Rozwój nowych materiałów na bazie metali nieżelaznych

• Autorzy: Sobczak, J. , Tybulczuk, J. , Górny, Z. , Sobczak, N. , Białobrzeski, A. , Stachańczyk, J. , Fajkiel, A.

Warianty tytułu

EN

The development of new materials based on non-ferrous metals

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Innowacyjność wyrobów z materiałów monolitycznych może wynikać zarówno z optymalizacji ich składu chemicznego, jak i parametrów wytwarzania (technologii). Innowacyjność wyrobów z materiałów heterogenicznych, w tym kompozytowych, jest dodatkowo pochodną udziału drugiego komponentu (zbrojenia) w strukturze. W artykule przedstawiono stan prac Instytutu Odlewnictwa w zakresie syntezy stopów monolitycznych wraz z omówieniem specyfiki technologicznej na przykładzie odlewania ciśnieniowego, odlewania w stanie półstałym (semi-solid, thixoforming), prasowania w stanie ciekłym (squeeze casting) i odlewania odśrodkowego. Zakres materiałowy w danym obszarze analitycznym obejmuje stopy aluminium, magnezu, miedzi i tytanu. Szczególną uwagę zwrócono na stan aktualny i perspektywy rozwoju metalowych materiałów kompozytowych zbrojonych fazą gazową (tzw. gazarów) i fazą stałą, w postaci cząsteczek i włókien ceramicznych. Omówiono zagadnienia wytwarzania odlewanych wyrobów kompozytowych zbrojonych w całej objętości (dyspersyjnie) oraz lokalnie (miejscowo). Spośród kompozytów zbrojonych dyspersyjnie ważne miejsce w pracach Instytutu Odlewnictwa zajmują kompozyty aluminiowe, zawierające cząsteczki węglika krzemu i cząsteczki popiołu lotnego (kompozyty ALFAŽ), których wysoka odporność na ścieranie i szoki cieplne umożliwia zastosowanie jako materiału tarcz hamulcowych. Lokalne zbrojenie wyrobów z kompozytów metalowych umożliwia otrzymywanie struktur funkcjonalnych i gradialnych, co zilustrowano przykładami odlewów tłoków do silnika spalinowego i łożysk ślizgowych. Prace w danym obszarze badawczym koncentrują się na kompozytach na bazie stopów aluminium i miedzi.

EN

The innovativeness of products made from monolithic materials may consist in optimizing their chemical composition and parameters (technology) of manufacture. The innovativeness of products made from heterogeneous materials, this including composites as well, is additionally driven by the presence of the second component (reinforcement) in the structure. In this article, the present state of the studies carried out by Foundry Research Institute in the scope of synthesis of monolithic alloys is presented along with description of some specific technological aspects of this synthesis, using as an example die casting, semi-solid casting (thixoforming), squeeze casting and centrifugal casting. The range of materials used in the investigation covered alloys of aluminum, magnesium, copper and titanium. Special attention was paid to the current state and prospects of development of metal matrix composites reinforced with gaseous phase (the, so called, gasars) and with solid phase (ceramic particles or fibers). Composite castings reinforced within the entire volume of material (particulate reinforced) and locally reinforced composite castings were discussed. Among the particulate reinforced composites, an important position in the studies done by Foundry Research Institute in Kraków hold aluminum composites containing particles of silicon carbide and fly ash (ALFAŽ composites). Very high resistance of these composites to abrasion and thermal shocks makes them useful as a material for brake discs. The local reinforcement of products made from metal matrix composites enables obtaining functionally and graded structures which has been illustrated on examples of cast pistons for I.C. engines and slide bearings. The studies within this area are focused on composites based on aluminum and copper alloys.

Słowa kluczowe

PL

nieżelazne materiały monolityczne; kompozyty metalowe; specjalne techniki odlewnicze; struktury funkcjonalnie gradialne

EN

non-ferrous monolithic materials; Metal Matrix Composities; special casting techniques; functional graded structures

• Czasopismo: Odlewnictwo - Nauka i Praktyka
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 5, nr 2
• Strony: 3-19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Sobczak, J.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Tybulczuk, J.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Górny, Z.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Sobczak, N.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Białobrzeski, A.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Stachańczyk, J.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Fajkiel, A.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

Bibliografia

• 1. Gulaev B.B.: Sintez splavov, Metallurgiya, Moskva, 1984, 220 s.
• 2. Sobczak J.: Podstawy syntezy stopów. Wydawnictwa Instytutu Odlewnictwa, Kraków, 1997,290 s.
• 3. Ashby M.F.: Materials Selection in Mechanical Design. Pergamon Press, Oxford, 1992, 380 p
• 4. Arystoteles: Fizyka. Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa, 1968.
• 5. Ludzie, którzy zmienili świat. MAK Verlag, Diepholtz, 1996.
• 6. Bojarski W W: Podstawy analizy i inżynierii systemów, Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa, 1984.
• 7. Habr J., Vepfek 1.: Systemowa analiza i synteza. Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa, 1976.
• 8. Kogan M.S.: Sistiema i struktura. V knigie: Sistemnye issledovaniya. Metodologieheskie problemy, auka, Moskva, 1983, s. 86-106.
• 9. Gulaev B.B.: Struktura splava kak ierarkhicheskaya sistema. V sbornike: Metallovedenie v metallurgicheskoy tekhnologii. Trudy Leningradskogo Politekhnicheskogo Instituta, 1985, s. 50-56.
• 10. Gulaev B.B. et al.: Ierarkhiya struktur i mekhanicheskie svoystva stali. Liteynoe Proizvodstwo, 1986, nr 10, s. 9-11.
• 11. Górny Zb., Sobczak J.: Struktura odlewów prasowanych w stanie ciekłym. Instytut Odlewnictwa, Kraków, 1990, 50 s.
• 12. Sobczak J.: The Structural Aspects of Squeeze Cast Metal. Transaction of the Foundry Research Institute 1991, Vol. XLI, no 1-2, p. 39-60.
• 13. Sobczak J.: Kompozyty metalowe. Wydawnictwa Instytutu Odlewnictwa i Instytutu Transportu Samochodowego, Kraków-Warszawa, 2001, 314 s.
• 14. Odlewniczy stop aluminiowy o podwyższonych i wysokich własnościach mechanicznych. Urząd Patentowy Rp, 24.08.1993, P - 158900, (twórcy: Sobczak J., Sęk-Sas G., Lech Zb.).
• 15. Stop aluminium o wysokich własnościach mechanicznych. Urząd Patentowy RP, 12.11.1993, P - 158879 (twórcy: Sobczak J., Sęk-Sas G., Lech Zb.).
• 16. Sobczak N.: Stopy na bazie cynku o temperaturze topienia w zakresie 400-600°C z .ekonomicznie uzasadnionym doborem dodatków stopowych. Rozprawa doktorska. Uniwersytet Techniczny w Sankt Peterburgu, 1984 (ros.).
• 17. Sobczak J.: Modyfikacja stopów aluminium. W: Odlewanie i obróbka cieplna stopów aluminium. Odlewy piaskowe i kokilowe. Kraków, Skrypt Instytutu Odlewnictwa, 1989.
• 18. Pirowski Z., Ryglicki R., Uhl W: Dobór składu chemicznego stellitów na kowadła do kucia pilników. Prace Instytutu Odlewnictwa, 1993, T. XLIII, Zesz.1-2, s. 71-92.
• 19. Pirowski Z., Uhl W: The s Phase in Co-Cr-W-C Alloys- Attempts at Identification. Transactions of the Foundry Research Institute, 1994, Vol. XLIV, No. 1-2, pp. 3-22.
• 20. Reynaud A.: La fonderie de magnesium dans le monde: situation actuelle et perspectives d'evolution. Fonderie Fond.d'aujourd. 1995, Nr 150, pp. 29-33.
• 21. Fajkiel A., Dudek P.: Stopy magnezu - nowoczesne stanowisko odlewania w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie. Biuletyn Instytutu Odlewnictwa, nr 3/2000, s. 41-44.
• 22. Fajkiel A., Dudek P, Korzec R.: Magnez i jego stopy - ponowne zainteresowanie przemysłu. Wytwarzanie elementów maszyn ze stopów metali o specjalnych właściwościach, VI Konferencja Naukowo-Techniczna, Rzeszów - Bystre 2001, s. 41-49.
• 23. Dudek P., Fajkiel A.: Modern Stand for Pressure Die Casting of Mg AlIoys Operating at the Foundry Research Institute in Krakow. Acta Metallurgica Slowaca, 2001, o. 3/2001, pp. 240-245.
• 24. Karwiński A. i inni: Technologia wykonywania odlewów precyzyjnych metodą wytapianych modeli ze stopów magnezu. Sprawozdanie IOd., Kraków 9017/01 (praca nie publikowana).
• 25. Fajkiel A. i inni: Dobór gazowych mieszanek ochronnych i rafinacyjnych przy przetopie złomu obiegowego stopów magnezu. Sprawozdanie IOd., Kraków 9019/01 (praca nie publikowana ).
• 26. Stachańczyk L, Turzyński J.: Właściwości odlewnicze tytanu i jego stopów. V Ogólnopolskie Sympozjum "Tytan i jego stopy". Wydawnictwo Politechniki Śląskiej - Katowice, 1997, pp. 97-100.
• 27. Pysz S, Stachańczyk J., Turzyński 1., Lenow N.: Symulacja komputerowa w technologii odlewania precyzyjnego tytanu. VI Ogólnopolskie Sympozjum "Tytan i jego stopy". Zeszyty Naukowe Mechaniki nr 250/99. Wydawnictwo Politechniki Opolskiej 1999, pp. 129-137.
• 28. Pysz S., Stachańczyk J., Turzyński J., I1jin A: Application of Computer Simulation in Investment Casting of Titanium. Acta Metalurgica Slovaca, 1999, pp. 426-430.
• 29. Stachańczyk J., Warmuzek M.: Analysis of the Chemical Composition of lnclusions in Sub-surface Layers of Castings Made in Titanium AJloys. Acta Metalurgica Slovaca, 1999, pp. 447-540.
• 30. Stachańczyk J., Piekło J.: Modelowanie numeryczne zjawisk fizykochemicznych zmian stężenia tlenu w warstwie powierzchniowej odlewu tytanowego endoprotezy stawu biodrowego w czasie krzepnięcia. Biuletyn Instytutu Odlewnictwa, 1999, nr 3, s. 3-13.
• 31. Radzikowska J., Stachańczyk J.: Application of Color Metallographic Techniques to Study the Microstructure of Tiraniurn Alloys. 6th World Conference on Titanium- St. Petersburg, Russia, 1999, pp. 129-141.
• 32. Stachańczyk J., Turzyński J.: Ocena jakościowa precyzyjnych odlewów tytanowych. II Ogólnopolska Konferencja naukowa "Problemy jakości stymulatorem rozwoju technologii bezodpadowych". Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 1999, s. 217-227.
• 33. Radzikowska J., Stachańczyk J.: Zastosowanie kolorowych technik metalograficznych do badań mikrostruktury stopów tytanu. Biuletyn Instytutu Odlewnictwa, Kraków, 1999, nr 6, s. 13-20.
• 34. Piekło J., Stachańczyk J.: Analiza stanu naprężeń w endoprotezie stawu biodrowego. Biuletyn Instytutu Odlewnictwa, Kraków, 1999, nr 6, s. 5-12.
• 35. Stachańczyk, J. Turzyński J.: Zastosowanie odlewania precyzyjnego i zagęszczania izostatycznego w technice wytwarzania implantów z tytanu i jego stopów. Przegląd Odlewnictwa, 2000, nr 11, s. 446-448.
• 36. Ashby M.F.: Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998, 432 s.
• 37. Sobczak N. in "Interfacial Science in Ceramic Joining". Ed. By A P. Tomsia, NATO ASI Series, 1998, Vol.58, pp. 27-42.
• 38. Sobczak J.: Piany metalowe monolityczne i kompozytowe oraz gazary. Kompendium wiedzy o metalowych strukturach komórkowych stosowanych w nowoczesnym projektowaniu technicznym, Wydawnictwo Instytutu Odlewnictwa, Kraków 1998,76 s.
• 39. Boyko L., Sobczak J., Pietrzak K., Wojciechowski A: Preparation and Quantitative Evaluation of Gasars Microstructure. Journal of the Foundry Research Institute, 2002, Special Issue No. 1, pp. 5-8.
• 40. Drenchev L., Sobczak J.: Gasars - Ultra Light Materials with Ordered Porosity. Journal of the Foundry Research lnstitute, 2002, Special Issue No. 1, pp. 44-56.
• 41. Sobczak J., Sobczak N., Rohatgi P.K: Using Fly Ash for the Production of Light Weight Composites - in "Advanced Light AIIoys and Composites" NATO ASI Series, 3. High Technology - vol. 59, Ed. by R. Ciach, Kluwer Academic Publishers 1998, pp. 109-116.
• 42. Sobczak N., Sobczak J., Rohatgi P.K.: Using Waste Materials for the Synthesis of Composites - Proc. ECOMAP- 98, Nov. 23-29, 1998, Kyoto, Japan - Published by High Temperature Society of Japan, 1998, pp. 195-204.
• 43. Sobczak J. Slawinski Z., Sobczak N., Darlak P., Asthana R., Rohatgi P.: Thermal Fatigue Resistance of Discontinuously Reinforced Cast Aluminium-Matrix Composites, J. Mater. Eng. Perf., 11(6) 2002, pp. 595-602.
• 44. Sobczak N., Sobczak J., Morgiel J., Stobierski L.: TEM Characterization of the Reaction Products in Aluminium Fly Ash Couples, Material Chemistry and Physics, accepted for pubJication in 2003.
• 45. Sobczak J.: Teoretyczne i praktyczne podstawy procesu prasowania w stanie ciekłym (squeeze casting) metali nieżelaznych. Prace Instytutu Odlewnictwa, 1993} Zeszyt Specjalny, 300 s.
• 46. Białobrzeski A: Zastosowanie odlewania tiksotropowego stopów Al w motoryzacji. Materiały Konferencji Miedzynarodowej KONES'99, Zakopane, wrzesień, 1999, s.1-8.
• 47. Białobrzeski A: Niejednorodność składu chemicznego stopów Al w odlewach wykonanych technologią tiksotropową, Materiały III Polskiego Kongresu Odlewnictwa, Warszawa, październik, 2000, s. 71-79.
• 48. Białobrzeski A, Dudek P.: Badania rozwojowe technologii odlewania tiksotropowego stopów aluminium, Acta Metallurgica Slovaca, Special Issue, 3/2001 pp. 234-239.
• 49. Białobrzeski A, Rabczak K: Manufacture of Rheocast AlIoys, Part I. A Concept of IntelIigent Processing of Materials, Archives of Metallurgy, 2001, Vol. XLVI, pp. 385-406.
• 50. Białobrzeski A, Radzikowska J.: Metallographic Exarninations of Materials Characterized by Rheocast Structure of Thixotropic Castings, Proceedings of II International Conference, ALUMINIUM 2001, Decin-Strelnice, 3-5 September, 2000, pp. 50-55.
• 51. Białobrzeski A: Segregation de la composition chimique lors de la coulee des alliages d'aluminium a l'etat serni-solide, Fonderie Fondeur d'Aujoud'hui, Nr. 207, aout/sept., 2001, ss. 32-41.
• 52. Sołek K, Wajda W, Pietrzyk M., Mitura Z., Białobrzeski A: Numeryczna symulacja tiksotropowego wypełniania formy stopem AlSi, Rudy i Metale Nieżelazne, 2001, r. 46, nr 11, s. 579-583.
• 53. Sołek K, Mitura Z., Białobrzeski A: Experimental Validation of Modeling of Thixoforming Processes, Proceedings of Conference on Material Forming, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, April 2002.