Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fracture mechanical properties of rock-like materials under half symmetric loading

Wang Z., Zhou J., Li L.

Archives of Civil Engineering

|

2017

|

Vol. 63, nr 4

71--82

EN

The authors studied the fracture mechanical properties under half-symmetric loading in this paper. The stress distribution around the crack tip and the stress intensity factor of three kinds of notched specimens under half symmetric loading were compared. The maximum tensile stress σmax of double notch specimens was much greater than that of single notch specimens and the maximum shear stress τmax was almost equal, which means that the single notch specimens were more prone to Mode II fractures. The intensity factors KII of central notch specimens were very small compared with other specimens and they induced Mode I fractures. For both double notch and single notch specimens, KII was kept at a constant level and did not change with the change of a/h, and KII was much larger than KI. KII has the potential to reach its fracture toughness KIIC before KI and Mode II fractures occurred. Rock-like materials were introduced to produce single notch specimens. Test results show that the crack had been initiated at the crack tip and propagated along the original notch face, and a Mode II fracture occurred. There was no relationship between the peak load and the original notch length. The average value of KIIC was about 0.602 MPa×m1/2, and KIIC was about 3.8 times KIC. The half symmetric loading test of single notch specimens was one of the most effective methods to obtain a true Mode II fracture and determine Mode fracture toughness.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono właściwości mechaniczne pękania materiałów skalnych pod półsymetrycznym obciążeniem, w wyniku połączenia analizy teoretycznej, symulacji numerycznych oraz badań eksperymentalnych. W celu ujawnienia mechanizmu uszkodzenia, przygotowano trzy rodzaje próbek z karbem pod półsymetrycznym obciążeniem i zbadano rozkład naprężeń wokół pęknięcia podczas procesu obciążenia. Przyjęto metodę integralnej interakcji oprogramowania elementów skończonych ANSYS w celu obliczenia współczynnika intensywności naprężenia (SIF). Ponadto, wprowadzono pojedynczy element pęknięcia oraz element płaszczyzny 183 w strefie bez pęknięć. Zgodnie z analizą numeryczną i wynikami badań eksperymentalnych, maksymalne naprężenie rozciągające podwójnych próbek z karbem okazało się znacznie większe niż w przypadku pojedynczych próbek z karbem, a ich maksymalne naprężenie ścinające było prawie takie samo, co oznacza, że pojedyncze próbki z karbem były bardziej podatne na pęknięcie w trybie II. Współczynniki intensywności KII środkowych próbek z karbem były bardzo niskie w porównaniu z innymi próbkami oraz tymi, które wywoływały pęknięcia w trybie I. Zarówno w przypadku próbek z podwójnym i pojedynczym karbem, KII zostało utrzymane na stałym poziomie i nie uległo zmianie wraz ze zmianą a/h, a ponadto KII było znacznie większe niż KI. KII może potencjalnie osiągać odporność na kruche pękanie KIIC przed KI. W rezultacie mamy do czynienia z pęknięciami w trybie II. Wprowadzono materiały skalne w celu wytworzenia próbek z pojedynczym karbem. Pęknięcie rozpoczęło się na samej górze i rozprzestrzeniało się wzdłuż pierwotnej powierzchni karbu, w wyniku czego wystąpiło pęknięcie w trybie II. Nie zaobserwowano zależności pomiędzy szczytowym obciążeniem i oryginalną długością karbu. Średnia wartość KIIC była około 3,8 razy większa niż wartość KIC. Pęknięcia w górnej części były znacznie większe niż w innym miejscu, co oznacza, że koncentracja naprężeń pęknięcia w górnej części była oczywista, co z kolei może prowadzić do pęknięcia. Kąt maksymalnego głównego naprężenia wyniósł około 30°, co było zgodne z pęknięciem w trybie I w warunkach czystego obciążenia ścinającego. Badanie półsymetrycznego obciążenia próbek z pojedynczym karbem okazało się być jedną z najskuteczniejszych metod uzyskiwania prawdziwego pęknięcia w trybie II i określenia odporności na kruche pękanie.

2

Fracture toughness of gas borided Nimonic 80A alloy

Makuch N., Kulka M., Dziarski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 1

10--15

EN

Ni-based superalloys are often used in many industrial applications, for example in chemical, petrochemical, aeronautics, nuclear or space industries. These alloys are characterized by a unique combination of low thermal expansion coefficient, high temperature strength, high resistance to oxidation and high corrosion resistance. However, due to their low microhardness and sensitivity to abrasive, erosive and adhesive wear, their application is limited. The boriding process is the appropriate treatment, which will provide high hardness and high wear resistance of Ni-based alloys. Unfortunately, the use of boride layers is limited by their sensibility to cracking under mechanical stresses. Therefore, in this paper the microstructure, microhardness and fracture toughness of gas-borided layer produced on Nimonic 80A alloy were studied. Gas boriding in N2–H2–BCl3 atmosphere was proposed to produce the hard boride layer on Nimonic 80A alloy. This process was carried out at 920°C (1193 K) for 2 hours. The carrier gas consisted of 75 vol.% N2 and 25 vol.% H2. Proposed gas boriding accelerated the diffusion of boron into the surface in comparison with other acceptable diffusion methods. The comparable thickness of boride layer was obtained after considerably shorter duration.

PL

Stopy na bazie Ni są często stosowane w przemyśle ze względu na unikatowe połączenie właściwości: dużej żarowytrzymałości, dobrej odporności na utlenianie i korozję. Jednakże ze względu na ich małą twardość i wrażliwość na zużycie przez tarcie ich zastosowanie jest ograniczone. Proces borowania jest obróbką zapewniającą dużą twardość i odporność na zużycie stopów na bazie Ni. Niestety, zastosowanie warstw borowanych jest ograniczone z powodu ich wrażliwości na pękanie. Celem pracy było określenie odporności na kruche pękanie warstw borowanych gazowo wytworzonych na stopie Nimonic 80A. Ze względu na skład fazowy tych warstw (borki niklu i borki chromu) pomiary odporności na kruche pękanie przeprowadzono na prostopadłym przekroju warstwy, w różnych odległościach od powierzchni. Ponadto przeprowadzono badania mikrostruktury i wyznaczono profil mikrotwardości.

3

Influence of laser boriding on the microstructure and selected properties of structural steel with boron

Kapcińska-Popowska D., Pertek A., Bartkowska A., Wiśniewska K.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2015

|

Vol. 60, nr 1

23--25

EN

The article presents a comparative research of influence of laser boriding on the properties of Hardox 450 and B27 steels. Microstructure, microhardness and wear resistance of the steels were examined.

PL

W artykule przedstawiono porównawcze badania wpływu borowania laserowego właściwości stali Hardox 450 i borowej B27. Zbadano mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie przez tarcie.

4

Analiza mikrostruktury i właściwości warstw wierzchnich otrzymanych w wyniku borowania dyfuzyjnego i laserowego stali z mikrododatkiem boru

Pertek-Owsianna A., Kapcińska-Popowska D., Bartkowska A., Wiśniewska K.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

256--259

PL

W pracy przedstawiono wpływ borowania dyfuzyjnego i laserowego na wybrane właściwości stali Hardox 450 i borowej B27. Proces borowania dyfuzyjnego przeprowadzono w temperaturze 950°C przez 4 h metodą gazowo-kontaktową w proszku zawierającym bor amorficzny. Laserowe borowanie polegało na nałożeniu pasty z borem amorficznym i przetopieniu ją wiązką lasera. Laserową obróbkę cieplną przeprowadzono za pomocą lasera CO2. Zastosowano następujące parametry wiązki laserowej: gęstość mocy q = 28,98 kW/cm2, prędkość skanowania v = 3,84 m/min, średnica wiązki d = 2 mm oraz odległość między ścieżkami f = 0,50 mm. Mikrostruktura po borowaniu dyfuzyjnym w obu stalach składała się z iglastych borków żelaza FeB i Fe2B o mikrotwardości ok. 1800 HV0,1. W wyniku laserowego borowania otrzymano mikrostrukturę złożoną z trzech stref: eutektyki borkowo-martenzytycznej w strefie przetopionej, zawierającej borki żelaza Fe3B i Fe2B, martenzytycznej strefy wpływu ciepła i rdzenia. W wyniku laserowego borowania otrzymano łagodny gradient mikrotwardości między warstwą a rdzeniem, dzięki obecności strefy wpływu ciepła. Mikrotwardość w strefie przetopionej wynosiła ok. 1600÷1100 HV0,1. Stwierdzono, że warstwy borowane laserowo na obu stalach charakteryzowały się większą odpornością na zużycie przez tarcie, dobrą kohezją oraz lepszą odpornością na kruche pękanie niż warstwy borowane dyfuzyjnie. Stal Hardox 450 ze względu na swój skład chemiczny i stan wyjściowy podłoża ma korzystniejsze właściwości od stali borowej B27.

EN

The influence of diffusion and laser boriding on selected properties of Hardox 450 and boron B27 steels was presented. The diffusion boriding was performed at 950°C for 4 hours using the gas-contact method in powder containing amorphous boron. Laser boriding consisted of applying the paste with amorphous boron, and then the remelted it by laser beam. Laser heat treatment was carried out with a CO2 laser. The laser parameters were as follows: power density q = 28.98 kW/cm2, the scanning speed v = 3.84 m/min, the beam diameter d = 2 mm and the distance between the tracks f = 0.50 mm. Microstructure after diffusion boriding in both steels consist of needle-like iron borides FeB and Fe2B and its microhardness was approx. 1800 HV0.1. As a result of laser boriding, the new microstructure consisted of three zones: boron-martensite eutectic in remelted zone with containing Fe2B and Fe3B iron boride phases, marteniste heat-affected zone and the core. As a result of laser boriding the mild microhardness gradient between the layer and the core was obtained, due to the presence of heat affected zone. Microhardness in remelted zone was approx. 1600÷1100 HV0.1. It was found that a laser borided layers in both steels characterized by a higher wear resistance, good cohesion and better fracture toughness than the diffusion borided layers. Hardox 450 steel due to its chemical composition and initial state of the substrate has advantageous properties than of B27 boron steel.

5

Sintering, microstructure and mechanical properties of NbC0.8-NbxOy composites and single-phase NbC polycrystals

Rączka M., Gubernat A., Stobierski L., Mucha J., Zientara D., Wnuk A., Kornaus K.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 4

183--191

EN

The study presents the results of investigations of the influence of niobium oxides and the addition of carbon on the pressureless sintering of niobium carbide powder and the properties of the obtained sinters. For this purpose, niobium carbide of a specific deviation from stoichiometry was synthesized (NbC0.8). After the crushing process, all the characteristics of the powder were determined and the powder was found to contain niobium oxides in the quantity of a few percentage of the weight. Next, samples were prepared without any additives and with additives of 1 and 2% of carbon weight. The samples were pressureless sintered at the following temperatures: 1900, 2000 and 2100°C in argon flow by heating them at the final temperature for 1 hour, then their apparent density was measured. A qualitative and quantitative analysis of the microstructure was performed on metallographic micro-sections and the phase composition of the sinters was determined. It was found that the presence of niobium oxides in the NbC powders has an advantageous influence on the sintering process. Single-phase polycrystals can be prepared by the addition of carbon. Some mechanical properties were additionally determined from the sinters including: hardness and fracture toughness and next, an attempt was made to correlate them with the image of the microstructure of the composites and single-phase polycrystals.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem tlenków niobu na spiekalność węglika niobu. W tym celu zsyntezowano węglik niobu o określonym odstępstwie od stechiometrii (NbC0.8). Po procesie rozdrabniania dokonano pełnej charakterystyki proszku i stwierdzono, że w proszku obecne są tlenki niobu w ilości kilku % mas. Następnie przygotowano próbki bez jakichkolwiek dodatków oraz z dodatkiem 1 i 2% mas. węgla. Próbki spiekano swobodnie w temperaturze: 1900, 2000 i 2100°C, w przepływie argonu, wygrzewając je w temperaturze końcowej przez 1 godzinę. Wykonano pomiary gęstości pozornej spieków, na zgładach metalograficznych przeprowadzono jakościową i ilościową analizę mikrostruktury, a także określono skład fazowy spieków. Stwierdzono, że obecność w proszku NbC tlenków niobu wpływa korzystnie na proces spiekania. Wprowadzenie dodatku węgla ujednorodnia skład fazowy spieków, nie pogarszając ich gęstości. Przeprowadzono badania właściwości mechanicznych, takich jak: twardość i odporność na kruche pękanie, a następnie podjęto próbę skorelowania ich z obrazem mikrostruktury kompozytów i jednofazowych polikryształów.

6

Multiscale approach to mechanical behavior of polymeric nanocomposites: an application o T1ρ(13C) relaxation experiments at variable spin-locking fields

Kotek J., Brus J.

Polimery

|

2014

|

T. 59, nr 9

662--666

EN

The article describes the multiscale experimental approach to the mechanical behavior of polymeric nanocomposites. It is based on a combination of structure sensitive methods with mechanical testing, which allows us to relate macroscopic mechanical behavior on one side, and molecular and supermolecular structure on the other. In addition to widely used X-ray scattering and microscope methods, solid-state NMR is applied in order to obtain information about structure and, primarily, about the dynamics of polymer segments. Particular attention is devoted to T1ρ(13C) relaxation experiments performed at variable 13C spin-locking fields.

PL

Opisano sposób oceny właściwości mechanicznych nanokompozytów polimerowych z zastosowaniem połączenia metod wykorzystywanych do określania struktury z technikami służącymi do wyznaczania wytrzymałości mechanicznej materiału. Celem badań było ustalenie relacji między właściwościami mechanicznymi a nadcząsteczkową strukturą polimeru. Strukturę nanokompozytów, a także dynamikę polimerowych segmentów określano też metodami: szerokokątowego rozpraszania promieni X, NMR ciała stałego oraz za pomocą technik mikroskopowych. Szczególną uwagę poświęcono możliwości wykorzystania czasów relaksacji obserwowanych w zmiennym polu ujarzmiania spinów.

7

Fracture Toughness Investigations of Metal Matrix Composites Using Compact Specimens

Szymczak T., Kowalewski Z. L.

Engineering Transactions

|

2013

|

Vol. 61, iss. 3

219--229

EN

This paper presents experimental results of the fracture toughness tests carried out on metal matrix composites. The material was produced using the 44200 aluminium alloy reinforced by Al2O3 in the form of Saffil fibres. Three different contents of Al2O3 were taken into account, i.e. 10%, 15%, 20%. The main aim of the research was to examine an influence of the aluminium oxide content on a critical value of the stress intensity factor, KIC. All tests were performed using a miniature compact specimen, which was four times smaller than the typical one. The results of FEA analysis confirmed a typical distribution of the effective stress at the tip of the notch. In each test the composite specimen was mounted in the loading system of the testing machine by applying special grips. Crack tip opening displacement of the specimen notch was measured by means of the clip on knife edge extensometer having 10mm gauge length. The results in form of tensile force versus crack tip opening displacement show the first mode of fracture. An inspection of the pre-cracked zone of the composite did not exhibit the typical features usually observed on specimen surface after fatigue. An influence of the Al2O3 Saffil fibres content within the range from 10% to 20% on a critical value of the stress intensity factor was negligible small. The KIC of the composites tested in this research achieved the level of 12 MPa m1/2.

8

Temperature dependency of fracture toughness of high-strength ferritic steel Hardox-400

Dzioba I., Pała R., Pała T.

Acta Mechanica et Automatica

|

2013

|

Vol. 7, no. 4

222--225

EN

The paper presents experimental results of the changes of strength and fracture toughness characteristics of high-strength ferritic steel Hardox-400 in the temperature range from -100 OC to +20 OC. It has been shown that the strength characteristics values increase linearly with lowering the temperature. Changes of fracture toughness characteristics from temperature are more complex and they are dependent on thickness of the tested specimens.

9

Recycling of automotive lighting — effect of UV cured coating contaminants on polycarbonate toughness

Rybnicek J.

Polimery

|

2011

|

T. 56, nr 11-12

849-855

EN

This work presents studies on the impact of the coating on reprocessed polycarbonate (PC) in order to evaluate changes in the fracture behavior and toughness of polycarbonate. The comparison of instrumented and non-instrumented impact testing methods is given. The fracture mechanics parameters such as dynamic strain energy release rate (GId), and fracture toughness (KId) where determined. The coating creates non-homogeneously dispersed particles, which act as stress concentrators facilitating multiple crazing and causing embrittlement of the material. The fracture toughness was diminished only slightly and was accompanied with the rise of dynamic yield stress (sd) and dynamic flexural modulus (Ed). The heat deflection temperature (HDT), melt volume flow rate (MVR) and density were affected only marginally in comparison to recycled polycarbonate without coating contaminants.

PL

Z poliwęglanu (PC) wykonano metodą formowania wtryskowego soczewki, na które następnie nanoszono utwardzaną promieniami UV powłokę. Później materiał przetwarzano poprzez rozdrabnianie i formowanie próbek do badań wytrzymałości. Materiał przetwarzano jednokrotnie (próbka PC1) lub dwukrotnie w taki sam sposób (próbka PC2). Zbadano wytrzymałość przygotowanych próbek, a dodatkowo, w celu porównania badano również nieprzetwarzaną próbkę (próbka PC0) oraz próbkę uzyskaną przez przetworzenie złomu technologicznego PC (próbka PC1C) (tabela 1). Pomiary odporności na pękanie uzyskanych materiałów wykonano metodami instrumentalnymi (Charpy'ego) i nieinstrumentalnymi (Izoda). Określano wartości dynamicznego współczynnika uwalniania energii (GId) (rys. 5) i odporności na kruche pękanie (KId) (rys. 6). Pozostałość powłok w materiałach przetwarzanych powoduje powstanie niejednorodnie zdyspergowanych cząstek, które ułatwiają wielokrotne spękania i zwiększają kruchość materiału. Odporność na kruche pękanie zmniejszała się jednak tylko nieznacznie i towarzyszył temu wzrost dynamicznej granicy plastyczności (sd) i dynamicznego modułu sprężystości przy zginaniu (Ed) (rys. 6). Współczynnik odkształcalności termicznej (HDT) (rys. 2), objętościowy wskaźnik szybkości płynięcia (MVR) i gęstość (rys. 1) badanych próbek zmieniała się w niewielkim stopniu w porównaniu z wartościami charakteryzującymi próbkę PC0, nie zawierającą zanieczyszczeń pochodzących z powłok.

10

Fracture toughness of Al2O3-Ni composites with nickel aluminate spinel phase NiAl2O4

Konopka K., Miazga A., Właszczuk J.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 3

197-201

EN

The article presents the results of research on the modification of the properties of ceramic Al2O3 using particles of nickel. As starting materials, powders of Al2O3 and Ni were used, from which mixtures of Al2O3+x% vol. Ni (x = 0, 1, 3, 5) were prepared. They were subjected to sintering in an argon atmosphere at 1450 °C for one hour. The physical properties of the composites such as: density, porosity, absorptivity and contractility were determined. Moreover, analyses of the received phase composites (from the surface and cross-section) have been made using the diffraction method, which showed NiAl2O4 spinel phase formation. Spinel is formed mainly at the border of Ni and Al2O3 grains. It was confirmed in the microstructure photographs taken using scanning and transmission electron microscopy methods. The mechanical properties have been investigated: hardness HV, nanohardness and fracture toughness (crack length measurement method with Vickers indentation). As the amount of nickel hardness HV decreased from 17.3 GPa to 100% Al2O3 to 13.2 GPa for Al2O3 + 5%vol. Ni, the nanohadrness values increased, which could have been caused by the presence of a spinel phase. The composites were characterized by higher resistance to brittle fracture than 100% Al2O3. This was due to blocking, deflecting and bridging cracks in nickel and by branching cracks by spinel particles.

PL

W artykule przedstawione zostały wyniki badań nad modyfikacją właściwości ceramiki Al2O3 cząstkami niklu. Jako surowce wyjściowe wykorzystane zostały proszki Al2O3 i Ni, z których przygotowane zostały mieszaniny Al2O3+x% obj. Ni (x = 0, 1, 3, 5). Poddane zostały one spiekaniu w atmosferze argonu w temperaturze 1450 °C przez jedną godzinę Oznaczone zostały właściwości fizyczne kompozytów, m.in: gęstość względna, porowatość, nasiąkliwość czy skurczliwość. Wykonane zostały także (metodą dyfrakcji) analizy fazowe otrzymanych kompozytów (z powierzchni oraz z przekroju), które wykazały powstanie fazy spinelowej NiAl2O4 głównie w warstwie powierzchniowej. Spinel ten wytworzył się głównie na granicy ziaren Al2O3 oraz Ni, co zostało potwierdzone na zdjęciach mikrostruktury wykonanych z użyciem skaningowego oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Zbadane zostały własności wytrzymałościowe: twardość HV30, nanotwardość oraz odporność na kruche pękanie (metodą pomiaru długości pęknięć z odcisku Vickersa). Wraz ze wzrostem ilości niklu twardość HV obniża się z 17,3 GPa dla czystego Al2O3 do 13,2 GPa dla Al2O3+5% obj. Ni, natomiast wartość nanotwardości wzrosła, co mogło być spowodowane obecnością NiAl2O4. Kompozyty charakteryzowały się wyższą odpornością na kruche pękanie niż czyste Al2O3. Spowodowane było to blokowaniem, odchylaniem i mostkowaniem pęknięć na cząstkach niklu oraz rozgałęzianiem pęknięć przez obszary z obecnością spinelu.

11

Application of lipase in shaping Al2O3-mullite composites

Szafran M., Bednarek P., Piwowarski P.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 1

90-94

EN

The paper presents the method of Direct Coagulation Casting (DCC) which is a recently developed method of near-netshaping of ceramic components at low costs. The process relies on electrostatic stabilized ceramic suspensions and their destabilization owing to time delayed in situ reactions. In the method, the enzyme-catalized reaction is used to shift the pH of the ceramic suspension to the isoelectric point, which causes coagulation of the slurry. The aim of this work is the research on shaping alumina-mullite composites with the application of a lipase-catalyzed decomposition of glycerin triacetate. Zeta potential measurements in relation to pH were performed and the appropriate substrate and enzyme was chosen to conduct controlled coagulation of ceramic slurry. In the DCC method, the optimal composition of ceramic suspension was experimentally chosen. The slip gaining a high concentration of ceramic powders, small amount of organic additives, good flow properties and the shortest time after which the intensive increase of viscosity, was considered as optimal. The paper also presents the results of the viscosity of slurries with different concentrations of dispersant and lipase. The sintering temperature leading to the best density and mechanical strength parameters was found to be 1600°C. The relative densities of DCC sintered samples were higher than 95%. The Vickers hardness and fracture toughness KIC for DCC sintered samples were measured. The main conclusion is that the DCC method, using the lipaze-catalyzed decomposition of glycerin triacetate, can be successfully applied to the formation of complex-shaped alumina-mullite composites. Very good mechanical properties can be achieved due to the low content of binders and other additives.

PL

W ostatnich latach prowadzone są intensywne badania nad zastosowaniem technik formowania elementów ceramicznych opartych na układach koloidalnych. Do jednych z takich metod należy bezpośrednie odlewanie koagulacyjne (Direct Coagulation Casting, DCC), dzięki któremu można formować elementy o skomplikowanej geometrii, stosując ceramiczne masy lejne o wysokim stężeniu fazy stałej i małej ilości dodatków organicznych. Metoda DCC jest alternatywą dla formowania metodą wtrysku, wymagającą stosowania wysokich ciśnień oraz znacznej ilości dodatków organicznych oraz dla tradycyjnego formowania przez odlewanie do porowatych form gipsowych. W artykule przedstawiono wyniki badań nad formowaniem kształtek z kompozytów tlenek glinu-mullit z wykorzystaniem reakcji enzymatycznego rozkładu trójoctanu glicerolu lipazą. Wykonano pomiary potencjału zeta w funkcji pH dla czystych proszków tlenku glinu i mullitu oraz dla kompozytu wraz z pozostałymi składnikami ceramicznej masy lejnej. Na podstawie otrzymanych wyników dobrano substrat oraz enzym, pozwalające na przeprowadzenie kontrolowanej koagulacji masy lejnej. Na drodze eksperymentalnej dobrano optymalny skład masy lejnej tak, aby lepkość układu była stosunkowo niska, a czas koagulacji masy relatywnie krotki. Przedstawiono wyniki pomiarów lepkości ceramicznych mas lejnych w funkcji czasu dla rożnych ilości upłynniacza i lipazy w masie. Otrzymane elementy spieczono w temperaturze 1600°C. Uzyskano spieki o gęstości względnej powyżej 95% oraz o wysokich wartościach twardości mierzonej metodą Vickersa i odporności na kruche pękanie KIC mierzonej metodą pomiaru długości pęknięć wykonanych wgłębnikiem diamentowym Vickersa.

12

The influence of selected material and technological factors on mechanical properties and microstructure of reactive powder concrete (RPC)

Zdeb T., Śliwiński J.

Archives of Civil Engineering

|

2011

|

Vol. 57, nr 2

227-246

EN

The paper deals with the properties and microstructure of Reactive Powder Concrete (RPC), which was developed at Cracow University of Technology. The influence of three different curing conditions: water (W), steam (S) and autoclave (A) and also steel fibres content on selected properties of RPC was analyzed. The composite characterized by w/s ratio equal to 0.20 and silica fume to cement ratio 20%, depending on curing conditions and fibres content, obtained compressive strength was in the range from 200 to 315 MPa, while modulus of elasticity determined during compression was about 50 GPa. During three-point bending test load-deflection curves were registered. Base on aforementioned measurements following parameters were calculated: flexural strength, stress at limit of proportionality (LOP), stress at modulus of rapture (MOR), work of fracture (WF), and toughness indices I5, I10 and I20. Both amount of steel fibres and curing conditions influence the deflection of RPC during bending.

PL

Artykół dotyczy charakterystyki wybranych właściwośći i mikrostruktury Betonów z Proszków Reaktywowanych (BPR), wytworzonych w Politechnice Krakowskiej. Analizie poddano wpływ trzech warunków dojrzewania: dojrzewanie w wodzie (W), naparzanie niskoprężne (S) oraz autoklawizacja (A), a także zawartości włókien stalowych na wybrane właściwości BPR. Kompozyt charakteryzował się stałym współczynnikiem wodno-spoiwowym 0,20 oraz zawartością pyłu krzemionkowego 20% w stosunku do masy cementu. W zależności od warunków dojrzewania i udziału włókien wytrzymałość na ściskanie wahała się w granicach od 200 do 315 MPa, natomiast moduł sprężystości wyznaczany podczas ściskania wynosił około 50 GPa. Podczas trzypunktowego zginania beleczek RPC rejestrowano zależność siła-ugięcie, na podstawie której wyznaczono następujące parametry: wytrzymałość na rozciąganje przy zginanju, wartość naprężenia w punktach LOP i MOR (opis w tekście), energię zniszczenia WF oraz wartości współczynników toughness indices I5, I10 and I20. Zarówno udział włókien stalowych jak i warunki dojrzewania BPR mają wpływ na odkształcalność kompozytu podczas próby zginania.

13

Kompozyty ceramiczne typu Al2O3-ZrO2 formowane z udziałem enzymów

Szafran M., Bednarek P., Piwowarski P.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 3

244-248

PL

Na przestrzeni ostatnich lat prowadzone są intensywne badania nad zastosowaniem technik formowania elementów ceramicznych opartych na układach koloidalnych. Do jednych z takich metod należy bezpośrednie odlewanie koagulacyjne (Direct Coagulation Casting, DCC), dzięki któremu można formować elementy o skomplikowanej geometrii, stosując ceramiczne masy lejne o wysokim stężeniu fazy stałej i małej ilości dodatków organicznych. W artykule przedstawiono wyniki badań nad formowaniem elementów z kompozytów tlenku glinu z tlenkiem cyrkonu z wykorzystaniem reakcji enzymatycznego rozkładu trójoctanu glicerolu lipazą. Na drodze eksperymentalnej dobrano optymalny skład masy lejnej tak, aby lepkość układu była stosunkowo niska, a czas koagulacji masy relatywnie krótki. Otrzymane elementy spieczono w temperaturze 1600°C. Uzyskano spieki o gęstości względnej powyżej 98% oraz o wysokich wartościach twardości mierzonej metodą Vickersa i odporności na kruche pękanie KIC , mierzonej metodą pomiaru długości pęknięć wykonanych wgłębnikiem diamentowym Vickersa.

EN

In recent years the forming processes of elements, in which the ceramic green bodies are produced from ceramic suspensions are being investigated. The Direct Coagulation Casting (DCC) is a new and promising method of molding samples from ceramic slips of high solid loading. In the method the enzyme-catalized reaction is used to shift the pH of the ceramic suspension to the isoelectric point, what causes the coagulation of the slurry. The aim of this work was the research on shaping alumina-zirconia composites with the application of lipaze-catalized decomposition of glycerin triacetate. In DCC method the optimal content of the casting slip was experimentally chosen. The slip gaining small amount of organic additives, good flow properties and the shortest time after which the intensive increase of viscosity was observed, was considered as optimal. The sintering temperature leading to the best density and mechanical strengh parameters was found to be 1600°C. The relative densities of DCC sintered samples were higher than 98%. The fracture toughness KIC for DCC samples are in the upper range of the values published for similar ceramics. The main conclusion is that DCC method, using the lipaze-catalized decomposition of glycerin triacetate, can be succesfully applied to forming of complex-shaped alumina-zirconia composites. Very good mechanical properties can be achieved due to the low content of binders and other additives.

14

The application of the hardness indentation method for the evaluation of the fracture toughness of B2 iron aluminides

Kupka M., Stępień K., Kulak K.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 5

1324-1327

EN

Iron-aluminium alloys containing 37-50 at. % Al (based on B2 FeAl phase) are a potential structural material for high temperature applications. These materials show high tendency to create a stable protecting layer of the aluminium oxide, which provides perfect resistance to oxidation, carburization and sulphurisation. A low weight density of the Fe-Al alloys and the price of their components are the additional advantages of these materials. The main obstacle in the practical usage of iron aluminides is their brittleness at room temperature which has an effect on formability as well as on applicability. For brittle materials, which undoubtedly comprise alloys based on ordered intermetal- lic phases, there are problems with specimens preparation related to difficult machinability. In this study a method of the fracture toughness of B2 iron aluminides determination by means of Vickers hardness indentation test has been presented. During the hardness testing, cracks were observed to emanate from the indentations of some of the samples. This was particularly evident in the Fe-50 at. % Al alloy. It is possible to estimate the fracture toughness from the lengths of such cracks. It has been found that the Vickers indenter method may be applied to determine the fracture toughness of the iron aluminides with the aluminium content equal to or higher than 46 at. %.

PL

Stopy żelazo-aluminium zawierające 37÷50% at. Al. (na bazie fazy B2 FeAl) są potencjalnym tworzywem konstrukcyjnym do zastosowania w wysokiej temperaturze. Te materiały wykazują silną tendencję do tworzenia stabilnej warstwy ochronnej tlenku aluminium, co powoduje ich doskonałą odporność na utlenianie, nawęglanie i nasiarczanie. Niewielka gęstość stopów Fe-Al i niska cena składników to dodatkowe zalety tych materiałów. Główną przeszkodą w praktycznym wykorzystaniu aluminidków żelaza jest ich kruchość w temperaturze pokojowej, która utrudnia ich kształtowanie i zmniejsza możliwość zastosowania. W przypadku materiałów kruchych, do których należą niewątpliwie stopy na bazie uporządkowanych faz międzymetalicznych występują problemy z przygotowaniem próbek, związane z ich trudną obrabialnością. W pracy do oceny odporności na kruche pękanie aluminidków żelaza B2 zastosowano metodę wciskania penetratora twardości Vickersa. Podczas badania twardości w nie- których próbkach zaobserwowano tworzenie się pęknięć rozprzestrzeniających się od wierzchołków odcisków twardości. Było to szczególnie widoczne w stopie Fe-50% at. Al. Na podstawie długości tych pęknięć możliwa jest ocena odporności na kruche pękanie. Stwierdzono, że zastosowanie techniki wciskania penetratora twardości Vickersa umożliwia określenie odporności na kruche pękanie aluminidków żelaza o zawartości aluminium równej lub wyższej od 46% at.

15

The ductile behavior of high performance concrete in compression

Fantilli A. P., Mihashi H., Vallini P., Chiaia B.

Archives of Civil Engineering

|

2010

|

Vol. 56, nr 1

3-18

EN

The ductility of High Performance Concrete (HPC) can develop both in tension and compression. This aspect is evidenced in the present paper by measuring the mechanical response of normal vibrated concrete (NC), self-compacting concrete (SC) and some HPCs cylindrical specimens under uniaxial and triaxial compression. The post-peak behaviour of these specimens is defined by a non-dimensional function that relates the inelastic displacement and the relative stress during softening. As a result, in normal and self-consolidating concrete, fracture toughness in compression increases in the presence of active confinement. Moreover, HPC specimens, which can also show strain hardening in tension, provide a very ductile behaviour even in absence of confinement. In particular, during the post-peak stage, the ductility of HPC is comparable with that of NC or SC at 1 MPa of confining pressure. Moreover, the performance of fiber-reinforced composites can be quantified by the distributed confining pressure generated by the fibers. The presence of HPC in compressed columns is therefore sufficient to create a sort of active distributed confinement, and improve both the mechanical behaviour of concrete and its durability.

16

Wyznaczanie parametrów odporności na pękanie materiałów quasi-kruchych na próbkach cylindrycznych z karbami

Kazberuk A.

Acta Mechanica et Automatica

|

2009

|

Vol. 3, no. 3

28-31

PL

Zaproponowano metodę wyznaczania krytycznego współczynnika intensywności naprężeń materiału na ściskanych próbkach o przekroju kołowym z centralnie umieszczonym otworem w postaci rombu. Proces zniszczenia próbki postępuje od wierzchołku karbu typu V. Znając wartość obciążenia niszczącego oraz standardowe stałe materiałowe oblicza się krytyczny współczynnik intensywności naprężeń wykorzystując odkształceniowe kryterium pękania oparte na modelu Dugdale’a. Zagadnienie koncentracji naprężeń w otoczeniu wierzchołków otworu rozwiązano metodą osobliwych równań całkowych.

EN

The method of determination of critical SIF of brittle and quasi-brittle material is presented. For the splitting cylindrical specimen with central diamond-shaped hole the stress intensity factors were calculated for arbitral vertex angle. The values of critical SIF was obtained considering the deformation fracture criterion based on Dugdale model of failure with assumption that fracture process zone starts from notch tip.

17

Silicon nitride ceramics - review of structure, processing and properties

Hampshire S.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 24, nr 1

43-50

EN

Purpose: The purpose of this review is to examine the development of silicon nitride and the related sialons and their processing into a range of high-grade structural ceramic materials. Design/methodology/approach: Silicon nitride is one of the major structural ceramics that possesses high flexural strength, good fracture resistance, good creep resistance and high hardness. These properties arise because of the processing route which involves liquid phase sintering and the development of microstructures in which high aspect ratio grains and intergranular glass phase lead to excellent fracture toughness and high strength. Findings: This review has examined the development of silicon nitride and the related sialons and their processing into a "family" of structural ceramic materials with high hardness, strength, fracture toughness, creep resistance and wear resistance. Practical implications: The development of knowledge of microstructure-property relationships in silicon nitride materials is outlined, particularly recent advances in understanding of the effects of grain boundary chemistry and structure on mechanical properties. Originality/value: This review should be of interest to scientists and engineers concerned with the processing and use of ceramics for engineering applications.

18

Crack growth resistance of Al2O3-ZrO2(nano) (12 mol% CeO2) ceramics

Szutkowska M., Boniecki M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 22, nr 1

41-44

EN

Purpose: Alumina-zirconia ceramics with nano 12 mol% CeO2 stabilized ZrO2 were presented as new ceramics with improvement fracture behavior: better crack growth resistance and limited susceptibility to slow crack growth. This ceramics exhibits good cutting properties. Design/methodology/approach: The controlled crack growth of specimens with double notch was carried with using Zwick testing machine. The specimens with double notch were loaded with rate of 1micrometre min to the -1. The loading of the specimens has been broken at the moment of crack propagation. The procedure has been repeated many times up to obtaining definite increase of crack length. In situ observation of crack growth from notch up to failure was possible due to special device with microscopical objective heads in vertical configuration coupled with CCD camera fitted to Zwick 1446 testing machine. A load-relaxation technique method was used for determination a relationship of a crack growth velocity (v) versus stress intensity factor (KI) and calculation the parameters of SCG. Findings: Many newly developed ceramics that are designed for high-temperature applications or electronic devices possess a low crack growth resistance. It is a drawback in widely usage of these materials in industry. Application of the ZrO2nano stabilized with 12 mol% CeO2 in alumina-zirconia ceramics improves the fracture toughness and decreases the susceptibility to slow crack growth in comparison to pure alumina ceramics. Observation of the controlled crack growth in the tested ceramics reveals the existence of increasing R-curve in the alumina-zirconia ceramics with nano ceria stabilized zirconia. Practical implications: Due to improvement of fracture behavior of the alumina-zirconia ceramics with nano12 mol% CeO2 stabilized ZrO2 could be used in "dry cutting" machining. Originality/value: A combination of in situ microscopic long-through thickness crack growth observation during three point bending (3PB) of a single edge notched beam (SENB) enabled measurement of the R-curve. In presented work a new load relaxation method was worked out for determination susceptibility tested ceramics to slow crack growth.

19

Właściwości aplikacyjne borowanej stali konstrukcyjnej

Pertek A., Wiśniewski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2007

|

nr 3

75-78

PL

W pracy zbadano wpływ struktury warstwy borowanej (2 fazowej FeB+Fe2B i 1 fazowej Fe2B) oraz rodzaju obróbki cieplnej po borowaniu (hartowanie i odpuszczanie, laserowa) na właściwości borowanych stali 41 Cr4 i C45. Wykazano, że mikrotwardość, odporność na kruche pękanie oraz odporność na zużycie przez tarcie warstw borków zależą od struktury warstwy oraz rodzaju obróbki cieplnej po borowaniu. Stwierdzono korzystny wpływ obróbki laserowej w porównaniu z objętościową na obniżenie zużycia warstw wierzchnich stali.

EN

In this paper the influence of the structure of borided layer and of the type of heat treatment on the properties of borided 41 Cr4 and C45 steels has been presented. The effects of the typical heat treatment (hardening and tempering) and laser heat treatment have been compared. The microhardness, fracture toughness and friction wear resistance on boronized steels have been determined. The laser heat treatment reduces the wear of borided layers in comparison with typical heat treatment.

20

Heat treatment of a hot-work die steel

Qamar S. Z., Sheikh A. K., Arif A. F. M., Pervez T., Siddiqui R. A.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 8

503-507

EN

Purpose: This paper reports results of in-house experimentation and an exhaustive literature search on heat treatment of H13 tool steel. Heat treatment strategy practiced by the industry is described in detail. Effect of various types of heat treatment on fracture toughness and hardness is also analyzed. Design/methodology/approach: Because of its versatility and wide applications, aluminum has been dubbed as the metal of the millennium. Commercial extrusion of aluminum alloys is a cyclic hot-working process. The magnitude of the thermal and mechanical stresses generated in the die and relevant tooling is therefore a major factor in extrusion. The die and mandrel (used for hollow profiles) are the most important tools subject to wear and are, at the same time, the most highly stressed tools in extrusion. For reliability and durability of an extrusion die, the load carrying capacity of the tool steel, its high-temperature fatigue properties, and its wear resistance become critically important. To withstand large stresses, the steel should have high strength and toughness, and to resist wear it should have high hardness and surface integrity. This combination of high toughness and high hardness is usually achieved through specific heat treatment and surface hardening sequences. Findings: Toughness (expressed in terms of plane-strain fracture toughness KIC or Charpy impact energy CVN) and hardness (HRC) of H13 steel vary in a nonlinear manner against tempering temperature. Toughness shows a decreasing-increasing trend, while hardness exhibits an opposite increasing-decreasing pattern with increasing tempering temperature. Research limitations/implications: Optimum heat treatment strategy for commercial aluminum estrusion dies (H13 steel) appears to be tempering in the 525-550 °C temperature range, to get the best combination of high toughness and high hardness Originality/value: Experimental data from closely monitored heat treatment and mechanical testing has been added to the available published data. Careful and judicious extrapolatiopn-intrapolatioon has also been carried out to complete the data matrices. Analysis of the resulting variation pattersns provideds a good scientific foundation for devising an optimal heat treatment strategy.