Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Forming the Structure of Composite Metallic Foams

Gawdzińska K., Grabian J., Szweycer M., Przetakiewicz W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 2

771--773

EN

The Department of Marine Materials Engineering, Maritime University of Szczecin, has conducted research on the technology of metallic composites, focusing on composite aluminium foams stabilized with ceramic particles. One technology which enables efficient, inexpensive and diversified - in terms of foam structure - control of foam properties is the foundry technology consisting in gas injection into liquid metal. This method requires precise control of the process parameters, especially regarding temperature stabilization, as well as precise injection of the gas into the metal. The process of foaming of liquid aluminium or its silicon alloys can also be conducted using ceramic particles. This is a metallic-ceramic composite foaming process (patent PL 211439 B1). The paper presents the process of structure forming of metallic-ceramic foams.

PL

W Zakładzie Inżynierii Materiałów Okrętowych Akademii Morskiej w Szczecinie prowadzono badania nad technologią kompozytów metalowych, a w szczególności kompozytowych pian aluminiowych stabilizowanych cząstkami ceramicznymi. Technologią pian pozwalającą na wydajne, tanie a także elastyczne, w zakresie zróżnicowania budowy pian, sterowanie ich właściwościami, jest technologia odlewnicza polegająca na wdmuchiwaniu gazu do ciekłego metalu. Metoda ta wymaga precyzyjnego sterowania parametrami procesu, zwłaszcza w zakresie utrzymania i stabilizacji temperatury, a także precyzyjnego wprowadzania gazu do metalu. Proces spieniania ciekłego aluminium lub jego stopów z krzemem można przeprowadzać także z użyciem cząstek ceramicznych, czyli stosować proces spieniania kompozytu metalowo-ceramicznego (opatentowany PL 211439 BI). W pracy tej opisano proces tworzenia struktury pian metalowo-ceramicznych.

2

Klasyfikacja wad struktury metalowych odlewów kompozytowych z nasycanym zbrojeniem

Gawdzińska K., Nagolska D., Szweycer M.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 1s

39--46

PL

Definicja kompozytu [1] określa materiał kompozytowy idealny o doskonałej budowie. W rzeczywistych materiałach kompozytowych mamy na ogół do czynienia z budową niedoskonałą – materiały kompozytowe zawierają różnorodne wady [2, 3–5], szczególnie kiedy rozpatrujemy kompozyty wytwarzane przez odlewanie. Odlewy bowiem charakteryzują się specyficzną budową związaną z przebiegiem procesu ich wytwarzania. W przypadku odlewów z kompozytów metalowych, a szczególnie wytwarzanych przez nasycanie, brak jest klasyfikacji tych wad [2, 4]. Klasyfikacja wad odlewów z materiałów klasycznych (żeliwo, staliwo, stopy metali nieżelaznych) jest niewystarczająca i wymaga uzupełnienia o specyficzne wady wspomnianych tworzyw. Problem ten (zauważony podczas wytwarzania odlewów z metalowych kompozytów nasycanych w Instytucie Podstawowych Nauk Technicznych Akademii Morskiej w Szczecinie oraz w Instytucie Technologii Materiałów Politechniki Poznańskiej) stał się przyczyną podjęcia prac nad stworzeniem takiej klasyfikacji i w efekcie do powstania niniejszej propozycji, która przyczynić się może do poprawy jakości badanych materiałów, a co jest z tym związane, z ochroną środowiska.

3

Classification of structure defects of metal matrix castings with saturated reinforcement

Gawdzińska K., Nagolska D., Szweycer M.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 3

29-36

EN

Definition of a composite [1] describes an ideal composite material with perfect structure. In real composite materials, structure is usually imperfect - composites contain various types of defects [2, 3-5], especially as the casted composites are of concern. The reason for this is a specific structure of castings, related to course of the manufacturing process. In case of metal matrix composite castings, especially regarding these manufactured by saturation, there is no classification of these defects [2, 4]. Classification of defects in castings of classic materials (cast iron, cast steel, non-ferrous alloys) is insufficient and requires completion of specific defects of mentioned materials. This problem (noted during manufacturing metal matrix composite castings with saturated reinforcement in Institute of Basic Technical Sciences of Maritime University Szczecin) has become a reason of starting work aimed at creating such classification. As a result, this paper was prepared. It can contribute to improvement of quality of studied materials and, as a consequence, improve the environment protection level.

4

Przykłady recyklingu w odlewniach aluminium

Nagolska D., Jackowski J., Szweycer M.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2008

|

Nr 5

26-27

PL

W artykule przedstawiono wyniki prac prowadzonych w ostatnich latach w Zakładzie Odlewnictwa Politechniki Poznańskiej nad wybranymi zagadnieniami związanymi z wykorzystaniem złomu w odlewniach aluminium, a w szczególności: recyklingu metalowych odlewów kompozytowych oraz możliwością topienia wiórów w odlewniach stopów aluminium. Uzyskane wyniki badań wykazały, że w badanych przypadkach można uzyskiwać materiał odlewów nie ustępujący jakością uzyskiwanemu z gąsek, przy niższych kosztach wytwarzania. Słowa kluczowe: odlewnictwo, stopy aluminium, recykling

EN

Results of the work carried out in recent years in the Foundry Department of the Poznań University of Technology dealing with selected problems concerning the usage of metal scrap in foundries are presented in the paper. Particular attention was paid to recycling of metal matrix composites and possibility of chips melting in aluminum alloy foundries. Results of the research indicated that in the cases considered the quality of alloy materials was not worse than while using pig sows, however, at lower manufacturing costs.

5

Relationships between the reinforcement properties and the crystallization of MMc

Jackowski J., Suchora M., Szweycer M.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 1

59-64

EN

Occurrence of a reinforcing phase in a cooling composite casting causes that its crystallization goes differently as compared to the casting without reinforcing (of traditional design). This affects the forming process of the composite structure since the moment of mixing of the components until total solidification of the composite matrix. The present paper aims at presenting several problems related to crystallization of composite castings (particle reinforced and with saturated reinforcement) that have been the subjects of the research work performed by the team of the Foundry Section of the Poznań University of Technology. The review displays the spheres of the technology of composite casting materials that are well known and the ones that require more detailed research.

6

Recycling of composite scrap

Jackowski J., Nagolska D., Suchora M., Szweycer M., Szymański P.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 1 spec.

143--149

EN

More common use of cast composite materials in modern constructions of products is conducive to growing importance of recycling of these materials. Their specific properties cause that recycling ways of these materials are significantly different from the methods of conventional processing of metallic materials. The most required manner of recycling of any material is distinguished by its shortest “loop”, i.e. when reutilization occurs in the location that is the nearest to the place of the waste formation. In case of a cast composite scrap such a variant is only rarely possible. The only way consists usually in separating the components of the composite material and their later use. The paper presents the results of recycling tests of two groups of cast composite materials, i.e. the suspended and saturated material composites. It was found that recycling by separation of the components is possible for both types of the materials, nevertheless, provided that an appropriate medium is chosen. Additional condition for efficient recycling of suspended material composites is the use of an agitator allowing for generating emulsion of the drops of the composite suspension being recycled in the medium. It was found that the yield of composite matrix metal in case of saturated reinforcement composites and coarse scrap of suspended composites may exceed 90 per cent. In case of fine scrap (e.g. the chips) the yield is lower but also satisfactory. The tests have shown that recycling efficiency of the scrap of saturated reinforcement composites depends on geometry of the pores of reinforcing profiles of the composite casts. Materials (casts) reinforced with the profiles made of fibrous products are susceptible to the recycling process, as opposed to the ones reinforced with profiles made of sintered materials whose susceptibility is low.

PL

Rosnący udział metalowych materiałów kompozytowych w nowoczesnych konstrukcjach maszyn i urządzeń sprawia, że recykling tych tworzyw stał się koniecznością. Specyficzne właściwości materiałów kompozytowych powodują, że ich recykling istotnie różni się od recyklingu konwencjonalnych tworzyw metalowych. Najbardziej racjonalny recykling każdego materiału ma miejsce wtedy, gdy „pętla” jego skierowania do powtórnego wykorzystania jest krótka tzn. miejsce jego wykorzystania jest jak najbliżej miejsca powstania odpadu. Takie wykorzystanie metalowych odlewanych materiałów kompozytowych jest rzadko możliwe a niekiedy (np. w przypadku materiałów kompozytowych z nasycanym zbrojeniem) wykluczone. Do wykorzystania pozostaje wtedy długa „pętla” recyklingu polegająca na rozdzieleniu składników recyklowanego materiału kompozytowego. Tematem artykułu jest recykling odlewanych materiałów kompozytowych (zawiesinowych i z nasycanym zbrojeniem) drogą rozdzielenia składników. Przedstawiono wyniki eksperymentów dotyczących recyklingu obu tych rodzajów materiałów. Stwierdzono, że proces skutecznego recyklingu wymaga stosowania specjalnie dobranych ośrodków bez użycia, których proces jest niemożliwy. Dodatkowym warunkiem recyklingu zawiesinowych materiałów kompozytowych jest konieczność wytworzenia emulsji zawiesiny uzyskanej ze stopionego materiału (kompozytowego) w ciekłym ośrodku. Wykonane próby wykazały, że jest możliwe odzyskiwanie ponad 90% masy osnowy kompozytowej w przypadku recyklingu grubego złomu oraz nieco mniej w przypadku drobnego złomu (np. wiórów). Stwierdzono również, że skuteczność recyklingu materiałów kompozytowych z nasycanym zbrojeniem zależy w dużej mierze od geometrii porów nasycanego zbrojenia. Materiały uzyskane przez nasycenie kształtek z włókien są podatne na proces recyklingu w przeciwieństwie do tych, które powstały przez nasycenie kształtek zbrojenia wykonanych z np. granulowanych spieków.

7

Behaviour of aluminum foam under fire conditions

Grabian J., Gawdzińska K., Szweycer M.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 2

41-44

EN

Taking into account fire-protection requirements it is advantageous for aluminum foam, after melting at a temperature considerably exceeding the melting point, to have a structure of discontinuous suspension of solid inclusions to liquid metal instead of liquid consistency. Continuity of the suspension depends on the solid phase content. The boundary value of the phase determined by J. Śleziona, above which the suspension becomes discontinuous, is provided by the formula (1). Figure 1 presents the relationship graphically. Boundary values of the v_s content resulting from the above relationship is too low, taking into account the data obtained from the technology of suspension composites [4]. Therefore, based on the structure assumed for the suspension shown in Figure 2 these authors proposed another way of determining the contents, the value of which is determined by the relationship (3) [5]. For purposes of the experimental study presented in the paper two foams have been molten: a commercially available one, made by aluminum foaming with titanium hydride, and a foam manufactured in the Marine Materials Plant of the Maritime University of Szczecin by blowing the AlSi7 +20% SiC composite with argon. Macrophotographs of foam cross-sections are shown in Figure 3. The foams have been molten in the atmosphere of air at a temperature of 750°C. The products of melting are presented in Figure 4. It appears that molten aluminum foam may have no liquid consistency, being unable to flow, which is a desired property from the point of view of fire-protection. The above feature of the molten foam results from the fact that it may be a discontinuous suspension of solid particles in a liquid metal. The suspended particles may be solid particles of the composite that served for making the foam or oxide membranes formed on extended metal surface of the bubbles included in the foam. The desired foam ability to form a discontinuous suspension after melting may be intensified by insertion of solid particles into the metal serving for foam formation.

8

Wybrane problemy recyklingu w odlewniach

Jackowski J., Modrzyński A., Szweycer M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją

|

2007

|

Nr 6

59-68

PL

Wykorzystanie odpadów jest najbardziej racjonalne wtedy, gdy ich recykling z jednej strony odbywa się najbliżej miejsca ich powstania, a z drugiej, gdy wprowadzenie materiałów podlegających recyklingowi do procesu produkcyjnego odbywa się jak najbliżej wyrobu finalnego. Przykładem jest wykorzystanie odpadów metalowych w odlewniach. Są też odpady specyficzne, których przetwarzanie wymaga zachowania specjalnych warunków. Przykładem takich odpadów są puszki po napojach lub złom kompozytowy. W przedstawionym tekście zaprezentowano różne możliwości wykorzystania odpadów metalowych w odlewniach: złomu stalowego w odlewniach żeliwa, wiórów pochodzących z obróbki odlewów w odlewniach stopów aluminium, puszek po napojach do produkcji gąsek stopów aluminium oraz wykorzystanie osnowy metalowej tworzącej odlewy kompozytowe.

EN

This paper presents sugesstion of system for environmental assessment manufacturing tech-nology products of the iron-carbon ailoys. Characterize tredns in direction of development mufac-turing technology. Describe profils to result from apply presents of system enyironmental assessment.

9

Możliwości recyklingu metalowych odlewów kompozytowych

Jackowski J., Nagolska D., Szweycer M., Szymański P.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 1

37-40

PL

Wszystkie materiały i wyroby używane przez człowieka tak w przeszłości, jak i obecnie posiadają wspólną cechę, jaką jest pętla obrazująca etapy ich istnienia. Rozpoczyna się ona projektowaniem, a poprzez wytwarzanie, stosowanie i złomowanie kończy się na recyklingu. Cykl taki dotyczy także metalowych materiałów kompozytowych. Złom metalowych materiałów kompozytowych powstaje w całym okresie mieszczącym się od momentu ich tworzenia do chwili złomowania wyrobów wytworzonych z ich udziałem. Specyfika tych materiałów sprawia, że ich recykling różni się od stosowanego dla konwencjonalnych tworzyw metalowych. Jest on trudniejszy z powodu zróżnicowanych faz tworzących materiał, a także koniecznego często ich rozdzielania w procesie recyklingu. Rosnący obszar stosowania metalowych wyrobów kompozytowych sprawia, że rośnie również zakres i znaczenie ich recyklingu. Studia i badania własne autorów skoncentrowane były i są na metalowych tworzywach kompozytowych wytwarzanych metodami odlewniczymi zarówno zbrojonych cząstkami, jak i z nasycanym zbrojeniem. Potwierdziły i wykazały one, że istnieją odlewane tworzywa metalowe (zarówno zbrojone cząstkami, jak i z nasycanym zbrojeniem), których recykling nie został opanowany, co skutkuje koniecznością dalszych badań. Studia, a także wyniki badań własnych pozwoliły na określenie kierunków działań zmierzających do skutecznego recyklingu tych tworzyw. Autorzy uznali, że wyniki dotychczasowych prac związanych z recyklingiem odlewanych materiałów kompozytowych mogą stanowić dostatecznie ciekawy materiał dla specjalistów związanych z technologią metalowych odlewów kompozytowych spotykających się na seminarium, w tytule którego występuje skojarzenie teorii z praktyką technologii tych tworzyw.

EN

Any materials and goods used by a man, both in the past and to-day, are characterized by an important feature, namely a loop depicting particular stages of their existence. The loop starts from the stage of design, and passing through the stages of manufacturing, the use, and scrapping, ends at the recycling procedure. The same cycle undergoes in the case of metal composite materials. The scrap of metal composite materials forms within the whole period from the time of their manufacture until scrapping the goods made with their use. Specific features of the materials cause their recycling to be different as compared to the one used in case of conventional metal goods. The process is more difficult due to differentiation of the phases present in the material and the need of their separating in the course of the recycling process. Increasing extent of the use of metal composite materials is conducive to the growth of recycling range and meaning. The studies and own research of the authors are focused at the metal composite materials manufactured with casting methods, both with particle and saturated reinforcement. The work confirmed and indicated that for some of casted metal materials (both with particle or saturated reinforcement) the recycling process is not properly mastered, that induces the need for further research. The studies and the results of own research enabled defining the lines aimed at efficient recycling of the materials. The authors found that the results obtained hitherto and related to recycling of the casted composite materials may be a sufficiently interesting subject for the specialists dealing with the technology of metal composite casts, who meet at the seminar devoted to coordination of the theory and practice of the technology related to these materials.

10

Próby recyklingu kompozytów z nasycanym zbrojeniem grafitowym i osnową ze stopu OT7

Nagolska D., Szweycer M.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 2

55-59

PL

Przebieg recyklingu kompozytów metalowych z nasycanym zbrojeniem drogą rozdzielenia składników zależy między innymi od właściwości powierzchniowych układu: zbrojenie - ciekła osnowa - ośrodek oraz struktury zbrojenia kompozytu. W pracy przedstawiono wyniki analizy warunków wypływania ciekłego metalu osnowy z porów zbrojenia (rys. 3). Stwierdzono, iż z powodu skomplikowanej budowy porów zbrojenia kompozytowego wartości ciśnienia działającego na metal osnowy są zmienne (rys. 4). Może to doprowadzić do lokalnego zatrzymania procesu wypływania ciekłej osnowy ze zbrojenia kompozytu (rys. 5). Matematyczny opis geometrii zbrojenia jest bardzo trudny, a niekiedy nawet niemożliwy, wobec tego postanowiono eksperymentalnie zbadać przebieg wypływania osnowy metalowej z dwóch kształtek zbrojenia wykonanych z tego samego materiału, ale wyraźnie różniących się strukturą. Do badań wytypowano kompozyt o osnowie ze stopu ołowiu z antymonem OT7 zbrojony kształtkami grafitowymi w postaci spieku i prasowanych włókien (tab. 1 i rys. 6), które różni zarówno kształt, jak i wymiary porów. Kompozyty te poddano recyklingowi w dwóch ośrodkach: powietrzu i mieszance stopionych soli (tab. 2). W przypadku kompozytu zbrojonego spiekiem grafitowym poddanego recyklingowi w powietrzu uzysk był nieznaczny, niewiele przekraczający 5%, natomiast w ośrodku stopionych soli zaobserwowano uzysk rzędu 35%. Uzysk metalu z kompozytu zbrojonego włókniną grafitową w powietrzu wynosił również niewiele (ok. 9%), natomiast w ośrodku stopionych soli wyniósł ponad 90%. Uzyskane wyniki potwierdziły, iż na proces wypływania ciekłej osnowy metalowej z porów zbrojenia mają wpływ właściwości powierzchniowe. Otrzymane wyniki obliczeń oraz przeprowadzone badania wskazują jednak, iż na proces recyklingu ma duży wpływ również struktura zbrojenia. Przy identycznych właściwościach powierzchniowych układu i różnej strukturze zbrojeniach otrzymujemy bowiem znaczne różnice w uzysku metalu (rys. 7). Przeprowadzona analiza wskazuje, iż struktury zbrojenia charakteryzują kąty rozwarcia kapilary [alfa] oraz wartości średnic d1 i d2, a także stosunek tych wartości. Zaprezentowana w niniejszym artykule analiza jakościowa nie jest wystarczająca do określenia wpływu zmienności parametrów struktury na uzysk metalu. Aby możliwe było określenie zależności uzysku metalu od tych parametrów, konieczne jest przeprowadzenie analizy ilościowej, co wszakże utrudnia lub nawet uniemożliwia brak możliwości opisu matematycznego struktury. Wykonane doświadczenia dotyczące kompozytu: stop OT7 - zbrojenie grafitowe umożliwiły jednak określenie, które z badanych zbrojeń posiada lepszą strukturę z punktu widzenia recyklingu. Wynika z nich, iż parametry struktury zbrojenia w postaci włókien są znacznie korzystniejsze niż zbrojenia w postaci spieku.

EN

Recycling of metal composites with saturated reinforcement by separation of the components depends, among others, on surface properties of the reinforcement - liquid matrix - environment system, and the structure of composite reinforcement. The paper presents the results of the analysis of conditions of liquid matrix metal outflow from the reinforcement pores (Fig. 3). It was found that due to complicated structure of the composite reinforcement pores the values of the pressure acting on the matrix metal vary (Fig. 4). This might be conducive to local stoppage of the process of liquid matrix outflow from the composite reinforcement (Fig. 5). Mathematical description of the matrix geometry is very difficult or sometimes even impossible. In consequence, the course of metal matrix outflow from two reinforcement profiles made of the same material of clearly different structures were investigated experimentally. For the investigation purposes a composite of the lead - antimony alloy (OT7) was selected, reinforced with graphite profiles in the form of a sinter and pressed fibers (Table 1 and Fig. 6), of different shapes and pore sizes. The composites have been recycled in two surroundings: air and a mixture of molten salts (Table 2). In case of the graphite sinter reinforced composite recycled in air the yield was insignificant, barely exceeding 5 per cent. On the other hand, in the case of molten salts the yield of 35 per cent was achieved. The metal yield obtained from a graphite fiber reinforced composite was also small, amounting to 9 per cent, reaching 90 per cent for the case of the environment of molten was. The results so obtained confirmed that the process of liquid metal matrix outflow from the reinforcement pores is affected by the surface properties. Results of the calculation and the research indicate that the recycling process is also highly affected by the reinforcement structure. In case of identical surface properties of the system and different reinforcement structures the differences in metal yield values are significant (Fig. 7). The analysis shows that the reinforcement structure is characterized by the angels of flare of the capillaries [alpha], the diameters d1 and d2, and ratios of these values. The quantitative carried out in the present paper is insufficient for purposes of determining the effect of variability of the structure parameters on the metal yield. In order to enable determining influence of these parameters on the metal yield a qualitative analysis must be performed that may be difficult or even unfeasible because of impossibility of mathematical description of the structure. Nevertheless, the experiments related to the OT7 alloy - graphite reinforcement composite enabled answering the question which of the reinforcement types subject to the study has better structure from the recycling point of view. They show that parameters of the reinforcement structure in the form of fibers are more advantageous than for sinter reinforcement.

11

Ocena właściwości powierzchniowych ciekłych metali i stopów w ośrodkach ciekłych

Jackowski J., Szweycer M., Szymański P.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 2

60-64

PL

Skuteczny recykling metalowych odlewanych materiałów kompozytowych zarówno zawiesinowych, jak i z nasycanym zbrojeniem jest często możliwy do przeprowadzenia tylko w ciekłym ośrodku powstałym ze stopienia mieszaniny soli. W takim przypadku niemożliwe jest wyznaczenie takich wartości, jak napięcie powierzchniowe na granicy ciekły metal--ciekły ośrodek lub kąt zwilżania materiału fazy stałej (zbrojenia) przez ciekły metal osnowy w ciekłym ośrodku, poprzez bezpośrednie pomiary. Znajomość tych wartości jest niezbędna do analizy procesu recyklingu, interpretacji wyników doświadczeń laboratoryjnych, projektowania i weryfikacji warunków procesu. Dokonanie pomiarów kształtu leżącej kropli metalu w otoczeniu ciekłego ośrodka byłoby możliwe po jej zakrzepnięciu i usunięciu ośrodka. W artykule przedstawiono wyniki badań napięcia powierzchniowego oraz kątów zwilżania dwóch stopów w oparciu o pomiary i analizę zmian kształtu kropli ciekłego metalu spowodowanej jej krzepnięciem. Przebadano niskotopliwy stop Wooda oraz techniczny stop ołowiu z antymonem (stop OT7). Obserwacje zmian zachowania się kropli przeprowadzano zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 1 za pomocą specjalnego aparatu przedstawionego na rysunku 2. Aparat umożliwiał ciągłą obserwację i rejestracje profilu kropli ciekłego metalu umieszczonej na podłożu wykonanym z materiału zbrojenia kompozytu. Badania polegały na obserwacji i pomiarach geometrii kropli ocenianych na znacznie powiększonych konturach kropli zarejestrowanych przez kamerę cyfrową. Stabilizacje temperatury układu podłoże-kropla zapewnia grzałka z termostatem zainstalowana w cokole aparatu pomiarowego. Przykładowe zdjęcie ciekłej kropli metalu zarejestrowane za pomocą aparatu i obrobione z wykorzystaniem programu komputerowego przedstawiono na rysunku 3. Profile ciekłej kropli stopu OT7 oraz jej profil po zakrzepnięciu pokazuje rysunek 4. Efekty wykonanych pomiarów i obliczeń zostały zestawione w tabelach 2 i 3. Wykazano, że w układach będących przedmiotem badań wpływ nieuchronnej deformacji kształtu kropli metalu zachodzącej podczas jej krzepnięcia na wartości wyników badań właściwości miedzyfazowych tych układów jest mało istotny. Stwierdzone różnice wartości napięcia powierzchniowego obliczone dla stałych i ciekłych kropli metalu nie są większe od spotykanych w literaturze specjalistycznej. Wartości te mogą być wykorzystane do analizy procesów prowadzących do rozdzielania składników kompozytów, a przeprowadzanych w ciekłych ośrodkach, w których bezpośredni pomiar właściwości powierzchniowych w układach jest niemożliwy.

EN

Recycling of metallic casted composite materials, both suspended and with saturated reinforcement, may be often carried out effectively only in a liquid medium formulated by melting a salt mixture. Such values, like surface tension at the liquid metal - liquid medium interface or angle of wetting the solid phase (reinforcement) with the liquid matrix metal in a liquid medium can not be determined with direct measurement technique. Nevertheless, knowledge of these values is necessary for purposes of analysis of the recycling process, interpretation of the results of laboratory experiments, designing, and verification of the process conditions. The shape of a drop of metal lying in the surrounding of a liquid medium could be measured only upon its solidification and removal of the surrounding. The paper presents the results of investigation of surface tensions and wetting angles of the alloys based on measurement and analysis of changes in the shape of the liquid metal drop, caused by its solidification. The low-melting Wood's alloy and commercial lead-antimony alloy (OT7 alloy) have been investigated. The changes in the drop behaviour have been observed in accordance with the diagram shown in Figure 1, with the help of the device presented in Figure 2. The device enabled continuous observation and recording of the profile of a liquid metal drop located at the bed made of composite reinforcement material. The study included observation and measurement of drop geometry, assessed with the help of considerably magnified drop profiles recorded with a digital camera. Temperature of the bed-drop system was stabilized with a heater provided with a thermostat assembled in the measurement device base. An example picture of a liquid metal recorded with the device and processed with the use of a computer program is shown in Figure 3. Profiles of liquid drops of the OT7 alloy and their after-solidification profiles are shown in Figure 4. Results of the measurements and calculations are specified in Tables 2 and 3. It was shown that in the systems subject to the research the effect of inevitable deformation of the metal drop undergoing during its solidification on the results of inter-phase properties of the systems is so insignificant that they might be used for purposes of analysis of the processes conducive to separation of the composite components. The differences in the values of surface tension calculated for solid and liquid metal drops do not exceed the level provided by specialist literature sources. The values may be used for purposes of analyzing of the processes of separation of the composite components undergoing in liquid environments, where the surface properties can not be directly measured.

12

Problemy terminologii w kompozytach i wyrobach kompozytowych

Braszczyńska-Malik K.N., Pędzich Z., Pietrzak K., Rosłaniec Z., Sterzyński T., Szweycer M.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 1

19-24

PL

Dokonano analizy definicji i niektórych podziałów klasyfikacyjnych zarówno podstawowych, jak i dotyczących budowy strukturalnej oraz technologii kompozytów i wyrobów kompozytowych. W analizie uwzględniono kompozyty o osnowie metalowej, polimerowej oraz kompozyty ceramiczne równolegle zawierające różne rodzaje składników zbrojących ze względu na skład chemiczny, postać i wymiary. Omówiono także pojęcia związane z połączeniem zbrojenia z osnową. Stwierdzono, że analizowana terminologia, pochodząca z różnych obszarów techniki i adaptowania na potrzeby kompozytów przez specjalistów z tych obszarów, jest nieuporządkowana, zawiera wiele nieprecyzyjnych pojęć i definicji, określeń wieloznacznych, a także synonimów. Podziały klasyfikacyjne dotyczące kompozytów są często niekonsekwentne przede wszystkim w doborze kryteriów stanowiących ich podstawę. Wyniki powyższej analizy wskazują jednoznacznie na potrzebę działań mających na celu uporządkowanie terminologii związanej z kompozytami. O podjęcie szerokiej dyskusji środowiskowej na ten temat autorzy zwracają się do członków i sympatyków Polskiego Towarzystwa Materiałów Kompozytowych.

EN

The present work is devoted to analysis definition of some classification divisions related both to basic problems and particulars pertaining to the structure and manufacturing technology of composites and composite products. The analysis has been made for the composites with metal or polymer matrix as well as ceramic composites, including, at the same time, reinforcement components of various chemical composition, forms and dimensions. The notions related to interaction between the reinforcement and matrix are discussed in the work. It was found that the terminology derived from various fields of technology and adapted to the purposes of composites by the experts specializing in these fields is disordered, includes many inaccurate concepts and definitions, ambiguities and synonyms. The classification divisions related to the composites are often inconsequent, first of all with regard to the choice of criteria serving as their basis. The results of the above analysis clearly indicate the need of the efforts aimed at arranging the composite related terminology. The Authors appeal to members of the Polish Society for Composite Materials for initiation of comprehensive discussion devoted to this subject.

13

Wpływ włókna węglowego na zarodkowanie faz stopu AlSi11 jako osnowy kompozytu

Jackowski J., Szweycer M., Tomaszewski T.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 10

143-146

PL

Na podstawie analizy właściwości powierzchniowych układu: podłoże węglowe-zarodek krystalizacji-ciekły stop AlSi11 stwierdzono możliwość zarodkowania krzemu na podłożu węglowym oraz roztworu [alfa] na podłożu krzemowym. Problematyczna jest możliwość zarodkowania fazy [alfa] na podłożu węglowym oraz niemożliwa krzemu na podłożu roztworu [alfa]. Stwierdzenia te potwierdzono doświadczalnie dla odlewów z kompozytu włókno węglowe-stop AlSi11. Obserwacje metalograficzne wykazały istnienie w nich pierwotnych wydzieleń fazy krzemowej, zlokalizowanych wokół lub przylegających do włókien zbrojenia, natomiast nie stwierdzono podobnie zlokalizowanych pierwotnych dendrytów fazy [alfa].

EN

Analysis of surface properties of the system composed of carbon bed-crystallization nucleus-liquid AlSi11 alloy has shown that silicon may nucleate at the carbon bed and the [alpha]-solution on the silicon bed. On the other hand, nucleation of the [alpha]-phase at the carbon bed seems be doubtful, while silicon on the [alpha]-solution bed is not possible. These findings were experimentally confirmed for the castings made of the carbon fibre-AlSi11 alloy composite. Metallographic observations have shown occurrence of preliminary precipitations of silicon phase therein, located about or adjacent to the reinforcement fibres, while no primary dendrites of the [alpha]-phase were found in these places.

14

Wybrane problemy recyklingu w odlewnictwie

Szweycer M., Jackowski J., Łybacki W., Nagolska D.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2004

|

Vol. 24, nr 2 sp

263-270

PL

W artykule przedstawiono wyniki prac prowadzonych w ostatnich latach w Zakładzie Odlewnictwa Politechniki Poznańskiej nad wybranymi zagadnieniami związanymi z wykorzystaniem złomu w odlewniach, a w szczególności złomu stalowego do wytwarzania żeliwa syntetycznego, recyklingu odlewów z kompozytów o osnowie metalowej oraz topienia wiórów w odlewniach stopów aluminium. Stwierdzono, że w badanych przypadkach przy niższych kosztach wytwarzania można otrzymać materiał odlewów nieustępujący jakością uzyskiwanemu z gąsek.

EN

The paper presents the results of the work carried out in recent years in the Foundry Department of the Poznań University of Technology on selected problems pertaining to using of metal scrap in foundries. Particular attention was paid to the use of steel scrap for production of synthetic cast iron, recycling of metal matrix composites and possibility of chips melting in aluminum alloy foundries. Results of the research work have shown that in the considered cases the quality of the alloy materials was not worse than while using pig sows, however, with lower manufacturing cost.

15

Recykling odlewów z kompozytu o osnowie ze stopu AlSi11 zbrojonego włóknem węglowym

Nagolska D., Szweycer M., Szymański P.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2004

|

Vol. 24, nr 1 sp

173-180

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy warunków wypływania ciekłego metalu osnowy z porów zbrojenia trzech kompozytów: kształtek z włókna glinokrzemianowego nasyconych stopem Wooda, takich samych kształtek nasyconych stopem AlSil l oraz kształtek z włókna węglowego nasyconych stopem AlSil 1. Analizą oparto na wartościach ciśnienia kapilarnego wynikających z napięć międzyfazowych układów zbrójenie-ciekła osnowa-ośrodek. Wyniki analizy zweryfikowano doświadczalnie dla kompozytu zbrojonego włóknem węglowym i porównano z wynikami dla pozostałych wymienionych kompozytów. Pozwoliło to na stwierdzenie, że: - o warunkach samoczynnego wypływania osnowy z porów zbrojenia kompozytu decyduje wypadkowe ciśnienie kapilarne działające na ciekły metal zawarty w zbrojeniu, - samoczynne wypływanie osnowy z porowatego zbrojenia jest możliwe tylko w odpowiednio dobranym ośrodku.

EN

The work presents the results of analysis of the conditions of liquid matrix metal outflow from reinforcement pores in three composites: aluminosilicate fibre profiles saturated with Wood alloy; the same profiles saturated with AlSill alloy; and carbon fibre profiles saturated with AlSill alloy. The analysis was based on capillary pressure values resulting from interface tensions of the systems consisting of reinforcement-liquid matrix-medium. Results of the analysis were experimentally verified for a carbon-fibre reinforced composite and compared to another specified composites that allowed to state the following: - conditions of spontaneous matrix outflow from the reinforcement composite pores are determined by resultant capillary pressure acting on the liquid metal located in the reinforcement; - spontaneous matrix outflow from the porous reinforcement is feasible only in appropriately chosen medium.

16

Wady odlewów z kompozytów metalowych, a klasyfikacja wad odlewów z klasycznych tworzyw

Szweycer M., Gwadzińska K., Jackowski J.

Archiwum Odlewnictwa

|

2004

|

R. 4, nr 11/2

247--256

PL

W odlewach z kompozytów metalowych występują wady, które nie mogą występować w odlewach z klasycznych materiałów. Te specyficzne wady nie zostały dotychczas sklasyfikowane a także nie została określona ich terminologia. W prezentowanej pracy dokonano przeglądu wad odlewów z kompozytów ,,in situ", zawiesinowych i wytwarzanych przez nasycanie zbrojenia metalem osnowy oraz zaproponowano ich nazwy w przypadku, gdy istniała taka konieczność. Przedstawiono propozycję klasyfikacji tych wad opracowaną w ten sposób, aby była kompatybilna z klasyfikacją wad odlewów z klasycznych tworzyw przyjętą przez polską normę. Klasyfikacja taka jest niezbędna w działaniach związanych ze sterowaniem jakością odlewów kompozytowych.

EN

The castings made of metal-matrix composites may contain the defects that can not occur in the ones made of classical materials. These specific defects are not as yet classified, similarly, the terminology related thereto is not defined. The presented paper contains a review of the defects of various types composites, namely "in-situ" composites, suspension composites, and the ones produced by reinforcement saturation with matrix metal. In case of need their respective names were proposed. A proposal of classification of the defects was presented, that was developed so as to make it compatible with classification of the casts made of classical materials adopted in an appropriate Polish Standard. Such a classification is necessary for the operations related to controlling of the composite the quality.

17

Dobór ośrodka do recyklingu odlewów z metalowych kompozytów nasyconych

Nagolska D., Szweycer M.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 6

101-105

PL

Jedynym sposobem recyklingu odlewów z metalowych kompozytów nasycanych, w przeciwieństwie do innych typów metalowych kompozytów odlewanych, jest rozdzielenie składników. W artykule przedstawiono różnicę pomiędzy układami, w jakich zachodzi proces nasycania i recyklingu tych kompozytów (rys. 1). Na podstawie przeprowadzanej analizy teoretycznej przedstawiono warunek (2) (rys. 2), jaki powinien spełniać ośrodek, aby w trójfazowym układzie metal osnowy--zbrojenie-jednofazowy ośrodek proces wypływania osnowy metalowej z porów zbrojenia przebiegał samoczynnie. Z warunku tego wynika, że dla większości kompozytów rozdzielenie składników w atmosferze powietrza jest niemożliwe. Możliwe jest to jednak w innym ośrodku. Określono zatem wymagania stawiane ośrodkowi, których spełnienie zapewnia dobrą jakość odzyskanego metalu osnowy oraz niskie koszty procesu. Wymagania te są następujące: - kąt zwilżania zbrojenia przez metal osnowy w ośrodku zbliżony do 180°, - temperatura topnienia ośrodka jak najbardziej zbliżona do temperatury topnienia metalu osnowy kompozytu, - gęstość ośrodka mniejsza niż ciekłego metalu, — mała reaktywność ośrodka z metalem osnowy i zbrojeniem kompozytu, jak również z materiałami ogniotrwałymi użytymi w procesie recyklingu, - brak skłonności ośrodka do rozkładu i parowania w warunkach recyklingu, łatwość oddzielania ośrodka od metalu osnowy i materiału zbrojenia, - niska cena w stosunku do ceny metalu osnowy. Przedstawione zasady doboru ośrodka zweryfikowano doświadczalnie na przykładzie wybranego kompozytu (AlSi11-SIBRAL) i ośrodka, którym była stopiona mieszanka soli o składzie 50% NaCI i 50% KCl. Ponadto uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że badany proces recyklingu spełnia warunki umożliwiające jego przemysłowe zastosowanie.

EN

One of the ways of recycling of saturated metal-matrix cast composites, as opposed to the other types of casted metal composites, consists in separation of its components. The paper presents the difference between the systems used for recycling and saturating of these composites (Fig. 1). Theoretical analysis enabled formulating of a condition (2) (Fig. 2) to be met by the medium in order to allow spontaneous course of the process of metallic matrix outflow from reinforcement pores in the three-phase system including metal matrix-reinforcement-single-phase medium. This means that separation of the components in the air atmosphere is unfeasible for most of the composites. However, this becomes possible in another medium. Therefore, the requirements to be met by the medium were defined, as to ensure good quality of recovered matrix metal and low cost of the process. The requirements arc as follows: - reinforcement wetting angle by the matrix metal in the medium - near 180°; - melting temperature of the medium possibly approximating the melting temperature of the composite matrix metal; - density of the medium lower than that of the liquid metal; - low reactivity of the medium with the matrix metal and composite reinforcement, as well as with refractory materials used for purposes of the recycling process; - no tendency for decomposition and evaporation of the medium under the recycling conditions; - easy separation of the medium from the matrix metal and reinforcing material; - low price as compared to that of the matrix metal. The above specified principles of the medium selection were experimentally verified on the example of a selected composite (AlSi11-SIBRAL) and the medium composed of the mixture of melted salts: 50% NaCI and 50% KCl. Moreover, the results obtained allow to state that the recycling process meets the conditions enabling its application in the industry.

18

Recykling odlewów z kompozytów metalowych zbrojonych cząstkami i z nasycanym zbrojeniem

Nagolska D., Szweycer M.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2003

|

Vol. 23, Nr 1

115-125

PL

W artykule przedstawiono oryginalne zależności wyznaczające warunki przejścia cząstki stałej przez sferyczną granicę faz oraz samoczynnego wypływania ciekłej osnowy metalowej z porów zbrojenia. Zależności te mają zasadnicze znaczenie dla przebiegu recyklingu odpowiednio kompozytów zbrojonych cząstkami oraz kompozytów nasycanych. Na tej podstawie dokonano analizy stanu badań recyklingu odlewów z kompozytów zbrojonych cząstkami (recykling metodą przetopu) oraz kompozytów zbrojonych cząstkami i nasycanych (recykling metodą rozdzielenia składników). Analizę powyższą oparto na dostępnych danych literaturowych oraz badaniach autorów.

EN

The paper presents original relationships determining transfer conditions of a solid particle through a spherical phase boundary and spontaneous flow-out of a liquid metal matrix from reinforcement pores. The relationships are of basic meaning for the course of recycling of particle reinforced and saturated composites. The above statements served as a basis for the analysis of state of the studies on recycling of the castings made of particle reinforced composites by remelt-ing and saturated by separating of the components. The above analysis was carried out on the grounds of literature sources and own studies of the authors.

19

Kinetyka recyklingu odlewów z nasycanych kompozytów metalowych

Nagolska D., Szweycer M.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2002

|

Vol. 22, Nr 1

109-115

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań kinetyki recyklingu odlewów próbnych z kompozytu o osnowie ze stopu AlSi1 1, zbrojonego prasowanym włóknem glinokrzemianowym, otrzymywanych w wyniku nasycania. Recykling polegał na rozdzieleniu metalu osnowy od zbrojenia. Proces prowadzono w ośrodku stopionych soli w temperaturze wyższej od temperatury topienia metalu. Określono wpływ temperatury i czasu na stosunek masy uzyskanego metalu do masy metalu zawartego w odlewie kompozytowym. Zależność ta może być przydatna do określenia warunków, w których należy prowadzić recykling. Stwierdzono także, że skład chemiczny uzyskanego metalu umożliwia jego powtórne wykorzystanie.

EN

The paper presents research results of recycling kinetics of sample castings made of a composite with a matrix of AlSi 11 alloy, reinforced with pressed aluminosilicate fibre, obtained with saturation process. The recycling process consisted in separation of matrix metal from the reinforcement. The process was effected in the environment of melted salts, under the temperature exceeding the metal melting point. The effect of temperature and time on the ratio of the mass of obtained metal to total metal mass included in the composite casting was determined. The relationship may be useful for purpose of defining the conditions necessary for the recycling process. It was also ascertained that chemical composition of the obtained metal enables its repeated use.

20

Odmiany porowatości odlewów z metalowych kompozytów nasycanych

Gawdzińska K., Jackowski J., Szweycer M.

Kompozyty

|

2001

|

R. 1, nr 1

68-71

PL

Przedstawiono krótką analizę przyczyn powstawania wad porowatości w strukturze odlewów kompozytowych uzyskiwanych przez nasycanie zbrojeń ciekłą osnową metalową. Ilustracje prezentują opisane wady, a tabela, w której zestawiono cechy charakterystyczne tych wad w połączeniu z przyczynami ich powstawania, może stanowić pomoc dla ich identyfikacji oraz opracowywania technologii nasycanych odlewów kompozytowych o najwyższej jakości.

EN

Compactness of structure is a required feature for most of construction materials, inclusive of saturated composite castings. Structural defects of these materials frequently result from the method of their manufacture, i.e. joining two different components: a solid, usually ceramic reinforcement, and a liquid metal matrix. Analysis of porosity defects of structures of the saturated composites [1] has shown that basic reasons of their occurrence are: insufficient filling of reinforcement capillaries with liquid matrix, formation of gaseous occlusions within the composite, liberation of the gas dissolved in the matrix, and shrinkage phenomena accompanying cooling and changing the state of aggregation of the matrix. A short characteristics of the reasons mentioned above and presentation of consequences in the shape of various forms of the castings made of saturated metal composites are presented by the Authors on the ground of results of research performed by the team, composed among others of [1-4, 8], and review of literature [5, 6] related to manufacture and research of structure and properties of the castings made of saturated metal composites. The pictures in Fig. 1 show the porosity forms arising in result of insufficient filling of inter-fibre capillaries of the composite matrix, formed of thin ceramic fibres, due to too low pressure. The form of the defect shown in the picture in Fig. 2 proves that its arose due to premature solidification of saturating matrix. The pictures in Fig. 3 show the fractures of two samples of the same saturated composite, made under different pressures. They prove that too low pressure (30 MPa - Fig. 3b) does not guarantee such a structure to be free of porosity that is shown in Fig. 3a. Formation of gas occlusions in a reinforcement element under saturation is very probable. Their dimensions may be very differentiated: from macroscopic (Fig. 4) to microscopic ones (Fig. 5). However, using e.g. directional solidification of the matrix one may force their occurrence beyond the composite element (casting), as for example in a pressure head (Fig. 4). Similar procedure may be used for the most advantageous location of contraction cavities, when another ways, e.g. pressure feeding, are unfeasible. If the cooling and solidification process of the metal matrix is not accompanied by effective feeding, the shrinkage porosity of the composite casting becomes unavailable. In shrinkage pores of a composite (alumi-nosilicate reinforcement - AlSi11 alloy) crystals of solid phase from the matrix have been found, that is a proof of the presence of liquid matrix metal in the reinforcement capillaries and its withdrawal in result of the shrinkage. Specification of characteristic features of the defects of castings made of saturated metal composites is shown in Table 1 that may be helpful e.g. for developing a computer expert program related to defects of these materials.