Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Selected the Casting Properties of the Composites AlMg10+Cgr

100%

Łągiewka M.

|

2017

|

tom Vol. 62, iss. 3

1585--1589

EN

The paper is a review of the previous investigations concerning the influence of graphite particles both on the casting properties of metal matrix composites (MMCs). The work presents the examination results of casting properties (i.e. castability and shrinkage) of the MMCs with matrices of a selected aluminium alloy reinforced with graphite particles. There is also presented the influence of graphite particles on the surface tension and viscosity of the flowing and filling the mould composite suspension. The suspensions containing various percentages of graphite particles (namely 5%, 10%, or 15% in volume) were prepared in order to perform the above mentioned examinations. Castability (fluidity) of these suspensions was measured in two ways, i.e. by means of both the spiral test and the rod test, while their shrinkage was determined with the use of a device designed and assembled in the Department of Foundry Engineering, CUT. The device enables to determine changes in the length of a casting during its solidification with respect to the specified length of the test rod. The surface tension was determined by the wedge casting method consisting in the pouring of metal into an open shell mould with the cavity of wedge geometry, the sharp edge being perpendicular to the free metal surface. The change in viscosity corresponding to the change in graphite particles percentage was calculated from Einstein’s equation. The results of examinations show that the introduction of reinforcing graphite particles results in both a significant increase in the viscosity of the flowing suspension and a considerable decrease in its castability. The greater dimensional stability of castings was observed, i.e. the shrinkage of composite castings was smaller than the shrinkage of matrix alloy itself. An increase in surface tension index value with an increase in volume percentage of graphite particles in composite was also noticed.

2

Wpływ cząstek grafitu na rozszerzalność cieplną kompozytów metalowych AlSi6Cu4/grafit

72%

Mitko M.

|

tom R. 4, nr 10

175-178

PL

Kompozyty metalowe zbrojone cząstkami grafitu syntetycznego wytworzono metodą mieszania i prasowania cząstek ze stopem odlewniczym AlSi6Cu4 (AK64) w stanie ciekło-stałym. Wytworzono kompozyty zawierające odpowiednio: 4, 8 i 12% objętościowych cząstek grafitu. W celach porównawczych wytworzono także tą metodą próbki ze stopu AK64, jednak bez dodawania grafitu. Przykładowe struktury otrzymanego w ten sposób materiału do badań pokazano na rysunku 1. Oznaczenie współczynnika cieplnej rozszerzalności liniowej przeprowadzono na dylatometrze optycznym LS-4. Cykl pomiarowy obejmował nagrzewanie próbek z temperatury 25 do 415°C, a następnie chłodzenie do temperatury 25°C z szybkością 180°C/h. Wyniki obliczeń średnich wartości współczynnika rozszerzalności liniowej uzyskane w procesie nagrzewania zestawiono na rysunku 2, a chłodzenia na rysunku 3. Zmianę wymiarów próbek po badaniach dylatometrycznych zestawiono w tabeli 1. Podczas nagrzewania pomiędzy 200 a 300°C następuje szybki wzrost współczynnika rozszerzalności cieplnej badanych kompozytów i stopu AK64 odpowiednio od 20--22 10(-6) K(-1) do 26--28 10(-6) K(-1). Przy dalszym nagrzewaniu do temperatury 415°C następuje obniżenie współczynnika rozszerzalności cieplnej do 25--27 10(-6) K(-1). Przy ochładzaniu próbek obniżanie współczynnika do 22--24 10(-6) K(-1) jest bardziej równomierne. Zwiększenie wymiarów po cyklu nagrzewania i chłodzenia jest znacznie większe dla próbek z kompozytów niż dla próbek wykonanych ze stopu użytego na osnowę. Rozszerzalność cieplna w porównaniu ze stopem osnowy jest tym mniejsza, im większy jest udział cząstek grafitu w kompozycie. Przy udziale 8--12% cząstek grafitu różnice te dochodzą do ponad 10%, a przy udziale 4% cząstek do 5%, co wskazuje na silne połączenie na granicy międzyfazowej cząstka-osnowa. Wzrost udziału cząstek grafitu korzystnie wpływa na właściwości eksploatacyjne kompozytów AlSi6Cu4/grafit w warunkach tarcia suchego nie tylko poprzez zmniejszenie zużycia ściernego i współczynnika tarcia, ale także w wyniku zmniejszenia rozszerzalności cieplnej kompozytu. Zwiększenie stabilizacji wymiarów, a także zmniejszenie naprężeń w czasie eksploatacji można uzyskać, przeprowadzając odpowiednią obróbkę cieplną elementów wykonanych z tego typu kompozytów, co w efekcie powinno wydłużyć ich czas eksploatacji.

EN

Metal composites reinforced with synthetic graphite particles have been obtained by squeeze casting of AlSi6Cu4 (AK64) cast alloy mixed with graphite particles. Composites containing 4, 8, and 12% (by volume) of graphite have been obtained. Also pure AlSi6Cu4 alloy (i.e. without graphite addition) has been squeeze cast for the purpose of comparison. Exemplary structures of such obtained materials have been shown in Figure 1. Determining of the coefficient of thermal expansion has been performed with use of the LS-4 optical dilatometer. Measuring cycle has covered heating of specimens from the temperature of 25 to 415°C and subsequent cooling back to 25"C, both with the rate of 180°C/h. Results of calculating average values of the coefficient of thermal expansion have been shown in Figure 2 for the data obtained on heating, and in Figure 3 for the data gathered during the cooling period. Dimensional changes of specimens after dilatometric examination have been presented in Table 1. A rapid growth in the coefficient of thermal expansion - from 20--22 10(-6) K(-1) to 26--28 10(-6) K(-1) - occurs during heating from 200 to 300°C both for examined composites and for AlSi6Cu4 alloy. Further heating to 415°C results in decreasing of the coefficient of thermal expansion to 25--27 10(-6) K(-1). During the cooling stage dropping of the coefficient of thermal expansion has more even character. The dimensional growth after the heating and cooling cycle is much larger for composite specimens than for the specimens of pure matrix alloy. Thermal expansion of composites as compared with with the value for matrix alloy is the smaller the greater is the graphite particles percentage in composite material. These differences exceed 10% at the graphite percentage of 8--12%, and reach 5% at the graphite content of 4%. This suggests the existence of strong bonding at the particle-matrix interface. The increase of graphite particles content is advantageous for the serviceability of AlSi6Cu4/graphite composites not only because of diminishing the frictional wear and the coefficient of friction, but also due to decreasing of thermal expansion of composite material. Improving the dimensional stability as well as decreasing working stresses can be achieved by employing a proper thermal treatment of elements made of such composites, which should result in prolonging their lifetime.

3

Zmiany struktury w strefie międzyfazowej cząstka grafitu-stop AlSi6Cu4 w kompozycie metalowym po recyklingu

58%

Mitko M. , Tomczyński S.

|

tom R. 4, nr 10

159-163

PL

Kompozyt wytworzony metodą mieszania i prasowania cząstek grafitu syntetycznego ze stopem odlewniczym AlSi6Cu4 (AK64) w stanie ciekło-stałym poddano recyklingowi poprzez ponowne przetopy oraz rozcieńczanie stopem osnowy. Uzyskano kompozyt o 5% udziale cząstek grafitu. Struktury kompozytu przed i po recyklingu pokazano na rysunku 1. Strefę międzyfazową cząstka grafitu-osnowa poddano badaniom metodami mikroskopii optycznej, mikroskopii elektronowej oraz mikroanalizie rentgenowskiej metodą cienkich folii. Obrazy elektronowe oraz wyniki mikroanalizy powierzchniowej i liniowej zamieszczono na rysunkach 2-5. Połączenie adhezyjno-mechaniczne cząstek grafitu z osnową metalową uzyskane w kompozycie złomowanym, otrzymanym poprzez mieszanie, następnie prasowanie, nawet podczas kilkukrotnego przetapiania i rozcieńczenia ciekłym stopem osnowy, zostało zachowane, a kompozyt można było odlewać grawitacyjnie. W strefie osnowy otaczającej cząstki grafitu nie zaobserwowano faz przejściowych. W wyniku przeprowadzonego recyklingu cząstki grafitu ulegają częściowemu rozkruszeniu, a przy ich powierzchni gromadzą się zanieczyszczenia. Rozkruszanie i rozwarstwianie cząstek grafitu jest także wynikiem zmiennych naprężeń powstających podczas zmian temperatury w trakcie przetopu i krzepnięcia kompozytu. W strefie graniczącej z cząstkami grafitu częściej występują obszary o wyższej zawartość tlenu, a w nich także skupiska bogate w Mn, Fe i Cu. Świadczy to o tendencji gromadzenia się wydzieleń tlenkowych na granicy rozdziału cząstka zbrójąca-osnowa. Mimo przestrzegania reżimu technologicznego w miarę zwiększania liczby przetopów i rozcieńczeń ilość tych zanieczyszczeń rośnie, gdyż nie można stosować zabiegów rafinacyjnych. Prowadzi to do degeneracji stref przejściowych i w konsekwencji znacznej utraty właściwości użytkowych tych kompozytów. Z tego względu liczba przetopów i rozcieńczeń, jakim może być poddany kompozyt, jest ograniczona.

EN

Composite material obtained by squeeze casting of the AlSi6Cu4 (AK64)alloy mixed with graphite particles has been recycled by subsequently repeated cycles of melting and diluting with the matrix alloy. Finally a composite containing 5% of graphite particles has been produced. Structures of composite before and after being recycled have been shown in Figure 1. The graphite particle-matrix alloy interface has been examined by means of optical and electron microscopy, and X-ray microanalysis using the thin foil method. SEM images and results of field and linear microanalyses are presented in Figures 2-5. The adhesive-mechanical bonding between graphite particles and metal matrix achieved in the initial composite obtained by mixing and squeeze casting has been retained even after several hours' course of melting and diluting, and the gravity casting of the resulting composite has been still possible. No intermediate phases have been found in the matrix zone enveloping the graphite particles. However, some graphite particles are crushed due to the recycling process and a sort of impurities gathers near their surface. Crushing and lamination of graphite particles is also induced by changing stresses which accompany temperature changes during repeated melting and solidifying of composite. The zone close to the graphite particles more frequently reveals the presence of oxygen-rich regions, and within them also Mn-, Fe-, or Cu-rich areas are found. This indicates the tendency of the oxide precipitates to concentrate at the reinforcing particle/matrix interface. Despite strictly observing the technological regime the quantity of these impurities grows with the growth of the number of melting and diluting cycles, because rafination processes cannot be employed. This process leads to the degeneration of the intermediate zones and in consequence to the significant loss of the serviceability of these composites. Therefore the composite can be subjected only to a restricted number of subsequent melting and diluting cycles.

4

Rozszerzalność cieplna kompozytu typu stop AlSi6Cu4-12% cząstek grafitu syntetycznego

58%

Mitko M.

|

tom R. 3, nr 8

376-379

PL

Przedstawiono wyniki badań dylatometrycznych kompozytu typu stop AlSi6Cu/grafit, otrzymanego metodą mieszania i prasowania cząstek grafitu syntetycznego w stanie ciekłostałym. Kompozyt poddano dwom cyklom nagrzewania i chłodzenia z temperatury otoczenia do 415°C. Uzyskane dylatogramy pokazano na rysunkach 1 i 2. Struktury kompozytu wyjściowego i po cyklach nagrzewania i chłodzenia pokazano na rysunku 3. Wydłużenie próbek o 0,11--0,14% po pierwszym cyklu badań dylatometrycznych świadczy o dobrym połączeniu cząstek grafitu z osnową. Wartości chwilowych i średnich współczynników rozszerzalności cieplnej badanego kompozytu są wyższe od osnowy kompozytu (tabele 1-3). Średnia wartość współczynnika rozszerzalności w zakresie 25--200°C wynosi 24--25 x 10(-6) 1/K i jest w porównaniu ze stopem osnowy ok. 20% większa. W przypadku słabych wiązań na granicach miedzyfazowych cząstka-osnowa wpływ cząstek grafitu na rozszerzalność byłby znacznie mniejszy.

EN

The work presents the results of dilatometric examination of the AlSi6Cu4/graphite composite obtained by squeeze casting of the mixed matrix alloy and syntethic graphite particles. The composite has been subjected to double cycle of heating from ambient temperature to the temperature of 415°C and subsequent cooling. The obtained thermal expansion curves are presented in Figures 1 and 2. Initial structure of composite and the structures after thermal cyeles are shown in Figure 3. Elongation of samples by 0.11--0,14% after the first cycle of dilatometric examination confirms the exististence of a good joining between graphite and matrix. Values of instantaneous and average coefficients of thermal expansion for the investigated composite are greater than the corresponding values for pure raatrix alloy (Tables 1-3). The average value of the coefficient of thermal expansion in the range 25--200°C is equal 24--25 x 10(-6) 1/K and is by 20% greater as compared with the matrix alloy. In the case of the weak joint at the interface the influence of graphite particles on the thermal expansion would be significantly less.