Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ocena przydatności osnowy z różnych stopów magnezu w kompozycie umacnianym cząstkami SiC

Braszczyńska K.N., Zyska A., Braszczyński J.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 8

353-358

PL

Kompozyty na osnowie stopów magnezu są przedmiotem dużego zainteresowania z powodu głównie małej gęstości oraz podwyższonych modułów sztywności, wytrzymałości oraz odporności na zużycie cierne. Czynniki wpływające na strukturę i własności kompozytów magnezowych przedstawiono schematycznie na rysunku 1. Dokonano analizy mikrostruktur kompozytów wytworzonych na osnowie różnych stopów magnezu umacnianych cząstkami węglika krzemu. Na osnowę kompozytów użyto czystego magnezu oraz stopów zawierających: (i) 9% Al (0,8% Mn), (ii) 6% Zn (1% Zr) i (iii) 3% pierwiastków ziem rzadkich (RE). Próbki kompozytowe zawierające około 20% wag. heksagonalnych cząstek SiC typu 6H i maksymalnych wymiarach 32 mikrometra otrzymano metodą odlewania grawitacyjnego mechanicznie mieszanej suspensji. Wszystkie kompozyty charakteryzowały się dobrą zwilżalnością cząstek SiC przez ciekłą osnowę oraz równomiernym rozmieszczeniem fazy umacniającej w osnowie (rys. 2). Ujawniono obecność w osnowie kompozytów międzymetalicznej fazy Mg2Si jako składnika eutektyki Mg+Mg2Si (rys. 3). Składnik ten powstaje jako produkt reakcji pomiędzy magnezem a filmem SiO2 pokrywającym cząstki SiC z procesu ich naturalnego utleniania. Badania przy zastosowaniu elektronowej mikroskopii transmisyjnej wykazały, że granice rozdziału SiCp/Mg były czyste, pozbawione wydzieleń (rys. 4). Kompozyty wytworzone na osnowie stopów Mg-9%Al (oraz około 0,8% Mn) i Mg-6%Zn (około 1% Zr) charakteryzowały się również takim samym typem powierzchni rozdziału miedzy komponentami (rys. 5). Nie zostały również wykryte żadne reakcje pomiędzy komponentami w tych materiałach. W przypadku kompozytów otrzymanych na osnowie stopu Mg-3%RE obserwowano natomiast utworzenie grubych warstw reakcyjnych na granicy pomiędzy cząstkami SiC a osnową (rys. 6). Analizy TEM pozwoliły określić obecność wydzieleń RE3Si2 na granicy rozdziału pomiędzy komponentami, jak również w osnowie o charakterystycznej iglastej morfologii (rys. 7). Całość pierwiastków ziem rzadkich uległa reakcji z cząstkami SiC, tworząc wydzielenia RE3Si2 i powodując destrukcję fazy umacniającej. Wpływ poszczególnych pierwiastków stopowych na rodzaj połączenia komponentów przedstawiono schematycznie na rysunku 8.

EN

Magnesium matrix composites have attracted considerable interest mainly due to their low density and increased specific modulus, stiffness, strength and wear resistance. Factors affecting the structure and properties of magnesium matrix composites reinforced with ceramic particles are schematically presented in Figure 1. In this work microstructural analyses of composites produced on the base of different magnesium alloys reinforced with silicon carbide particles are presented. Pure magnesium and magnesium alloys containing: (i) 9 wt.% Al (0.8 wt.% Mn), (ii) 6 wt.% Zn (and l wt.% Zr) and (iii) 3 wt.% rare earth elements (RE) were used as the matrix. Composite samples containing about 20 wt.% of hexagonal SiC particles of the 6H type and the maximum diameter 32 [micro]m were obtained by gravity casling of the mechanically mixed suspension. All composites were characterised by a very good wetability of SiC particles by molten magnesium and a uniform distribution of the reinforcing phase within the matrix (Fig. 2). The presence of the Mg2Si intermetallic phase as a component of the Mg+Mg2Si divorced eutectic was determined in the composite matrix (Fig. 2). This compound forms as a product of the reaction between the magnesium and the SiO2 film covering the SiC particles from natural process of the oxidising them. The transmission electron microscopy investigations showed that the SiCp/Mg interfaces had an adhesive character of the joint and were free of precipitates and strongly connected (Fig. 3). Composites prepared on the base of the Mg-9 wt.% Al (and also about 0.8 wt.% Mn) and Mg-6 wt.% Zn (about l wt.% Zr) were also characterised by the same type of the interfaces between components (Fig. 5). Any reactions between components in these materials were determined. In the case of composites obtained on the base of Mg-3 wt.% RE the formation of wide reaction layers at the interfaces between the SiC particles and matrix alloy was observed (Fig. 6). TEM analyses allowed the determination of the presence of RE3Si2 precipitates at the interfaces between components and also in the matrix with characteristic needle-like morphology (Fig. 7). All the rare earth elements reacted with SiC particles to created the RE3Si2 precipitates and caused the destruction of the reinforcing phase. Influence of the particular alloying elements on the type of the component interfaces in magnesium matrix composites is presented schematically in Figure 8.

2

Korelacje pomiędzy pierwotną i wtórną strukturą a własnościami kompozytów AlMg-SiCp

Braszczyńska K. N., Bochenek A., Zyska A.

Kompozyty

|

2002

|

R. 2, nr 4

157-162

PL

Przedstawiono wyniki analiz mikrostrukturalnych i własności mechanicznych kompozytów AlMg-SiCp w stanie pierwotnym oraz po obróbce cieplnej. W celu zapobiegania reakcjom miedzy komponentami cząstki SiC poddano utlenianiu. Połączenie miedzy cząsteczkami SiC a stopem osnowy zostało utworzone poprzez stabilną termodynamicznie warstwę pośrednią spinelu MgAI2O3 Trwała i wytrzymała granica rozdziału miedzy komponentami gwarantowała uzyskanie wysokich własności wytrzymałościowych. Ujemnym skutkiem zastosowanego procesu wytwarzania było powstanie dużych obszarów eutektyk typu a+Mg2Si. Zastosowany proces obróbki cieplnej spowodował jednak zmniejszenie udziału objętościowego eutektyk oraz zmianę morfologii wydzieleń Mg2Si, przy zachowaniu spójnego i stabilnego połączenia komponentów. Pozwoliło to na uzyskanie podwyższonej wytrzymałości na rozciąganie i plastyczności kompozytu.

EN

The results of microstructure and mechanical properties investigations of AIMg5-20wt%SiCp composite have been presented. The particles have been artificially covered with SiO2 layer by oxtidation to protect SiC against reactions with molten aluminium alloy. The composite has been obtained by casting method involving mechanical mixing of liquid metal with the introduced particles and subsequent casting in metal moulds. The microstucture of the cast composite is characterised by an uniform distribution of SiC particles within the entire volume of matrix alloy (Fig. 2a). The strong and mostly consistent interfaces between SiC and matrix bave been originated as a result of reaction between the SiO2 layer and AIMg5 alloy. TEM examinations allowed to determine the occuring of MgAl2O4 spinel at the components interfaces (Fig. 4). The above reactions also caused the negative result of the introduction of the silicon to the matrix alloy and formation of a large area of pseudoeutectic of a+Mg2Si (Figs 2b and 3). The performed strudies on the mechanical properties have made it possible to determine the increase of 40% in the hardness and yield strength of composite as compared with unreinforced matrix alloy. The tensile strength of composite was on the level of the value obtained for matrix alloy. The composite cracking process preceeded mostly through silicon carbide particles, as a result of high strength bond between components. Hovewer, the analyses of fracture surfaces revealed also a brittle fracture process through the area of a+Mg2Si eutectices. Those processes are documented by scanning micrographs taken for two mutually corresponding fracture surfaces (Figs 5, 6). The performed heat treatment process of the composite enables to change the shape of the eutectices and obtain the decrease in the volume fraction of a+Mg2Si areas due to two processes: precipitates hardenning and spheroidisation of the Mg2Si intermetallic phase. The changes in the mictrostructre of composite due to heat treatment is shown in Figure 7. For this reason the tensile strength of composite increased about 20%. The fractographical examinations of fracture surfaces revealed a transition from the brittle fracture of the as-cast composite to the predominantly plastic fracture of composite after heat treatment (Fig. 8). Neverthelees, analyses of fracture surfaces of composite indicated that interfaces between components remained intact after heat treatment process. The cracking process preceeded also through the silicon carbide particles in the same way as in the as-cast material (Fig. 9).

3

Problemy z korelacją pomiędzy strukturą a własnościami odlewanych kompozytów metalowych umacnianych cząstkami ceramicznymi

Braszczyńska K. N., Bochenek A.

Kompozyty

|

2001

|

R. 1, nr 1

28-31

PL

Przedstawiono szeroką analizę czynników strukturalnych warunkujących często pojawiające się niezgodności wyników eksperymentalnych z modelami teoretycznymi, opisującymi własności kompozytów metalowych umacnianych cząstkami ceramicznymi. Do opisu matematycznego własności mechanicznych tego typu materiałów kompozytowych zaproponowano zaadaptowanie funkcji Maxwella, poszerzonej o parametr wprowadzony przez Halpina i Tsaia. Model ten znalazł bardzo dobre potwierdzenie w wynikach badań eksperymentalnych wytrzymałości na rozciąganie oraz umownej granicy plastyczności określonej dla kompozytów MgAI5-SiC.

EN

While considering metal composites reinforced with ceramic particles, which are frequently obtained by casting, one cannot apply models developed for fibre composites to search for correlations, especially the ones involving mechanical pro perties. The relationships derived on basis of the additivity laws are not valid here, either for the assumption of constant stress or constant strain. Basic factors modelling the structure and properties of such composites, which should be selected while designing the specified material, are presented in Fig. 1. In the case of cast composites the greatest concern is given to the obtaining of the proper volume fraction of the particles within the matrix volume, the fraction being frequently corrected according to the actual one. Then the constant level of other factors is assumed for considering the composite. This leads to the neglecting of many dependent variables, the following being counted to them: - changes of chemical composition of the matrix caused by introduced particles or other additions (Fig. 2), - differences in the character of the joint between components, which greatly affect the obtained level of mechanical properties (Fig. 3), - uniformity (or the lack of it) of arrangement of the particles in the matrix, - changes in the matrix grain size due to introducing various volume fractions of ceramic particles of different size, - various degree of porosity (Fig. 4). Due to the presented numerous factors determining the structure of the cast metal composites reinforced with ceramic particles, reasons of frequently occurring inadequation of numerical models and experimental data seems to be obvious. After a series of analyses and experiments on composites reinforced with particles it seems that the most adequate model would be the one adopting Maxwell's relationship between a parameter (a property) and the volume fraction, properties of components, and their interaction. This function shown in a general form by Eq. (1) has found rather strict confirmation in the results of experiments performed for Mg/SiC composites. Fig. 5 presents experimental data as compared with theoretical values obtained from Eq. (1) for tensile strength and yield strength versus SiC volume fraction.

4

The effect of magnesium on the microstructure of AK7-SiCP composites

Braszczyńska K. N.

Krzepnięcie Metali i Stopów

|

2000

|

R. 2, nr 44

33--38

EN

The article presents the results of the microstructural investigations of aluminium composites reinforced with silicon carbide particles. The addition of magnesium applied to the matrix alloy has enabled durable and adhesive bonds between the components to be obtained. The studies have also revealed the effect of magnesium on the microstructure of the matrix alloy itself, the occurrence of Mg2Si precipitates, and changes in the composition of the eutectics.

PL

Praca przedstawia wyniki badań mikrostrukturalnych kompozytów aluminiowych umacnianych cząstkami węglika krzemu. Zastosowany dodatek magnezu do stopu osnowy pozwolił na uzyskanie trwałych i spójnych połączeń pomiędzy komponentami. Badania ujawniły również wpływ magnezu na mikrostrukturę samego stopu osnowy, powstawanie wydzieleń Mg2Si oraz zmiany w składzie eutektyk.

5

Analysis of the possibilities of heat treating the GA8 magnesium alloy

Braszczyńska K. N.

Krzepnięcie Metali i Stopów

|

2000

|

R. 2, nr 43

57--62

EN

The article presents the results of the preliminary analyses of the effect of T4 and T6 heat treatments on the structural changes in the GA8 magnesium alloy as compared to the as-cast condition, and sets the obtained results against the relevant literature data. Performed microstructural observations and HV microhardness and HB hardness examinations have made it possible to reveal substantial differences in the changes occurring in the material under study. A possibility of applying solution heat treatment in water and a favourable effect of this process on the post-ageing alloy structure have also been found.

PL

W pracy podjęto próbę analizy możliwości stosowania podstawowych zabiegów obróbki cieplnej stopów magnezu na przykladzie odlewniczego stopu magnezu GA8. Skład badanego stopu wynosił: 7,5-9,0% Al, 0,2-0,8% Zn, 0,15-0,5% Mn oraz max. 0.5%.

6

Kompozyty na osnowie stopu magnezu z cząstkami węglika krzemu otrzymane metodą odlewniczą

Braszczyńska K. N.

Przegląd Odlewnictwa

|

1998

|

Vol. 48, z. 9

268-270

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych odlewanych kompozytów na bazie stopu magnezu z aluminium (5%).

EN

The results of the research of mechanical properties of cast composites on the base of magnesium alloy with aluminium (5%) were presented.

7

The structure of the Cu-SiC composite interface.

Olszówka-Myalska A., Braszczyńska K.N.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 4

739-744