations of the microstructure and properties of HSS based composites sintered by SPS method. HSS based composites could be produced by a many methods, but the method of spark plasma sintering (Spark Plasma Sintering) is a novel method for their preparation. The powder compositions used to produce composites were: 45%Fe-15%Cu-40%M3/2 and M3/2+50 % Fe. The powders were sintered by SPS method at 950 °C under pressure 50 MPa for 2,5 minutes. The as-sintered composites were tested for density, Brinell hardness and bending strength. From the analysis of the obtained results it has been found that the mechanical properties are mainly affected by the chemical compositions of composites and its porosity. The analysis have shown that the addition of copper reduces the hardness while increasing the bending strength. The study also shows the microstructure of the as-sintered composites.

16

Wpływ ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na zużycie tribologiczne spieków z proszku Ti6Al4V wytwarzanych metodą SPS

Garbiec D., Wiśniewski T., Mróz A., Miler M., Gierzyńska-Dolna M., Heyduk F.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 2

147--158

PL

Stop Ti6Al4V ze względu na swoje właściwości znajduje zastosowanie nie tylko w technice, ale także w medycynie, np. na implanty porowate, jak i lite. W przypadku implantów litych, ważnym problemem są niezadowalające właściwości tribologiczne tego stopu. Celem ich poprawy stosuje się nowe techniki wytwarzania do których zalicza się metodę iskrowego spiekania plazmowego (spark plasma sintering – SPS). W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań tribologicznych spieków z proszku Ti6Al4V wytworzonych tą metodą. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 prowadzono w temperaturze 1000°C w czasie 5 min przy ciśnieniu prasowania wynoszącym odpowiednio 5, 25 i 50 MPa z szybkością nagrzewania wynoszącą odpowiednio 200, 300 i 400°C/min. Wytworzone spieki poddano pomiarom gęstości i twardości, obserwacjom mikrostruktury oraz testom tarciowo-zużyciowym z wykorzystaniem testera tribologicznego T-05 (skojarzenie badawcze blok–pierścień) przy obciążeniu skojarzenia badawczego siłą odpowiednio 120, 220 i 320 N. Testy realizowano ze stałą prędkością wynoszącą 0,36 m/s na drodze tarcia 1000 m. Przed-stawiono zależność zmiany współczynnika tarcia w funkcji drogi tarcia oraz określono zużycie masowe i objętościowe badanych materiałów. Przeprowadzono również obserwacje morfologii powierzchni trących spieków. Wykazano, że najmniejszym zużyciem tribologicznym odznaczają się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa z szybkością nagrzewania wynoszącą 400°C/min, a głównym mechanizmem zużycia tribologicznego było zużycie ścierne. Na powierzchniach trących badanych próbek nie stwierdzono śladów zużycia adhezyjnego.

EN

The Ti6Al4V alloy due to its characteristics is applicable not only in technology but also in medicine, such as porous implants and solid ones. In the case of solid implants, a major problem is inadequate tribological properties of this alloy and in order to improve them, new manufacturing techniques which include the method of spark plasma sintering are applied. The article presents the preliminary tribological results of sinters from Ti6Al4V powder produced by the SPS method. Sintering using an HP D 25-3 was carried out at 1000°C over 5 min at a compaction pressure of respectively 5, 25 and 50 MPa at a heating rate of 200, 300 and 400 °C/min. The resulting sinters were measured for density and hard-ness, subjected to microstructure observations and friction and wear tests using the tribological tester T-05 (block–ring tribosystem) at tribosystem load forces of 120, 220 and 320 N. The tests were carried out at a constant speed of 0.36 m/s on a friction path of 1000 m. The dependence of the friction coefficient changes as a function of friction path as well as specified mass and volume wear of the tested materials is presented. Observations of the bearing surface morphology of the sinters were also conducted. It was shown that the sinters fabricated at a compaction pressure of 50 MPa and heating rate of 400°C/min demonstrated the least tribological wear, and the main tribological wear mechanism was abrasive wear. On the bearing surface of the tested samples there were no signs of adhesive wear.

17

Badania właściwości technologicznych płytek skrawających z węglików spiekanych typu WC-6Co wytwarzanych metodą impulsowo-plazmową

Siwak P., Garbiec D., Chwalczuk T.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 8-9CD2

113--122

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości technologicznych płytek skrawających z węglików spiekanych typu WC-6% wag. Co. Proszki były spiekane metodą spark plasma sintering, za pomocą urządzenia SPS HP D 25, które znajduje się Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Do wytwarzania płytek skrawających z węglików spiekanych zastosowano mieszaninę proszków z węglika wolframu i kobaltu typu WC- 6% wag. Co. Próbki wytwarzano w tej samej temperaturze, lecz w różnym czasie spiekania i z różną prędkością nagrzewania, w próżni 5•10−2 Pa, pod ciśnieniem 60 MPa.

EN

The paper present the investigation of technological cutting edges with cemented carbides type WC-6%Co-wt. Powder was sintering by Spark Plasma Sintering method and device SPS HP D 25. This device is in Metal Forming Institute in Poznan. In researches used powders with microscopic tungsten carbide size 30-50 μm and cobalt size 4-10 μm. Samples sintering at different time and temperatures in vacuum 5•10-2 Pa and pressure 50 MPa.

18

Wpływ wyciskania metodą KOBO na wytrzymałość zmęczeniową stopu aluminium 7075

Andrzejewski D., Borowski J., Garbiec D.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

368--371

PL

Badaniom poddano stop aluminium AW-7075 w stanie dostawy hutniczej (stan F) oraz po wyciskaniu metodą KOBO i po przesycaniu i starzeniu. Zaprezentowano wyniki pomiarów twardości, statycznej próby rozciągania oraz badań zmęczeniowych, które wykonano metodą klasyczną oraz przyśpieszoną Locati (ze skokowo wzrastającym naprężeniem o ok. 70 MPa, co 30 tys. lub 60 ty. cykli). Badania zmęczeniowe przeprowadzono na próbkach stożkowych (ze zmienną średnicą o promieniu krzywizny wynoszącym 72 mm). Celem badań było zbadanie wpływu kształtowania półwyrobu metodą wyciskania KOBO przeprowadzonego w temperaturze 400°C oraz chłodzonego wodą na wyjściu z matrycy na właściwości mechaniczne stopu oraz porównanie ich z materiałem nie poddanym wyciskaniu. Wyniki uzyskane w statycznej próbie rozciągania wykazywały zbliżoną granicę plastyczności, która wynosiła około 600 MPa oraz wytrzymałość na rozciąganie powyżej 650 MPa. Badaniom poddano próbki w stanie materiału obrobionego cieplnie na stan T6 oraz po wyciskaniu KOBO i zastosowaniu krótkookresowego przesycania i starzenia. Podobne wyniki wykazały pomiary twardości sposobem Brinella, które wyniosły 176 HB dla materiału w stanie T6 oraz 175 HB dla materiału po wyciskaniu metodą KOBO i obróbce cieplnej. Wyniki badań zmęczeniowych zrealizowanych przy częstotliwości 15 Hz, naprężeniu maksymalnym wynoszącym 354 MPa w cyklu odzerowo tętniącym — rozciągającym wskazują, że proces wyciskania KOBO z następującym po nim przesycaniem i starzeniem poprawia wytrzymałość zmęczeniową. Wyniki uzyskane w przypadku badań przeprowadzonych metodą Locati wskazywały na zbliżoną wytrzymałość zmęczeniową wszystkich badanych materiałów. Próbki w stanie hutniczym F podczas badań zmęczeniowych zostały obciążone naprężeniem wynoszącym 425 MPa, które było większe o 45 MPa od wytrzymałości na rozciąganie wyznaczonej w próbie statycznej, co świadczy o umocnieniu odkształceniowym, które nastąpiło podczas badań dynamicznych.

EN

Investigations on the AW-7075 aluminum alloy in the F state, following the KOBO extrusion, supersaturation and aging have been carried out. Results have been presented of the measurements of hardness, tensile tests and fatigue strength tests performed with the classic and Locati accelerated method (stepwise increasing stress by approx. 70 MPa every 30 to 60 thousand cycles). The tensile tests have been performed on conical samples (with a variable diameter of the curve radius of 72 mm). The aim of the investigations was the assessment of the influence of the KOBO method forming of a half-product in the temperature of 400°C subsequently chilled with water at the outlet of the cast on the mechanical properties of the alloy and a comparison with the material not subject to the extrusion. The results obtained in the tensile tests have shown similar elasticity boundary, which was approx. 600 MPa and tensile strength above 650 MPa. The tests have been performed on thermally processed samples to state T6 and following the KOBO extrusion and short-term supersaturation and aging. Similar results were obtained in the measurements with the Brinell method. They were 176 HB for the T6 material and 175 HB for the material following the KOBO extrusion and thermal processing. The results of the fatigue tests carried out at the frequency of 15 Hz, maximum stress of 354 MPa in the pulsating — tensile cycle indicate that the KOBO extrusion process with the subsequent supersaturation and aging improves its fatigue strength. The results obtained with the Locati method indicated similar fatigue strength of all tested materials. The samples in the F state during fatigue tests were loaded with the stress of 425 MPa, which was greater by 45 MPa than the tensile strength determined in the tests. This confirms the deformation strengthening that took place during the dynamic tests.

19

Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS): teoria i praktyka

Garbiec D.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

60--64

PL

W pracy omówiono metodę iskrowego spiekania plazmowego. Przedstawiono rys historyczny spiekania rezystancyjnego oraz etapy rozwoju technologii spiekania z wykorzystaniem silnoprądowych impulsów prądu stałego. Zaprezentowano schemat urządzenia do iskrowego spiekania plazmowego oraz opisano jego budowę. Przedstawiono obecny stan wiedzy na temat mechanizmu spiekania z wykorzystaniem silnoprądowych impulsów prądu stałego oraz wskazano zastosowanie metody iskrowego spiekania plazmowego, jak i jej dalszy rozwój. W pracy zaprezentowano parametry urządzenia SPS znajdującego się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Przedstawiono wyniki badań nad materiałami, które spiekano w Instytucie Obróbki Plastycznej od roku 2011. Wykazano, iż metodą SPS jest możliwe spiekanie materiałów jedno- i wielofazowych, których poszczególne komponenty różnią się temperaturą topnienia, gęstością i wielkością cząstek.

EN

The study discusses the method of Spark Plasma Sintering (SPS). It presents a historical outline of resistance sintering, and the developmental stages of sintering technology using high-current DC pulses. The material presents a schematic illustration of a spark plasma sintering furnace, and describes its construction approach. It also enables the reader to gain some awareness as to the current levels of knowledge found – with regards to the mechanism of sintering using high-current DC pulses – and, the method of spark plasma sintering and possible future developments in this field. The analysis presented in this paper utilizes parameters of the SPS device located at the Metal Forming Institute in Poznan. It describes results of tests carried out on materials which have been sintered at the Metal Forming Institute, since 2011. It has been shown, that it is possible to perform sintering using the SPS method on one or multiphase materials, which the individual components differ in melting point, density and particle size.

20

Struktura i właściwości stopu CoCrMo spiekanego metodą SPS

Miler M., Garbiec D., Saternus M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2015

|

Vol. 82, nr 9

632-637

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych oraz analizy struktury spieków z proszku stopu CoCrMo (ASTM 75) wytworzonych metodą iskrowego spiekania plazmowego. Spiekanie realizowano w temperaturze 1050ºC z szybkością nagrzewania 100°C/min, przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 100 MPa. Czas spiekania wynosił odpowiednio 5, 10 i 15 minut. Na podstawie uzyskanych wyników badań wykazano wpływ czasu spiekania na właściwości mechaniczne spieków. Największą twardością (381 HV0.5) oraz wytrzymałością na rozciąganie (1280 MPa) i na ściskanie (1847 MPa) odznaczają się próbki spiekane w czasie 5 minut.

EN

The paper presents results of strength and structural tests of sintered samples made of CoCrMo powder alloy (ASTM F75) and received by spark plasma sintering. The sintering process was carried out at a temperature of 1050ºC, using a heating rate of 100°C/min under compaction pressure of 100 MPa. Samples were sintered at different times − 5, 10 and 15 minutes. On the basis of research results was rated the impact of sintering time on the mechanical properties of obtained sintered samples. The samples sintered in time 5 minutes had the highest hardness (381 HV0.5), tensile strength (1280 MPa) and compressive strength (1847 MPa).