Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Struktura kompozytów Al-CF wytwarzanych metodami infiltracji

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

23--28

PL

W artykule przedstawiono strukturę kompozytów uzyskanych w procesie infiltracji ciekłym stopem Al tkanin węglowych typu 2D oraz 3D. W badaniach zastosowano stop aluminium z krzemem i manganem AlSi9Mn (trimal 37 -TR37). Jako zbrojenie wykorzystano tkaniny węglowe przygotowane z włókien, na których zastosowano bariery ochronne w postaci powłoki niklowej, powłoki z węglika krzemu oraz węgla pyrolitycznego. Preformy węglowe wykonano w Instytucie Konstrukcji Lekkich i Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych (ILK TU Dresden) oraz w Instytucie Technologii i Systemów Ceramicznych (Fraunhofer - IKTS). Proces infiltracji tkanin węglowych przeprowadzono z wykorzystaniem ciśnieniowo-próżniowej infiltracji na prasie Degussa oraz gazowo-ciśnieniowej infiltracji (GPI) w autoklawie zaprojektowanym i wykonanym w Katedrze Technologii Materiałów w Politechnice Śląskiej. Wytworzone kompozyty charakteryzowały się regularnym kształtem, bez powierzchniowych wad odlewniczych. Najlepsze połączenie komponentów, uzyskano w kompozycie AlSi9Mn/Cf(Ni) otrzymanym w procesie gazowo-ciśnieniowej infiltracji (GPI). Analiza mikrostruktury oraz obserwacja przełomów, nie wykazała oddzielania włókien od osnowy i ich wyciągania. Zniszczenie kompozytu następowało poprzez włókna. Przeprowadzone badania struktury nie wykazały obecności węglika aluminium na granicy włókno-osnowa, a także w osnowie, co pozwala przypuszczać, że kompozyty będą charakteryzowały dobre właściwości mechaniczne. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej planowanej w kolejnym etapie badań, w projekcie realizowanym w ramach programu DFG: „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn”.

EN

The structure of the composites obtained in infiltration processes 2D and 3D carbon preform by liquid Al alloy have been presented in this paper. An aluminum alloy with silicon and manganese AlSi9Mn (trimal 37-TR37) was applied in the researches. As the reinforcement used carbon perform prepared with various protective barriers such as the nickel coating, the coating of silicon carbide and pyrolytic carbon coating. Carbon preforms was prepared at the Institute for Lightweight Structures and Polymer Technology (ILK TU Dresden) and at the Institute of Technology and Ceramic Systems (Fraunhofer-IKTS). The process of infiltration of carbon perform by liquid aluminium alloy was carried out using a pressure-vacuum infiltration on the Degussa press and gas-pressure infiltration (GPI) in an autoclave designed and built at the Department of Materials Technology at the Silesian University of Technology. The obtained composites were characterized by a regular shape, with no surface casting defects. The best connection of components was observed in AlSi9Mn/Cf(Ni) composite, obtained by gas-pressure infiltration method (GPI). On metallographic specimens, good interface between fibres and the aluminium matrix were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres. During the failure crack propagated across fiber. There was no presence of aluminum carbide on the fiber-matrix. It can be assumed that the composite will be characterized by the good mechanical properties. However, this requires further experimental verification planned in the next stage of research, in the project realized within the DFG program: "3D textile reinforced aluminium matrix composites for complex loading situations in lightweight automobile and machine parts".

2

Aluminiowe kompozyty heterofazowe przeznaczone na tłoki do sprężarek powietrza

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Śleziona J., Starczewski M., Złotecki M.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

35--38

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań powierzchni odlewów kompozytowych kształtowanych w procesie odlewania kokilowego. W ramach realizacji projektu badawczo rozwojowego w Katedrze Technologii Materiałów Politechniki Śląskiej, zbudowano stanowisko umożliwiające wytworzenie w jednym cyklu produkcyjnym ponad 50 kg zawiesiny kompozytowej. Wykonane w warunkach przemysłowych odlewy do formy z rdzeniem wewnętrznym pięciodzielnym zamontowanej w kokilarce GM110 potwierdziły możliwość formowania metodami odlewniczymi tłoków kompozytowych. Odlewy wykonane z kompozytu AlSi7Mg/SiC i kompozytu heterofazowego AlSi7Mg/SiC+Cg zgodnie z procedurą technologiczną zakwalifikowano jako, poprawne i przeznaczono do obróbki mechanicznej kształtującej właściwe powierzchnie robocze tłoka do sprężarki powietrza. Wykonano badania porównawcze dla odlewów z niezbrojonego stopu AlSi7Mg i odlewów kompozytowych. Do oceny zdolności do wypełnienia wnęki formy i dokładności odwzorowania kształtu wykorzystano profilograf FRT analizując odległości pomiędzy środkami rowków na powierzchni płaszcza tłoka. Badania te potwierdziły różnice w lejności niezbrojonego stopu osnowy i zawiesin kompozytowych. Różnica w dokładności odwzorowania wymiarów formy nie dyskwalifikuje materiałów kompozytowych, wszystkie odlewy zostały zakwalifikowane jako poprawne i przeznaczone do obróbki mechanicznej.

EN

The article presents the results of surface test of composite shaped in the permanent mould casting process. As part of the research and development project realized in the Department of Materials Technology at the Silesian University of Technology, a pilot plant scale stand was built to manufacture of more than 50 kg suspensions in a single technological cycle. Made in industrial conditions castings to form in the five inner core mould mounted in GM110 permanent mould casting machine confirmed the possibility of the shaping the composite pistons. Castings made from composite suspension AlSi7Mg/SiC and AlSi7Mg/SiC + Cg according to the technology procedure were classified as correct and devoted to the proper machining forming working surfaces of the piston to the air compressor. Comparative tests were performed for the casting of unreinforced AlSi7Mg alloy and composite castings. To assess the ability to fill the mold cavity and the accuracy of mapping used in contour shape FRT analysis of the distance between the grooves on the surface of the piston skirt. Studies have confirmed the differences in the fluidity of alloy matrix and composites suspensions. The difference in the accuracy of the dimensional mapping mould does not disqualify of composite materials, all castings are classified as correct and used for machining.

3

Heterofazowa struktura tłoków kompozytowych wytwarzanych metodą odlewania kokilowego

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Lech-Grega M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2010

|

R. 55, nr 9

614-618

PL

Wielofazowe umocnienie stopów aluminium stanowi nowe rozwiązanie materiałowe pozwalające w znacznym stopniu na rozszerzenie możliwości projektowania i zróżnicowania właściwości wyrobów, przede wszystkim mechanicznych i tribologicznych. Tego typu kompozyty wykorzystano do produkcji tulei cylindrowych w silnikach Hondy Prelude 2.3 L i Toyoty Celica. Zastosowanie preformy z udziałem 12 % włókien Al2O3 i 9 % włókien węglowych pozwoliło na obniżenie masy bloku silnika, poprawę warunków chłodzenia oraz zmniejszenie zużycia poprzez tarcie. Nowym rozwiązaniem materiałowo--technologicznym może okazać się wykorzystanie metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o zbrojeniu heterofazowym. Jak wykazały badania autorów, zastosowanie zbrojenia w postaci mieszaniny cząstek węglika krzemu i węgla szklistego pozwala na stabilizację współczynnika tarcia, a przede wszystkim obniżenie zużycia partnera tarcia. Właściwości te mogą być wykorzystane w układzie tribologicznym tłok-cylinder, od którego wymaga się stabilności wymiarowej, wytrzymałości i trwałości. Z kolei właściwości kompozytów odlewanych determinowane są strukturą, czyli rodzajem, wielkością, kształtem i udziałem umocnienia oraz składem fazowym osnowy. Istotna jest również stabilność powierzchni międzyfazowej, która zapewnia trwałość wyrobu kompozytowego. W artykule przedstawiono strukturę i stan powierzchni rozdziału faz w heterofazowych tłokach kompozytowych odlewanych kokilowo. W badaniach wykorzystano metody mikroskopii świetlnej i skaningowej.

EN

The multi-reinforcement of aluminium alloys is a new material solution permitting in considerable degree on development of possibility design and properties diversification of product, first of all mechanical and tribological properties. Such kind of composites used as the production of cylinder sleeves in Honda Prelude 2.3 L and Toyota Celica engines. Application of 12 % Al2O3 short fibres and 9 % carbon preform permitted on lowering the mass of block of engine, improvement of conditions of cooling as well as decrease friction wear. New material and technological solution could be stirring method for obtaining heterophase composite suspension. How the authors' investigations showed, applying of silicon carbide and glassy carbon mixture of particles as reinforcement make possible to obtain material with stable of the friction coefficient and the first of all lowering wear of friction partner. These properties can be used in piston-cylinder tribological system which was required dimension stability, strength and durability. The properties of cast composites determined by the structure i.e. kind, size, shape and volume of reinforcement as well as the phase composition of the matrix. It essential is also the stability of the interface which assures the stability of composite product. The structure and the state of interface in composite pistons with heterophase reinforcement obtained by mould casting method are presented in the article. In the investigations the method of light and scanning microscopy was used.

4

Możliwości zastosowania kompozytów heterofazowych w tłokowych sprężarkach powietrza (komunikat)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 4

399-400

PL

Technologie wytwarzania kompozytów, bazujące na metodach ciekłofazowych, i kształtowanie wyrobów metodami odlewniczymi w porównaniu z metodami wykorzystującymi techniki sycenia preform są kilkasetkrotnie tańsze. Nowym rozwiązaniem materiałowo-technologicznym może okazać się wykorzystanie metody zawiesinowej do wytwarzania kompozytów o zbrojeniu heterofazowym. Jak wykazały badania autorów, zastosowanie jako zbrojenia cząstek SiC i węgla szklistego pozwala na stabilizację współczynnika tarcia, a przede wszystkim obniżenie zużycia partnera tarcia. Właściwości te mogą być wykorzystane w układzie tribologicznym tłok-cylinder, od którego wymaga się stabilności wymiarowej, wytrzymałości i trwałości. Celem badań realizowanych w ramach projektu badawczo-rozwojowego PBR N RO7 001106 jest opracowanie kompleksowej technologii wytwarzania tłoków kompozytowych o zbrojeniu heterofazowym. Planuje się przeniesienie procedury wytwarzania zawiesin kompozytowych, opracowanej w skali laboratoryjnej przez autorów projektu, na skalę półtechniczną, umożliwiającą w warunkach przemysłowych odlewanie kokilowe tłoków do sprężarek powietrza. Efektem końcowym realizowanego projektu rozwojowego będzie dokumentacja techniczna metody wytwarzania tłoków kompozytowych w oparciu o technologię odlewania kokilowego zawiesiny kompozytowej oraz wytworzenie partii prototypowej tłoków kompozytowych do sprężarek powietrza we współpracy z odlewnią "Złotecki" Sp. z o.o. w Rojewie.

EN

The technologies of composite production, basing on liquid phase methods and the formation of products by the casting methods are most economical in comparison with methods the using infiltration perform. New material and technological solution could be stirring method for obtaining heterophase composite suspension. The investigation realized on Faculty of Material Engineering and Metallurgy on Silesian Engineering within a framework of projects PBZ / KBN / 114 / T08 / 2008, KBN 3 T08D 024 28 confirmed good casting proprieties of composite suspensions. Applying as heterophase reinforcement (mixture of SiC and glassy carbon particles) make possible to obtain material with stable of the friction coefficient and the first of all lowering wear of friction partner. These properties can be used in piston - cylinder tribological system which was required dimension stability, strength and durability. Aim of investigations realized in frames of project PBR the N RO7 001106 is the develop of complex production technology of heterophase composites pistons applied in air compressor. Transfer from laboratory method to semi technical scale which enabling in industrial conditions cast the pistons is planned. As final result of project will be introduce full technological enabling procedure producing in quantity composite suspension approx. 50 kg of once melting. The realization of prototype part pistons should make possible in industrial conditions in support with mould casting method applied in firm "Złotecki".

5

Wytwarzanie i struktura nasycanych kompozytów Al - włókno węglowe

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 3

11-18

PL

W artykule przedstawiono wyniki wstępnych prób infiltracji ciekłym stopem Al tkaniny węglowej 2D i 3D, utkanej z włókien pokrytych niklem (HTS 40 A23 12K). W badaniach zastosowano stop 226D (Al-Si-Cu-Mg) modyfikowany 1% Mg i 0,03% Sr. Infiltrację prowadzono na prasie Degusa (temperatura 720°C, p = 15 MPa). Otrzymany kompozyt charakteryzował się regularnym kształtem, bez powierzchniowych wad odlewniczych. Korzystne połączenie komponentów, uzyskane w wyniku zastosowania odpowiednich parametrów procesu, potwierdziła analiza mikrostruktury i obserwacja przełomów, na których nie stwierdzono oddzielania włókien od osnowy i ich wyciągania. Dekohezja następowała przez osnowę i włókna, co pozwala przypuszczać, że kompozyt będzie miał dobre właściwości mechaniczne. Wymaga to jednak dalszej weryfikacji eksperymentalnej, co zaplanowano w projekcie „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/A1-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn", realizowanym w ramach programu DFG.

EN

In the article the results of preliminary infiltration tests 2D and 3D carbon performs, with the nickel couched (HTS 40 A23 12K), by the liquid Al alloy have been presented. In examinations 226D alloy (Al-Si-Cu-Mg) modified 1% Mg and Sr 0.03% was used. Infiltration process was carried out on the Degusa press (T =720°C, p =15 MPa). The manufactured composite was characterized the regular shape, without surface casting defects. Profitable connection components obtained as a result of applied parameters of the process, analysis confirmed microstructure and observation of turning points, which separating fibres from the warp and taking them wasn't being watched on. Decohesion takes place via the matrix and fibres, which allows the supposition that the composite will be characterized by the good mechanical properties This requires experimental verification, which is planned in the successive stage of the research in project "3D-textile reinforced aliminium matrix composites (3D-CF/A1-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

6

Struktura i właściwości kompozytów po odlewaniu ciśnieniowym

Wieczorek J., Śleziona J., Dyzia M., Dolata-Grosz A., Myalski J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 1

41-49

PL

Próby odlewania ciśnieniowego kompozytów AK12+15%SiC, AK12+15%Cs i AK12+15%SiC-Cs wykonano w firmie PRESS na zimnokomorowej maszynie ciśnieniowej o sile zwarcia 100 t. Stwierdzono, że odlewanie zawiesin kompozytowych metodą ciśnieniową nie stanowi większego problemu. Próby wykazały, że konieczne jest odpowiednie zaprojektowanie formy i poprawny dobór parametrów odlewania kompozytów. Wyniki badań struktury i właściwości odlewów ciśnieniowych wskazują, że struktura dobrze wykonanego odlewu jest bardzo korzystna, niezależnie od typu cząstek wzmacniających. Efektem tego jest dobry poziom właściwości wytrzymałościowych, różniących się jednak znacznie od właściwości wytrzymałościowych odlewów grawitacyjnych. Wyróżnikiem jest zwiększona plastyczność odlewów ciśnieniowych. Badania twardości HB wykazały, że kompozyty po odlaniu ciśnieniowym mają dużą twardość: AK12+15%SiC 138 HB, która jest znacznie większa niż odlewów grawitacyjnych - 115 HB. Wszystkie odlewy kompozytowe charakteryzuje stosunkowo mała udarność - na poziomie 22 kJ/m2.

EN

Trials of pressure die casting of: AK12/15%SiC, AK12/15C and AK12/10%SiC5%C were carried out using a cold-chamber pressure machine of pressure force 100 t, in PRESS company, Poland. It was found that pressure casting of composite suspensions does not deliver problems. The trials showed that casting of the composites demands adequately designed mold and properly assorted process parameters. The results of investigations concerning structure and properties of the casts reveal very advantageous structure, independently of reinforcing particles type. In consequence the composites show good level of mechanical properties, however, similar to gravity cast composites. Only significant increase in plasticity distinguishes the pressure casts. The pressure composites showed also higher HB hardness - 138 HB in comparison with 115 HB for gravity cast ones. All composite casts characterizes relatively low impact resistance - about 22 kj/m2.

7

Aspekty technologiczne wytwarzania kompozytów stop aluminium - włókno węglowe dobór materiału osnowy

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 3

19-25

PL

Głównym celem badań wykonywanych w ramach w projektu „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/A1-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn", należącego do programu DFG, jest opracowanie składu chemicznego stopu Al na osnowę kompozytu Al - włókno węglowe. Zgodnie z przyjętymi założeniami technologicznymi, otrzymanie kompozytu musi być możliwe w warunkach infiltracji ciśnieniowej, infiltracji gazowej (GPI) oraz odlewania ciśnieniowego. Z tego względu osnowa musi mieć określone właściwości w stanie ciekłym i po zakrzepnięciu. Z jednej strony konieczne jest ograniczenie reaktywności w układzie Al-C, z drugiej poprawa zwilżalności włókien węglowych przez ciekły stop. Jako stop bazowy wybrano AlSi9Cu(Fe), a jego skład chemiczny modyfikowano z użyciem zapraw AlMg, AlTiB oraz AlSr. Wstępne kryterium oceny modyfikacji oparto na zmianie zakresu temperatury krzepnięcia, wynikach próby lejności i próby infiltracji ciśnieniowej na prasie Degussa.

EN

Presented results are part of realized investigations in project ,,3D-textile reinforced aluminium matrix composites (3D-CF/A1-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG. The main aim of the researches at Sile-sian University of Technology is to develop the chemical composition an Al alloy for the matrix of Al/carbon fibres composite obtained as a result of infiltration process of a porous fibrous structure with a liquid matrix. For this reason, the matrix must have a number of features in a liquid state as well as after solidification. Selection of alloying additions was made with paying special attention to improvement of the carbon fibres surface wettability with a liquid aluminum alloy, necessary to obtain proper strength and technological properties, as well as possibilities of its further thermal treatment. As a base alloy AlSi9Cu(Fe) was selected and chemical composition was modified by AlMg, AlTiB and AlSr master alloys As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability.

8

Die-cast heterophase composites with AlSi13Mg1CuNi matrix

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Śleziona J.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 1 spec.

301--304

EN

On the basis of the performed tests, an advantageous interaction of glassy carbon particles in a couple consisting of a heterophase composite and a spheroidal cast iron has been corroborated. It was found that, the presence of glassy carbon in the heterophase composite (SiC+C) affects the stabilization of the friction coefficient value as a function of the friction distance and reduces the intensity of the wearing-in stage of the interacting surfaces. Both a decrease of the friction coefficient and the wear of the heterophase composites may be connected with the carbon particles' chipping effect and the deposition of its fragments on the surface of the interacting components of the friction couple, which forms a kind of a solid lubricating agent in the system. This should allow applying of this material to the composite piston-cylinder sleeve system in piston air-compressors. Further works will concern the selection of the matrix alloy composition with the purpose of reducing the phenomenon of particles chipping during machining. It seems that one of the possibilities is the application of a more plastic matrix and optimizing the fraction of reinforcing phases and their gradient distribution in the casting.

9

Zastosowanie kompozytowego mieszadła SiC/C w układach mieszania zawiesin

Dolata-Grosz A., Hufenbach W., Śleziona J., Gude M., Czulak A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 4

373-379

PL

Główny cel podjętych badań, przedstawionych w artykule, dotyczył zaprojektowania, wykonania i weryfikacji technologicznej mieszadła z włókien węglowych i ceramicznej osnowy (SiC) w zastosowaniu do wytwarzania zawiesin kompozytowych. Założono, że zalety włóknistych kompozytów o osnowie ceramicznej, takie jak: odporność na oddziaływania cieplne, mechaniczne i chemiczne, poprawią trwałość mieszadła w stosunku do dotychczas stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych (metal, grafit). Projekt mieszadła (2D i 3D) wykonano w programie Solid Works. Analizę stanu naprężeń łopatki wraz z fragmentem osi kompozytowej wykonano metodą elementów skończonych (MES). Do wytworzenia poszczególnych elementów mieszadła zastosowano metody nawijania, laminowania ręcznego, a następnie technologię infiltracji i pirolizy polimerowo-ceramicznym prekursorem (PIP). Testy laboratoryjne zaprojektowanego i wykonanego w ILK (TU Dresden) kompozytowego mieszadła w układzie SiC/C potwierdziły założenia projektowe dotyczące jego odporności cieplnej, mechanicznej i chemicznej. Badania zrealizowano w ramach współpracy polsko-niemieckiej pomiędzy Instytutem Konstrukcji Lekkich i Technologii Polimerowych w TU Dresden a Katedrą Technologii Stopów Metali i Kompozytów w Politechnice Śląskiej.

EN

Among the factors that have a considerable influence on the quality of metal composites reinforced with ceramic particles or short fibre, obtained via liquid-phase technologies, the most significant one is the quality of the composite suspension intended for casting. Its quality is determined by such factors as: the degree of gassing, a uniform reinforcing phase distribution and absence of chemical or solid impurities. In a mechanical stirring process, the quality of the mixture depends on a number of elements, the most important ones including the thermodynamic conditions (stable temperature and process pressure), physiochemical conditions (furnace atmosphere, chemical composition of the metal bath and reinforcing phase), and mechanical conditions (whirling speed, vortex shape and limitation of flow turbulence, and proper distribution of the reinforcing phase), the latter being the most difficult to implement and maintain their repeatability. The type of stirrer used in the process is responsible for the overall mechanical conditions. Its shape, durability and chemical resistance determine, to a large degree, the quality of the composite mixture obtained. In article were presented assumptions and choose results of investigations connected with material selection and technology production of prototype's ceramic stirrer with destination to work in environment of liquid metal. Main aim of undertake investigations concerned designing, realization and technological verification of carbon fibres and ceramic matrix (SiC) stirrer used to production of composite suspensions. It was made an assumption that advantages of fibres composites with ceramic matrix, such as: thermal, mechanical and chemical will increase durability of stirrer in comparison with so far constructional solutions applied (metal, graphite). Project of stirrer (2D and 3D) was made in Solid Works programme. State of tensions analysis in blade with part of composites axis was executed with Finished Elements Method (MES). To producing of each elements of stirrer methods the winding, hand laminating and then polymer infiltration and pyrolysis technique, (PIP) were applied. Further laboratory tests of the SiC/C composite stirrer, designed and developed in the ILK (TU Dresden) have confirmed rightness of the design, assumptions regarding the thermal, mechanical and chemical resistance of the stirrer. Investigation was made within the confines of German-Polish cooperation between Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology in TU Dresden and Department of Alloys and Composite Materials Technology in the Silesian University of Technology.

10

Próby sycenia preform z włókien węglowych modyfikowanym stopem AlSi9Cu(Fe)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

210-213

PL

W ostatnich latach coraz więcej ośrodków badawczych prowadzi prace nad kompozytami o osnowie aluminium zbrojonymi włóknami węglowymi (AlMMC/CF). Ponieważ materiały te charakteryzują się wysoką sztywnością, wytrzymałością właściwą oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, potencjalnym obszarem ich zastosowań może być przemysł lotniczy, motoryzacyjny, a także elektroniczny. Głównym problemem w procesie wytwarzania kompozytów o osnowie aluminium jest reaktywność oraz zwilżalność w układzie Al-C. Poprzez modyfikacje stopu osnowy oraz powierzchni włókien zbrojących można w procesach ciekłofazowych uzyskać warunki dobrego połączenia na granicy osnowa-włókno zbrojące. Celem realizowanych badań była modyfikacja składu stopu AlSi9Cu(Fe), tak aby możliwe było jego wykorzystanie w warunkach procesu gazowej infiltracji preformy 2D CF (tkaniny wyplecionej z włókien węglowych HTS 40 A23 12K). Jako wstępne kryterium oceny modyfikacji stopu bazowego przyjęto zakres temperatury krzepnięcia oraz wyniki próby lejności, natomiast weryfikacją technologiczną była próba sycenia zrealizowana w ILK TU Dresden. Prezentowane wyniki są fragmentem badań realizowanych w projekcie "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn" realizowanego w ramach programu DFG.

EN

In last years more and more research centers leads works on aluminium matrix composites reinforcement with carbon fibres (AlMMC/CF). That kind of materials characterize high stiffness, specific strength as well as low coefficient of thermal expansion and high coefficient of thermal and electric conductivity. Potential area of application them could be aerospace, automotive, and also electronic industry. Main problem in process of production aluminium matrix composites is reactivity and wettability into Al-C system. Improper wetting and chemical reaction at interface boundary could be a reason of degradation mechanical properties of the composite. After through modifications of alloy matrix and surface of reinforced fibres it were been possible to get conditions of best's connection between matrix and fibre in liquid phases processes. The aluminium alloys used for composites must have appropriate strength. Carbon fibres are characterized by a high elasticity modulus (from 250 to 400 GPa) with deformation until failure of 1-3%. To take advantage of the strength, the matrix must show deformation higher than that of the fibres. In addition, from the point of view of the liquid-phase technology, the aluminium alloy matrix should be characterized by low viscosity, high surface tension and low reactivity with carbon. Al-Si alloys fulfill this condition. However, they contain at least 7% Si and have low plastic properties (total strain does not exceed 5%), and the composite is characterized by high brittleness. Modification of base alloy AlSi9Cu(Fe), was aim of realized investigations in the point of view utilization them in conditions of process of gas infiltration 2D CF textile (woven preform made on HTS 40 A23 12K fibres). As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability. However realized of infiltration test was technological verification at ILK TU Dresden. The obtained plate had a regular shape, without casting defects on its surface. On metallographic specimens, good filling of the space between fibres with the matrix metal and a continuous connection on the fibres-matrix interface were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres, which, coupled with suitable alloy modification, should enable obtaining a composite which will meet the project assumptions including, first of all, appropriate technological and strength properties. Presented results are part of realized investigations in project "3D-textile rein-forced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

11

Development of textile-reinforced carbon fibre aluminium composites manufactured with gas pressure infiltration methods

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 35, nr 2

177-183

EN

Purpose: The aim of his paper is to show potential of textile-reinforced carbon fibre aluminium composite with advantage of the lightweight construction of structural components subjected to thermo-mechanical stress. Design/methodology/approach: The manufacture of specimens of the carbon fibre-reinforced aluminium was realised with the aid of an advanced differential gas pressure infiltration technique, which was developed at ILK, TU Dresden. Findings: The gas pressure infiltration technology enables to fabricate complex carbon aluminium composites with fibre or textile reinforcement using moulds of graphite, but in future development the optimization of infiltration process is required. The load-adapted combination of 3D reinforced semi-finished fibre products (textile preforms) made from carbon fibres (CF) with aluminium light metal alloys (Al) offers a considerable lightweight construction potential, which up to now has not been exploited. Research limitations/implications: Gas pressure infiltration technology enables to fabricate complex carbon aluminium composites with fibre or textile reinforcement using precision moulds of graphite, but in future development the optimization of infiltration process is required. Practical implications: Load-adapted CF/Al-MMC, due to the relatively high stiffness and strength of the metal matrix, allow the introduction of extremely high forces, thereby enabling a much better exploitation of the existing lightweight construction potential of this material in comparison to other composite materials. Originality/value: Constantly rising demands on extremely stressed lightweight structures, particularly in traffic engineering as well as in machine building and plant engineering, increasingly require the use of endless fibre-reinforced composite materials which, due to their selectively adaptable characteristics profiles, are clearly superior to conventional monolithic materials.

12

Design, manufacture and technological verification of SiC/C composite stirrer

Dolata-Grosz A., Hufenbach W., Śleziona J., Gude M., Czulak A.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2009

|

Vol. 39, nr 1

29-37

EN

Purpose: In article were presented assumptions and choose results of investigations connected with material selection and technology production of prototype's ceramic stirrer with destination to work in environment of liquid metal. In the research work the result of the design, manufacture and technological verification of SiC/C composite stirrer have been presented. Design/methodology/approach: The design of the stirrer (2D and 3D models) and strength tests on the blade and fragment of the composite axle was prepared in the programme Solid Works and the FEM, using COSMOS software. Polymer infiltration and pyrolysis (PIP) technique was used for fabrication SiC/C stirrer. Examination of wettability and suitability of the SiC/C composite for application in a liquid metal with sessile drop wettability was conducted. The surface geometry, conducted using a non-contact optical profilometer, FRT Micro'Prof. Findings: Further laboratory tests of the SiC/C composite stirrer, designed and developed in the Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology at TU Dresden have confirmed rightness of the design, assumptions regarding the thermal, mechanical and chemical resistance of the stirrer. Practical implications: The technological tests have proven a considerable reduction of the turbulence flow, which with an unchanged system of controlling the stirrer ensured stability of the liquid metal whirl and repeatability of the process. Originality/value: The application of this new material will enable not only the expansion of laboratory research, but it may also facilitate the implementation of liquid/phase technologies of obtaining MMC composites for the industry and thus, contribute to increasing the durability of stirrers in comparison with the solutions applied so far.

13

Wpływ materiału partnera tarcia na tribologiczne właściwości kompozytów heterofazowych

Wieczorek J., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Myalski J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

5-10

PL

Przestawiono wyniki badań właściwości tribologicznych kompozytów z osnową aluminiową i ceramicznym zbrojeniem. Przedmiotem badań były kompozyty zbrojone cząstkami węglika krzemu (AK12/SiC) oraz mieszaniną cząstek SiC i węgla szklistego (AK12/SiC+C). W kompozytach heterofazowych cząstki węgla szklistego wykorzystano do modyfikacji właściwości ciernych. Badania przeprowadzono, wykorzystując tester tribologiczny T-01. Partnerem tarcia dla kompozytów były trzy rodzaje materiałów: żeliwo sferoidalne, kompozyt Duralcan F3K.15S z cząstkami SiC oraz kompozyt Duralcan W6A.15A z cząstkami Al2O3. Wyniki badań współczynnika tarcia i zużycia pozwoliły ocenić, w jaki sposób dodatek węgla szklistego może wpływać na zmianę charakterystyk tribologicznych. Stwierdzono, że zastąpienie części zbrojenia cząstkami węgla szklistego spowodowało obniżenie zarówno współczynnika tarcia, jak i zużycia kompozytów heterofazowych oraz współpracujących z nimi materiałów. W pracy dokonano również oceny wpływu obecności cząstek węgla amorficznego na kształtowanie geometrii powierzchni roboczych. Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić, że możliwe jest kształtowanie właściwości tribologicznych kompozytów poprzez zmianę rodzaju, wielkości zbrojenia oraz w wyniku zastosowania cząstek zbrojących o różnych charakterystykach fizykomechanicznych. Pozwala to w znacznym stopniu rozszerzyć możliwości projektowania właściwości tribologicznych skojarzeń ciernych.

EN

The paper presents the results of the tribological properties investigations of aluminium matrix composite (AK12) with ceramic reinforcement. The composite reinforced by the silicon carbide particles (AK12/SiC) and by the mixture of the silicon carbide and amorphous glassy carbon particles (AK12/SiC+C) were subjected of investigations. For the heterophase composites glassy carbon particles was applied to modify frictional properties. The investigations were conducted with the use of tribological tester T-01. The three different kind of frictional partners of materials were used for composites: cast iron, Duralcan F3K.15S composite with SiC particles and Duralcan W6A.15A composite with Al2O3 particles. The structure of heterophase composite containing SiC and glass carbon particles have been shown. The results of the friction coefficient and wear investigations allowed assessing the influence of the glassy carbon addition on the tribological characteristics change. It was stated that the replacement of the parts of the reinforcement with the glassy carbon particles caused the friction coefficient as well as the wear of the heterophase composite reduction and materials cooperating with them. In the paper make estimation the influence of glassy carbon particles on surface work geometry, too. At the same time it could be stated that the application for the composite products shaping centrifugal casting technology may have triggered vertical diversification in the reinforcing particles distribution and following on from this diverse tribological properties depending on the place of the sample taking. Gotten results permitted to state, that there is possibility of tribological properties of composites shaping by the through the change of kind and size reinforcement particles about different physicochemical characteristics. It allows to widening possibilities of designing the tribological properties of frictional associations.

14

Rozmieszczenie cząstek zbrojących w kompozycie AK12/SiC+C kształtowane podczas krzepnięcia odlewu

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 3

296-301

PL

Zagadnienia dotyczące krzepnięcia odlewów to ostatni etap wytwarzania zawiesin kompozytowych. Poznanie zjawisk towarzyszących temu procesowi pozwala na kształtowanie zróżnicowanej struktury wytwarzanych materiałów. Z kolei od struktury ściśle zależą właściwości finalnego wyrobu. Proces kształtowania struktury w trakcie krzepnięcia odlewu kompozytowego zależy od wielu czynników, przede wszystkim od wielkości i udziału objętościowego fazy zbrojącej oraz rodzaju i właściwości stosowanej osnowy i zbrojenia. Jak wykazały wyniki badań, istotny jest również materiał formy, w której krzepnie zawiesina kompozytowa. W artykule przedstawiono wyniki obserwacji procesu krzepnięcia kompozytu o zbrojeniu heterofazowym (AK12/SiC+C). Zawiesinę kompozytową odlewano do formy grafitowej i formy piaskowej. W trakcie badań rejestrowano temperaturę i czas krzepnięcia kompozytów oraz temperaturę formy. Do rejestracji zmian zachodzących podczas krzepnięcia zawiesin kompozytowych wykorzystano system fotometryczny ThermaCAM TM E25. Pokazano krzywe krzepnięcia uzyskane dla kompozytów oraz rozkład temperatury na ściankach form, zarejestrowany dla początku i końca krzepnięcia kompozytu. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono istotny wpływ materiału formy na rozmieszczenie heterofazowego zbrojenia w osnowie.

EN

The problems on solidification of castings are the last stage of composite suspensions production. A description and understanding of the phenomena that accompany those processes allows the forming of a varied structure of the materials produced, which strictly determines the properties of the final product. The process of forming the structure in the time of solidification of the composite cast is depending on many factors, first of all on the size and volume fraction of the reinforcing phases as well as on the kind and the properties of the using reinforcement. The results of examination shown that material of the mould in which composite suspension is solidification is also important. In the article the observation result of solidification process of AK12/ SiC+C heterophase composite are presented. The composite suspension was cast into the graphite and sand mould. In the research the temperature and time of composite solidification and temperature of mould have been register. The ThermaCAM TM E25 system for changing registered in the time of composite solidification has been used. Gotten curves of composite solidification were analysed. The profile of the temperature on the walls of moulds, recorded for the start and the finish of composite solidification were presented. On the basis of gotten results, the essential influence of material of the mould on the distribution of heterophase reinforcements in the matrix have been stated.

15

Ocena możliwości wykonania mieszadła kompozytowego (CMC) do zastosowań w technologii zawiesinowej

Dolata-Grosz A., Hufenbach W., Śleziona J., Czulak A., Gude M., Dyzia M., Wieczorek J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 4

429-431

PL

W ramach współpracy polsko-niemieckiej pomiędzy Technische Universität Dresden, Instytut für Leichtbau und Kunststofftechnik a Zakładem Kompozytów i Metalurgii Proszków w Politechnice Śląskiej zaproponowano koncepcję materiałowo-technologiczną opartą na wykorzystaniu nowego materiału z przeznaczeniem do pracy w środowisku ciekłego metalu. W pracy przedstawiono główne założenia projektu, dotyczącego zaprojektowania i wykonania mieszadła z materiału kompozytowego (CMC) o osnowie ceramicznej z włóknem ceramicznym (węglowym, SiC lub bazaltowym). Wykorzystanie zalet włóknistych kompozytów o osnowie ceramicznej, takich jak: odporność na oddziaływania cieplne, mechaniczne i chemiczne powinno przyczynić się do zwiększenia trwałości mieszadła w stosunku do dotychczas stosowanych rozwiązań. Oczekuje się, że proponowane rozwiązanie wpłynie na jakość otrzymywanych zawiesin kompozytowych zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i późniejszej praktyce przemysłowej.

EN

The Polish-German collaboration between Technische Universität Dresden, Instytut für Leichtbau und Kunststofftechnik and the Institute of Composites and Powder Metallurgy at the Silesian University of Technology has resulted in a proposal of a material and technological conception based on utilizing the new material intended for operation in a liquid metal environment. The principle assumption of the project concerning to design and making a stirrer from a ceramic matrix composite (CMC) reinforced with a ceramic fibre (carbon, SiC or basaltic) has been shown in the article. The taking advantage of the merits of fibrous composites with a ceramic matrix, the merits including: resistance to thermal, mechanical and chemical action should contribute to enhancement of the stirrer's durability compared to the existing solutions. The proposed solution is expected to improve the quality of the composite suspensions obtained in both laboratory conditions and in further industrial practice.

16

The solidification process of the AK12/SiC+C composite suspension in various heat exchange conditions

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 34, nr 2

75-80

EN

Purpose: In the research work the result of the structure and solidification analysis for aluminium cast composite with ceramic particles in different solidification conditions have been presented. The results of research on the solidification process for heterophase composite have been shown. Design/methodology/approach: The solidification process of the AK12/SiC+C composite suspension in various heat abstraction conditions was recorded using the ThermaCAMTME25 photometer system for temperature control and measurement. The system, equipped with a thermovision camera, LCD display and a laser pointer, was connected to a SPIDER 8 recorder and used to monitor, record and, simultaneously, to visualize the temperature changes which take place during composites' solidification. The structure analysis for composite casts was performed by means of optical microscopy. Findings: As the research has shown, moulds which abstract heat quickly, like a graphite or permanent mould, ensure obtaining a uniform distribution of ceramic particles in the matrix. A longer time of composite suspension solidification facilitates floatation and segregation of the reinforcing particles. Therefore, application of materials which prolong the solidification process, e.g. a sand mould, enables obtaining a gradient or laminar structure in heterophase composites. Practical implications: The mould's material changes the nature of composite crystallization. Originality/value: It was found that the has a significant influence on the distribution of heterophase reinforcement in the matrix. By applying an appropriate mould material it is possible to shape the cast structure and the distribution of particles in the cast.

17

The formation of the structure of cast composites in different solidification conditions

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 31, nr 1

13-16

EN

Purpose: In the research work the result of the reinforcement displacement and solidification analysis for aluminium cast composite with ceramic particles in different solidification conditions have been presented. The results of research on the solidification process for heterophase composite have been shown. Design/methodology/approach: : The solidification process of the AK12/ SiC+C composite suspension in various heat abstraction conditions was recorded using the ThermaCAM™E25 photometer system for temperature control and measurement. The system, equipped with a thermovision camera, LCD display and a laser pointer, was connected to a SPIDER 8 recorder and used to monitor, record and, simultaneously, to visualize the temperature changes which take place during composites’ solidification. The structure analysis for composite casts was performed by means of optical microscopy. Findings: As the research has shown, moulds which abstract heat quickly, like a graphite or permanent mould, ensure obtaining a uniform distribution of ceramic particles in the matrix. A longer time of composite suspension solidification facilitates floatation and segregation of the reinforcing particles. Therefore, application of materials which prolong the solidification process, e.g. a sand mould, enables obtaining a gradient or laminar structure in heterophase composites. Practical implications: The mould’s material changes the nature of composite crystallization. Originality/value: It was found that the has a significant influence on the distribution of heterophase reinforcement in the matrix. By applying an appropriate mould material it is possible to shape the cast structure and the distribution of particles in the cast.

18

Soldification curves structure of heterophase composite

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 29, nr 1

10-15

EN

Purpose: This paper presents results of solidification tests for homo- and heterophase composites. Researches concerned influence of reinforcement particle for solidification process of composite materials . Curves of solidification composite reinforced with (Al2O3) and heterophase reinforcement (mixture of Al2O3 particles +glassy carbon) were compared with aluminium alloy matrix (AlSi12CuNiMg2). Based casting spiral test the castability of composite were put to the test. Also macro and microstructure ingots after solidification on equal thermal conditions were presented. Design/methodology/approach: Solidification process was recorded with 0.4 sec. period by analog-digital converter connected to PC. Temperature was controlled by K thermocouple (NiCr-Ni) installed in standardized thermoelectric cup core QC4080. That equipment made possible to realised solidification tests on the equal thermal conditions. The castability was tested on standard spiral duct formed at self hardening phosphate mould. Findings: Results of researches confirm influence of glassy carbon on solidification of composite suspension. Compared to aluminium oxide particles (Al2O3) glassy carbon accelerate solidification process of composite material. Probably, it results from disparate properties of glassy carbon. Practical implications: Glassy carbon particles change characteristics of composite crystallization and decrease shrinkage of the casting. Moreover application of mixture of Al2O3 and glassy carbon as heterophase reinforcement allows to segregation and sedimentation particles in the matrix and it guides in results of solidification to gradient structure of composite material. Originality/value: Employment of heterophase reinforcement allows to get segregation and sedimentation in the matrix, which results in the occurrence of a gradient structure.

19

Structure and technological properties of AlSi12 – (SiC_p + Cg_p) composites

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 1

43-46

EN

In the article the structure and technological properties of aluminium cast composites with ceramic particles have been presented. Evaluation of casting properties of selected composite materials was made based on spiral tests. The differences occurring in solidification curves for materials reinforcing by silicon carbide, amorphous glass carbon particles and mixture of silicon carbide and glassy carbon particles were compared. On the basis of macro - and microstructural investigations of composite ingots after solidification at the same conditions the distribution of ceramic particles were estimated. The hardness on the cross section of formed composite ingots were presented in the graphic form.

20

Influence of modification on structure, fluidity and strength of 226D aluminium alloy

Dolata-Grosz A., Dyzia M., Śleziona J.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 3s

13-16

EN

In the article the fluidity, solidification conditions, microstructure and tensile properties have been studied for the non-modified and modified 226D aluminium silicon alloy. Realized investigations concerned modification of alloy 226D for application as the matrix to carbon fibre reinforcement composite (MMC-Cf). One of main factors determining to good connection between metal matrix and fibres reinforcement is good wettability. It is possible to obtain suitable conditions of wettability by modification of chemical composition metal matrix alloy or proper sizing of reinforcement fibres. Into consideration of interaction between liquide aluminium and carbon fibers following modifiers were used for addition to the commercial aluminium alloy (226D). The magnesium (2%Mg), strontium (0,03%Sr) and titanium (0,5%Ti) with boron (0,01%B) modifiers and their combination were used in the presented work.