Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numeryczne modelowanie warstw powierzchniowych na wybranych przykładach w aspekcie wyznaczania naprężeń resztkowych

Szymczyk Wiesław, Włodarczyk Joanna

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

nr 7-8

26--37

PL

Na warstwy powierzchniowe na elementach metalowych stosuje się różnorodne materiały. Warstwy powierzchniowe powstają zazwyczaj w warunkach wysokiej temperatury. Zasadniczy problem w warstwach powierzchniowych stanowią naprężenia resztkowe. Naprężenia resztkowe są pierwotną przyczyną zniszczenia warstwy powierzchniowej i ograniczenia trwałości elementu, na który ją naniesiono. Przyczyną powstania naprężeń własnych są znaczące różnice we właściwościach termomechanicznych łączonych faz materiałowych pokrycia i podłoża. W artykule przedstawiono zestawienie modeli numerycznych, które reprezentują zróżnicowane podejście do modelowania i wyznaczania wartości oraz rozkładów naprężeń resztkowych. Mogą one być stosowane przy zachowaniu świadomości konsekwencji dopuszczanych w nich uproszczeń oraz jakości symulacji uwzględniających określone cechy mikrostruktury.

EN

Various materials are used as a surface layers on metal parts. Surface layers are usually formed under high temperature conditions. Residual stresses are a major problem concerning surface layers. Residual stresses are the primary cause of the surface layer’s deterioration and limit the life span of the component on which it is applied. The cause of residual stresses is the significant differences in the thermomechanical properties of the combined material phases of the coating and substrate. The paper presents a list of numerical models which represent a different approach to modeling and determining values and distributions of residual stresses. They can be used with the awareness of the consequences of simplifications allowed in them and the quality of simulations taking into account specific microstructure features.

2

Gradientowe kompozyty epoksydowe napełniane stopem Wood’a

Wierzbicki Ł.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2015

|

T. 21, Nr 2 (164)

182--186

PL

Artykuł opisuje funkcjonalne polimerowe materiały gradientowe podstawowe techniki ich wytwarzania oraz wyniki badań wybranych charakterystyk fizycznych. W badaniach wykorzystano stop Wood’a oraz żywicę epoksydową (Epidian 6) sieciowaną trietylenotetraaminą (utwardzacz Z1). Wykonane kompozyty zawierały nominalnie 20, 40, 60 i 80 % stopu Wood’a. Próbki wykonano metodą odlewania grawitacyjnego w formach umożliwiających sedymentację składników kompozytu. Następnie przedstawiono wyniki badań wytrzymałości warstw o różnej zawartości procentowej napełniacza.

EN

The article describes the functional polymeric graded materials and their basic manufacturing techniques and the results of selected physical characteristics. In the research Wood’s alloy and epoxy resin (Epidian 6) cured with triethylenetetraamine (Z1 hardener) were used. Composites were made with nominally 20, 40, 60 and 80% by weight contents of the Wood’s alloy. The samples were made using gravity casting to the forms which allow to sedimentation of the components of composite. Next results of strength of the layers with different percentages of filler are presented.

3

Gradient composite materials for artificial intervertebral discs

Migacz K., Chłopek J., Morawska-Chochół A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2014

|

Vol. 16, no. 3

3--12

EN

Composites with the gradient of the Young’s modulus constitute a new group of biomimetic materials which affect the proper distribution of stresses between the implant and the bone. The aim of this article was to examine the mechanical properties of gradient materials based on carbon fibre-polysulfone composite, and to compare them to the properties of a natural intervertebral disc. Gradient properties were provided by different orientation or volume fraction of carbon fibres in particular layers of composites. The results obtained during in vitro tests displayed a good durability of the gradient materials put under long-termstatic load. However, the configuration based on a change in the volume fraction of the fibres seems more advantageous than the one based on a change of the fibres’ orientation. Studied materials were designed to replace the intervertebral disc. The effect of the Young’s modulus of the material layers on the stress distribution between the tissue and the implant was analyzed and the biomimetic character of the gradient composites was stated. Unlike gradient materials, the pure polysulfone and the non-gradient composite resulted in the stress concentration in the region of nucleus pulposus, what is highly disadvantageous and does not occur in the stress distribution of natural intervertebral discs.

4

Struktura gradientowego kompozytu epoksydowego z napełniaczem węglowym

Stabik J., Chomiak M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

46--53

PL

Artykuł zawiera przegląd technik wykonania polimerowych materiałów gradientowych. Przedstawiono mikroskopowe badania struktury kompozytów oraz pokazano ich zalety i ograniczenia. W artykule omówiono zagadnienia przygotowania powierzchni próbek polimerowego materiału gradientowego do badań mikroskopowych. Następnie przedstawiono rezultaty badań struktury materiałów gradientowych o osnowie polimerowej napełnionej węglem kamiennym. Do wykonania kompozytów wykorzystano żywicę epoksydową, jako materiał osnowy oraz dwa rodzaje węgla kamiennego o różnej granulacji i własnościach. Kompozyty wytworzono stosując metodę odlewania grawitacyjnego i odśrodkowego.

EN

In the introduction article provides an overview of manufacture techniques of graded polymer materials. Microscopic examination techniques of composites structure are presented and discussed are their advantages and limitations. The article discusses the issues of surface preparation of polymeric graded materials specimens for microscopic examination. Next the paper presents the results of a study of the structure of polymeric graded materials with hard coal filler. For the production of composites material were used epoxy resin as the matrix and the two types of hard coal with different grain size and properties. The composites were prepared using the gravitational and centrifugal casting methods.

5

Metodyka przygotowania próbek polimerowego materiału gradientowego do badań mikroskopowych

Stabik J., Chomiak M., Suchoń Ł.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2012

|

[R.] 18, nr 4

356-360

PL

W artykule omówiono zagadnienia przygotowania powierzchni próbek polimerowego materiału gradientowego do badań mikroskopowych. Próbki wykorzystane do badań wykonane były z żywicy epoksydowej jako materiału osnowy oraz proszku węgla kamiennego jako napełniacza. Kompozyty wytworzono stosując metodę odlewania odśrodkowego. Na podstawie analizy zdjęć mikroskopowych wybrano metodę pozwalającą na obserwacje próbek na mikroskopie świetlnym. Badania wykazały, że procedura szlifowania papierem ściernym a następnie polerowania na mokro, bez użycia materiału ściernego, pozwala na uzyskanie zdjęć mikroskopowych o najlepszej jakości z dobrze widocznymi ziarnami napełniacza.

EN

The article discusses the issues of surface preparation of polymeric gradient material for microscopic examination. Specimens used for research were made of epoxy resin as a matrix and coal powder as a filler. The composites were prepared using centrifugal casting method. The selected method allows the observation of the specimens using light microscopy on the basis of the analysis of microscopic images. Research has shown that the procedure of grinding with abrasive paper and then wet polishing, without the use of abrasive, allows to obtain microscopic images of best quality with clearly visible filler grains.

6

Wytwarzanie materiałów gradientowych technologiami przetwórstwa tworzyw polimerowych

Stabik J., Chomiak M., Dybowska A., Suchoń Ł.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 3

221-225

PL

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania technologii przetwórstwa tworzyw polimerowych do wytwarzania materiałów gradientowych. Na wstępie krótko scharakteryzowano polimerowe materiały gradientowe a następnie przedstawiono wybrane technologie ich wytwarzania. Uwagę skupiono na takich technologiach jak odlewanie swobodne, odlewanie odśrodkowe, prasowanie, współwytłaczanie oraz polimeryzacja "in situ". Podano również przykłady wytworzonych materiałów i możliwości ich wykorzystania.

EN

The paper presents possibilities of application of plastics processing technologies to graded materials manufacturing. At the beginning Polymer Graded Materials (PGMs) are shortly characterized, next chosen technologies of their manufacture are presented. Attention is focused on such technologies as casting, centrifugal casting, pressing, co-extrusion and "in situ" polymerization. Examples of ready Polymer Gradient Materials and possibilities of their applications are also presented.

7

Gradientowa struktura epoksydowych materiałów kompozytowych napełnionych grafitem

Stabik J., Chomiak M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

515-520

PL

We wprowadzeniu artykuł zawiera przegląd technik wykonania polimerowych materiałów gradientowych, ze szczegółową charakterystyką metody odlewania. W części eksperymentalnej w artykule przedstawiono rezultaty badań struktury i właściwości elektrycznych materiałów gradientowych o osnowie polimerowej wzmocnionej grafitem. Do wykonania kompozytów wykorzystano żywicę epoksydową, jako materiał osnowy oraz dwa rodzaje grafitu o różnej granulacji i własnościach. Kompozyty wytworzono stosując metodę odlewania odśrodkowego.

EN

Introduction to this paper contents methods overview of gradient materials manufacture and describe in detail basic characteristics of casting method. In the experimental part the article describes results of structure and electric properties investigations of gradient materials with epoxy matrix and graphite reinforcement. Composites were made with epoxy resin as a matrix and two types of graphite with different granulations and features as reinforcements. Composites were manufactured using centrifugal casting methods.

8

Structure of sintered gradient tool materials

Matula G., Gołombek K., Mikuła J., Dobrzański L. A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 32, nr 1

23-28

EN

Purpose: Investigation of influence of sintering conditions onto the structure of composite gradient tool materials. The chemical composition of the investigated materials’ core was corresponding to the M2 high-speed steel and was reinforced with the WC and TiC type hard carbide phases with the growing portions of these phases in the outward direction from the core to the surface. Design/methodology/approach: Powder Metallurgy, SEM, X-Ray Microanalysis. Findings: Changing of technological properties and structure of composite gradient tool materials (depending on the compositions of used mixtures and sintering temperature) was analyzed and described. Practical implications: Tool materials used especially for cutting tools and plastic forming tools. Originality/value: Providing of high properties characteristic of cemented carbides keeping high ductility characteristic of steel was achieved.

9

Stability of Slender Non-Conservative Columns Made of Thermo-Active Gradient Materials

Kurnik W.

Machine Dynamics Problems

|

2008

|

Vol. 32, No. 4

50-66

EN

The paper is concerned with stability analysis of slender thin-walled cantilever beam subjected to axial distributed follower load, modelled as Leipholz columns and made of functionally gradient materials. Both transverse and longitudinal material gradients are studied as a result of different phase mixture with inclusion of thermo-active shape memory alloy (SMA). Attention is focused on the effect of phase transformation in SMA caused by increase of temperature and resulting in considerable changes of the local visco-elastic material properties which in turn affect system stability. Equivalent homogeneous beam stiffness and internal Kelvin-Voigt loss factor are determined using Kirchhoff's hypothesis and the visco-elastic principle. Partial equation of transverse column vibration is transformed to ordinary equations by means of two-mode Galerkin's discretisation based on the cantilever beam functions. Eigen-value behaviour and critical follower force are studied for various material gradient configurations. A concept of intelligent column is proposed utilizing longitudinal material functionality induced by non-uniform temperature distribution.

10

Kompozyty ceramika-metal otrzymywane z wykorzystaniem ceramicznych mas lejnych

Gizowska M., Szafran M., Bobryk E., Wasilewski Ł., Konopka K.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

53-58

PL

Przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramika-metal metodą odlewania mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego w formach gipsowych. Otrzymano kompozyty o osnowie z tlenku glinu z dwoma rodzajami fazy rozproszonej: z proszkiem żelaza oraz proszkiem niklu, dodawane w ilości 3% obj. w stosunku do fazy stałej. W roli rozpuszczalnika stosowano wodę destylowaną. W skład masy wchodziła także kompozycja upłynniaczy, nadająca masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne, związki powierzchniowo czynne oraz spoiwo. Środowisko masy lejnej i zjawiska zachodzące w obszarze podwójnej warstwy elektrycznej otaczające cząstki wpływają na mikrostrukturę kompozytów. Stosując proszek żelaza, można otrzymać kompozyty z gradientem stężenia cząstek żelaza poprzez dobór warunków (stężenie fazy stałej w masie lejnej, sił powodujących ruch cząstek żelaza). W przypadku proszku niklu w stosowanym środowisku występuje efekt heteroflokulacji (związany z przyciąganiem elektrostatycznym cząstek Al2O3 i Ni o przeciwnym wypadkowym ładunku warstwy podwójnej), sprzyjający równomiernej dystrybucji cząstek metalu w objętości próbki.

EN

In the study the results of researches considering the use of slip casting method in fabrication ceramic-metallic composites are presented. Slurry consisted of ceramic ([alpha]-Al2O3) and metallic powder suspended in water with addition of a liquidizers' composition (citric acid and diammonium citrate), surface-active agents and binders. Nickel (of average particle diameter 2.13 žm and density of 8.9 g/cm3) and iron (of average particle diameter 4 žm and density of 7.81 g/cm3) powders were used as a metallic phase. Both were added in amount of 3% by volume (in reference with total solid state amount). In the proposed environment (e.i. water as liquid medium, deflocculants) it is possible to control the distribution of iron particles in alumina matrix by means of solid state content in slurry, the forces causing the metal particles movement etc. Ceramic-metallic composites Al2O3-Fe with graded concentration of Fe particles were obtained by gravity sedimentation of heavier iron particles and by additional forcing the movement of iron particles in magnetic field. In the latter case higher concentration of solid state in the slurry could be used. The double layer surrounding the suspended iron and alumina particles has in both cases positive charge and there is so electrostatic attraction between them. The gradient of metallic particles concentration can be obtained when distance between the suspended particles in the slurry is bigger then the average metal particle diameter. Nickel particles in water show very low pH value of isoelectric point and in the produced slurry heterofloculation was observed. This effect can guarantee homogeneous distribution in Al2O3-Ni composites obtained via slip casting method.

11

Sintered composite gradient tool materials

Mikuła J., Matula G., Gołombek K., Dobrzański L.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 32, nr 1

25-28

EN

Purpose: Development of a new generation of the composite gradient tool materials with the core sintered with the matrix obtained using the powder metallurgy of the chemical composition corresponding to the HS6-5-2 highspeed steel reinforced with the WC and TiC type hard carbide phases with the growing portions of these phases in the outward direction from the core to the surface. Design/methodology/approach: Powder Metallurgy, SEM, X-Ray Microanalysis. Findings: Powder metallurgy processes were used to fabricate the proposed gradient materials, i.e., compacting in the closed die and sintering. The method of sequential pouring of the successive portions of the powder mixes into the die was used to ensure a high ductility of the fabricated material core with the HS6-5-2 steel matrix reinforced with the hard WC and TiC carbides phases, so that portions of powder with the high percentage of the hard carbides phases would form the outer layers of the prepreg. Practical implications: Employment of powder metallurgy for fabricating the steel based tool materials gives the possibility to preserve properties characteristic of the traditional cemented carbides and with the high ductility characteristic of steel, yet better than the traditional sintered high-speed steels obtained with the ASP method. Originality/value: Providing of high properties characteristic of cemented carbides with the high ductility characteristic of steel can be mostly because of the possibility of ensuring the gradients of the chemical composition and properties, cutting simultaneously fabrication costs thanks to savings made on the hard carbide phase, used in the tool surface layer only.

12

Zastosowanie mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

Szafran M., Bobryk E., Gizowska M., Rosłoniec G., Konopka K.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 3

126-129

PL

Przedstawiono badania nad zastosowaniem mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu. Masy lejne przygotowano z mieszaniny proszku Al2O3 i Fe, gdzie żelazo stanowiło 3% objętości mieszaniny. Zastosowanym rozpuszczalnikiem była woda destylowana. Ponadto w skład masy wchodziły spoiwo i taki układ upłynniaczy, który nadaje masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne. Masy lejne odlewano do form gipsowych, otrzymując kształtki o średnicy ok. 10 mm i wysokości 20 mm. Gradient stężenia cząstek metalu realizowano na dwa sposoby. Pierwszy z nich polegał na swobodnej sedymentacji cięższych cząstek żelaza pod wpływem siły ciężkości. Takie zjawisko może zajść jedynie wtedy, kiedy średnia odległość między cząstkami proszku ceramicznego w masie lejnej jest większa od średnicy cząstek metalu. Należy przy tym pamiętać, że odległości te są tym mniejsze, im mniejsza jest średnica zdyspergowanego proszku oraz im większe jest stężenie fazy stałej w zawiesinie. Przy zastosowaniu tej metody gradient stężenia cząstek metalu na wysokości kształtki otrzymano, wychodząc z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 39,5% obj. W przypadku wymuszenia ruchu cząstek żelaza w polu magnetycznym w kierunku silnego magnesu możliwe jest uzyskanie gradientu stężenia cząstek metalu, stosując wyjściową masę lejną o stężeniu fazy stałej równej 42,6-50% obj.

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is an increase of the fracture toughness of the brittle ceramic matrix. Functionally graded materials (FGM) in the mentioned system provides possibility to obtain material which properties such as fracture toughness, thermal, electrical conductivity etc. change as a function of distance from the surface of material. In the paper the method of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. Slip casting was chosen as a composite forming method. The gradient was obtained by means of iron particles sedimentation under gravitation force. In the samples produced from more concentrated slurries magnetic field had to be used in order to obtain a FGM. The slurry consisted of a mixture of iron and alumina powders, liquidizers, surface-active agents and binders and water as a solvent. The composites Al2O3-Fe were fabricated from the slip casting slurry containing 39.5, 42.6, 50% (by volume) solid state. Obtaining FGM by the sedimentation in the gravity force field is possible only when the distance between the dispersed particles/agglomerates is bigger then the diameter of metal particle. Otherwise magnetic field applying is indispensable. Using magnetic field leads to graded character of iron particles distribution in samples produced from more concentrated slurries. Moreover metal particles agglomerates are situated along the magnetic field lines. A fluctuation of iron particles surface in a sample produced from slurry with high solid state concentration of 50% by volume, which is desirable in ceramic technological processes, proving graded distribution of iron along the axis of the composite sample.

13

Wytwarzanie kompozytów gradientowych Al2O3-Fe metodą odlewania z mas lejnych

Konopka K., Szafran M., Bobryk E.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

57-61

PL

Przedstawiono metodę wytwarzania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem metody odlewania z mas lejnych. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. W pracy przedstawiono sposób dobierania mas lejnych, sposób wymuszenia gradientu pod wpływem siły ciężkości, a także pola magnetycznego (rys. 1). Wytworzono i zbadano kompozyty Al2O3-Fe z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 40 i 50% i o zawartości Fe 5% obj. w stosunku do tlenku glinu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu. W przypadku gdy rozmiar cząstek metalu jest porównywalny lub większy od odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego, rozmieszczenie cząstek żelaza w kompozycie jest równomierne (rys. 2). Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności magnesu umieszczonego pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu (rys. 3). W kompozytach stwierdzono aglomeraty cząstek Fe (rys. 4).

EN

The principal advantage of ceramic-metal composites is an increase of the resistance to brittle fracture compared to that of the ceramic matrix. Functionally gradient composites is the special kind of composites because the variation of the percent content of the metallic phase in ceramic matrix allow to change the fracture toughness as a function of the distance from the surface of material. Moreover, it is possible to modify its electric, thermal and magnetic properties. In the paper the way of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field (Fig. 1) was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface-active agents and binders is used. The proper selection of components in slip casting mass is crucial for obtaining the material, especially composites in which powders with different density are mixed. In the paper the way of preparing of slip casting mass is discussed. The AlaOj-Fe composites were fabricated from the slip casting mass containing 40 and 50 vol.% of solid phase (volume % of Fe equal to 5). The mkrostructure of composites were characterized by optical microscope and scanning electron microscope. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles. When the size of metal particles is equal or higher than the distance between the Al2O3 particles the distribution of Fe particle is uniform as it is shown in Figure 2. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles according to the schema presented in Figure 1, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field (Fig. 3). In the composites the Fe particles make agglomerates (Fig. 4).

14

Numeryczne wyznaczanie rozkładów naprężeń resztkowych w warstwach powierzchniowych TiC i TiN na podłożu stalowym

Szymczyk W., Włodarczyk J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2006

|

Vol. 55, nr 4

243-255

PL

Przeprowadzono symulacje numeryczne warstwy powierzchniowej TiC na zaworze wydechowym silnika wewnętrznego spalania. Otrzymano rozkłady naprężeń resztkowych w obszarach współpracy warstw i podłoża. Symulacje przeprowadzono dla zaworu o brzegach fazowanych zaokrąglonych, z warstwą TiC obejmującą jedynie powierzchnię czołową, powierzchnię czołową fazowanie/zaokrąglenie oraz powierzchnię czołową, fazowanie/zaokrąglenie i powierzchnię boczną grzybka zaworu. Najkorzystniejsze rozkłady naprężeń resztkowych otrzymano dla zaworu z brzegiem zaokrąglonym i dla warstwy obejmującej jego powierzchnię czołową i boczną. Następnie dla zaworu zaokrąglonym brzegiem przeprowadzono symulacje numeryczne w celu wyznaczenia rozkładów naprężeń resztkowych w wybranej warstwie powierzchniowej TiN, naniesionej na osiowosymetryczną próbkę wykonaną ze stali zaworowej. Obliczenia wykonano dla 2 modeli: bez uwzględnienia i z uwzględnieniem warstwy pośredniej. Układ z warstwą pośrednią można traktować jako materiał gradientowy. Porównanie wyników dla tych modeli pozwala ocenić jakościowo wpływ warstwy pośredniej na rozkład naprężeń resztkowych w obszarze złącza.

EN

TiC surface coatings on an exhaust valve of an internal combustion engine were numerically simulated. The stresses distributions in the areas of collaboration of surfaces and substrates were obtained. Simulations were conducted for the valve with different shapes of the edge and for different finishes of the coating in this area. The best results were obtained for the valve with a rounded edge and the coating which covered not only the front but also circumferential surface of the considered axisymmetric body. Then, a TiN coating on an axisymmetric steel sample with rounded edges was investigated for two cases: with and without a NiCr interlayer. This allowed for comparison and assessment of influence of an interlayer on the residual stress distribution change.

15

Gradientowa struktura żeliwa sferoidalnego

Fraś E., Górny M., Lopez H.

Archiwum Odlewnictwa

|

2006

|

R. 6, nr 18/2

39--44

PL

Badania wykonano z wykorzystaniem super cieńkościnnych odlewów z żeliwa sferoidalnego. Określono ich strukturę oraz gradienty: gęstości kulek grafitu, udziału ferrytu oraz eutektyki cementytowej. Przedstawiono podstawy teoretyczne spadku temperatury w odlewach oraz jego związku z kształtowaniem się gradientów strukturalnych. Wyniki obliczeń teoretycznych zweryfikowano doświadczalnie oraz obliczono także absolutną wartość skłonności żeliwa do zabieleń.

EN

Researches using super thin-walled castings made of ductile iron were made. Structure and gradients of density of graphite nodules, ferrite and cementite eutectic fraction were determined. It has been presented theoretical basis of temperature drop in castings and its relationship with the formation of gradients in structure. Results of theoretical computations were experimentally werified and also the absolute value of chilling tendency was calculated.

16

Thin wall ductile iron castings as a gradient material

Fraś E., Górny M., Lopez H. F.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2006

|

Vol. 51, iss. 3

424-431

EN

In this paper a theoretical structural analysis of super thin walled casting made of ductile iron is presented. Analysis shows that such castings have inhomogenius gradient structure, manifested by different: number of graphite nodules and ferritte and cementite fraction as a result of altered cooling rate along casting length. Critical distance above which the chills will be presents and graditent of graphite nodule count is inteoduced. Theoretical investigations were experimentally verified for a casting with 1.6 mm wall thickness where graphite nodule count N, ferrite ff and cementite eutectic fc fraction and gradients GN, Gff, Gfc as a function of distance from runner were estimated. Finally rather a good agreement was found between the theoretical predictions and the experimental outcome.

PL

W pracy przedstawiono teoretyczna analizę strukturalną super cienkosciennych odlewów z żeliwa sferoidalnego. Analiza wykazuje, że takie odlewy mają niejednorodną strukturę gradientową, przejawiającą się: różną liczbą kulek grafitu, udziałem ferrytu oraz eutektyki cementytowej jako efekt zmiennej szybkości stygnięcia. W pracy przedstawiono wyrażenie na krytyczną odległość, powyżej której wystepują zabielenia w odlewie oraz gradient liczby kulek grafitu. Badania teoretyczne zostały zweryfikowane dla odlewu o grubości ścianki 1.6 mm gdzie określono liczbę kulek grafitu, udział ferrytu ff i cementytu fc oraz gradienty GN, Gff, Gfc w funkcji odległości od belki wlewowej. Wykazano, że przedstawiona teoria dobrze opisuje wyniki eksperymentalne.

17

Projektowanie kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

Szafran M., Bobryk E., Konopka K.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 3

10-15

PL

Przedstawiono metodę projektowania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem sedymentacji cząstek metalu w ceramicznej masie lejnej otrzymanej z proszku ceramicznego i proszku metalu o różnej gęstości. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu (rys. 2). W pracy przedstawiono metodę oraz wyniki obliczeń odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w zależności od stężenia fazy stałej oraz średniej wielkości cząstki proszku ceramicznego. Obliczenia te wykonano przy założeniu luźnego, regularnego ułożenia cząstek. Wyniki przedstawione w tabeli l i na rysunku 3 wskazują, że odległość pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego maleje wraz ze zmniejszeniem średniej średnicy cząstek oraz ze wzrostem stężenia fazy stałej w ceramicznej masie lejnej. Wyniki tych obliczeń potwierdzono, przygotowując ceramiczną masę lejną z tlenku glinu oraz proszku żelazowego. Zastosowano tlenek glinu o średniej średnicy cząstek 0,5 um i o gęstości 3,926 g/cm3 oraz proszek żelaza o średnicy cząstek równej 4 um i gęstości 7,81 g/cm3. W przypadku mas lejnych o stężeniu tlenku glinu powyżej 40% obj. nie obserwowano gradientu stężenia cząstek żelaza na wysokości kształtki otrzymanej metodą odlewania w formie gipsowej. Gradient stężenia cząstek żelaza spowodowany sedymentacją obserwuje się wówczas, gdy rozmiar cząstek żelaza w masie lejnej jest mniejszy niż odległość pomiędzy cząstkami tlenku glinu w ceramicznej masie lejnej. Metodą tą można uzyskać kształtki z gradientem nie tylko stężenia cząstek metalu, ale także z gradientem wielkości tych cząstek na wysokości kształtki. Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności silnego magnesu umieszczonego bezpośrednio pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu.

EN

In the paper the design of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface active agents and binders is prepared. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles (Fig. 2). In the paper the calculations of the distances between the particles are presented. Moreover, the correlation between the size of metal particles and the distance between ceramic particles is described. In calculations the assumption was made that there is regular distribution of free particles. Results showed that the distance between the particles decreases together with the decrease of average size of particles and with increase of concentration of solid phase in slip casting (Tab. 1, Fig. 3). Experimental results confirmed the calculations. The composites Al2O3-Fe were prepared. The Al2O3 powder with average diameter equal to 0.5 um and density equal to 3.926 g/cm3 was used. The average size of Fe powder was equal to 4 um, and its density was equal to 7.81 g/cm3. In case of slip casting with 40 volume % of alumina powder no gradient concentration in composites was noticed. Gradient concentration of iron particles is possible when the size of Fe particles in slip casting is lower than the distance between the Al2O3 particles. In such a situation when gradient concentration of metal particles can not be obtained by sedimentation method i.e. when the size of metal particles is equal or bigger than the distance between the particles, the magnetic force might be used. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field.

18

Odporność na pękanie kompozytów Al2O3-Fe otrzymanych metodą odlewania z ceramicznych mas lejnych

Oziębło A., Konopka K., Kurzydłowski K., Szafran M., Bobryk E.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

285-290

PL

W artykule opisano sposób wytworzenia kompozytów AI2O3-Fe metodą odlewania z ceramicznych mas lejnych, opracowanych pod kątem poprawy odporności na pękanie. Wytworzony kompozyt badano metodą zginania trójpunktowego. Wyznaczono moduł Younga E, krytyczny współczynnik intensywności naprężeń kic oraz jego zależność od długości pęknięcia C (tzw. krzywe R). Kompozyt wykazał wartość współczynnika KIc istotnie wyższą od wartości dla czystego Al2O3. Stwierdzono także wzrost wartości współczynnika KIc w miarę wzrostu długości pęknięcia C. W celu opisu propagacji pęknięcia zbadano mikrostruktury kompozytu z użyciem metod stereologicznych. Analizując drogę pęknięcia z użyciem mikroskopii świetlnej i skaningowej mikroskopii elektronowej stwierdzono, że najczęstszym typem oddziaływania pęknięcia z cząstkami metalicznymi jest ich omijanie po granicy miedzyfazowej. Powoduje to wydłużenie drogi pękania i wzrost współczynnika KIc.

EN

In this study a novel method for production of Al2O3-Fe composite by the ceramic slip casting was investigated. These composite have been prepared to improve the fracture toughness of the ceramic. Three point bending was used to measure Young modulus E, critical stress intensity factor, and its dependence of cracks length C. The investigations showed that the composite have a higher values of KIc coefficient than alumina. Also it has been found that this coefficient grows was function of the crack length. In order to analyze the geometry of cracks path, scanning electron microscope was used. It has been found that cracks are deflected by the Fe particles. As a result the crack length increases and the fracture toughness is higher.