Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Wpływ metody formowania na strukturę i własności materiałów gradientowych

100%

Dobrzański L. A. , Kloc A. , Matula G.

|

2006

|

tom Vol. 27, nr 3

584-587

PL

Przeprowadzone badania dotyczą otrzymywania materiału na bazie stali szybkotnącej i stali niestopowej. Do wytwarzania materiałów została zastosowana konwencjonalna metoda metalurgii proszków tj. prasowanie w matrycy zamkniętej, izostatyczne prasowanie na zimno (CIP) oraz nowoczesna metoda formowania niskociśnieniowego proszku. Metody formowania zostały tak zmodyfikowane by otrzymać materiały o strukturze składającej sie z trzech warstw tj. stali niestopowej, stali szybkotnącej i warstwy pośredniej. Badania obejmowały określenie optymalnych warunków spiekania, w szczególności temperatury i cyklu spiekania, jak również wybranych własności mechanicznych. Na podstawie porównania struktury i własności próbek wytwarzanych metodą formowania niskociśnieniowego, metodą CIP lub prasowania w matrycy zamkniętej stwierdzono, że w strukturze wszystkich badanych próbek w stanie spiekanym występują drobne węgliki równomiernie rozmieszczone w osnowie stali szybkotnącej. Zauważono, że niezależnie od metody wytwarzania podwyższenie optymalnej temperatury spiekania powoduje w warstwach złożonych ze stali szybkotnącej niekontrolowany rozrost i koagulacje węglików pierwotnych. Na podstawie badań mikrotwardości stwierdzono, że twardość próbek zarówno formowanych niskociśnieniowo jak i wytwarzanych metodą CIP oraz prasowanych w matrycy zamkniętej i spiekanych wzrasta wraz z temperatura spiekania. Ponadto stwierdzono, że stale formowane niskociśnieniowo cechują sie szerszym zakresem temperatury spiekania.

EN

Investigations carried out referred to obtaining material based on the highspeed steel and non-alloy steel. The conventional powder metallurgy method was used for manufacturing these materials, consisting in compacting the powder in the closed die and sintering it next, the isostatic pressing method (CIP), and the modern pressureless forming powder metallurgy. Forming methods were developed during the investigations for high-speed and non-alloy steel powders, making it possible to obtain materials with three layers in their structure. Investigations included determining the sintering conditions, and especially the temperature and treatment cycle, as well as examining the selected mechanical properties. It was found out, basing on the comparison of structures and properties of test pieces made with the pressureless forming method, as well as with the isostatic pressing and pressing in the closed die, with further sintering, that in structures of all examined test pieces in the sintered state fine carbides occurred distributed homogeneously in the highspeed steel layer. It was noticed, that increase of the sintering temperature, regardless of the manufacturing method, results in the uncontrolled growth and coagulation of the primary carbides and melting up to forming of eutectics in layers consisting of the high-speed steel. It was found out basing on the microhardness tests that hardness of test pieces both those pressureless formed, compacted in the closed die, and isostatically cold pressed and sintered grows along with the sintering temperature. It was also noted that the sintering temperature range is bigger in case of the pressureless formed materials.

2

Opracowanie metod charakteryzowania struktury i właściwości materiałów gradientowych

80%

Łągiewka E. , Budniok A. , Lelątko J. , Goryczka T. , Karolus M. , Gigla M. , Popczyk M. , Wykpis K. , Bierska-Piech B. , Dercz G.

|

2008

|

tom Vol. 29, nr 2

57-70

PL

Praca dotyczy możliwości charakteryzowania struktury, otrzymywania oraz właściwości elektrochemicznych materiałów gradientowych. Wyniki były uzyskane w trakcie realizacji zadania 5 projektu zamawianego PBZ/100/5/2004. Problemy badań struktury obejmowały niektóre metody rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej (SKP, reflektometria) i metody mikroskopii elektronowej. Do otrzymywania materiałów gradientowych zastosowano metodę elektrolitycznego osadzania. Właściwości materiałów, efektywność wydzielania wodoru analizowano metodami klasycznymi i elektrochemiczną spektroskopią impedancyjną. Stwierdzono, że w badaniach struktury materiałów gradientowych należy łączyć metody SKP i reflektometrię, szczególnie dla materiałów o liniowym gradiencie. W wyznaczeniu parametrów sieciowych faz i wielkości ich krystalitów należy w metodzie SKP stosować poprawki na zmianę położenia i szerokość refleksu dyfrakcyjnego. W analizie materiałów gradientowych techniką mikroskopii elektronowej należy posługiwać się opracowanym programem komputerowym ElDif i HOLZAK. Programy te znacznie ułatwiają analizę fazową oraz wyznaczenie stałej sieciowej. Za pomocą techniki CBED i techniki obrazów fazowych istnieje możliwość wyznaczania naprężeń w materiałach gradientowych. W badaniach elektrochemicznych wykazano, że metodą elektrolitycznego osadzania istnieje możliwość, dla pewnych układów metali, otrzymać powłoki charakteryzujące się liniowym lub skokowym gradientem zmiany składu chemicznego. Efektywność wydzielania wodoru na powłokach gradientowych jest znacznie lepsza niż na powłokach otrzymanych z oddzielonych ich składników. W pracy wykazano pełną przydatność elektrochemicznej spektroskopii impe-dancyjnej, zarówno w badaniach procesu otrzymywania materiałów gradientowych, jak i w badaniach ich właściwości.

EN

The work presents results, which were focused on studies of possibility in: structure characterization, method of production and electrochemical properties of gradient materials. Results were obtained during realization of the grant PBZ/100//5/2004. The problems of structure investigations included some methods of X-ray diffraction analysis (SKP, reflectometry) and methods of electron microscopy. The gradient materials were obtained by electrochemical deposition method. The properties of these materials like the efficiency of hydrogen evolution reaction were analyzed using classical methods and the electrochemical impedance spectroscopy. It was ascertained that for investigation of structure of gradient materials, the SKP and reflectometry methods should be connected, particularly in the case of materials with linear gradient. In order to determined the phase lattice parameters and the size of crystallites, the correction of position and width of diffraction reflexes in the SKP method should be applied. The elaborated EIDif and HOLZAK computer programs should be used for analysis of gradient materials by the electron microscope technique. These programs considerably facilitate the phase analysis and lattice constant determination. Determination of stresses in gradient materials is possible by applying CBED and phase picture techniques. On the base of the electrochemical research it was ascertained, that the layers with linear and alternate gradient of chemical composition for some metals system, may be obtained by electrochemical deposition. The efficiency of the hydrogen evolution process and of gradient materials is considerable better in comparison with individual component layers. The suitability of electrochemical impedance spectroscopy in investigations of production process and the properties of gradient materials, were stated in this work.

3

Metodyka generowania trójwymiarowych, modelowych struktur funkcjonalnych materiałów gradientowych

80%

Cwajna J. , Maliński M. , Szala J. , Chrapoński J.

|

2006

|

tom Vol. 27, nr 3

572-575

PL

W pracy omówiono sposoby generowania trójwymiarowych modeli struktury funkcjonalnych materiałów gradientowych. Przedstawiono algorytmy zastosowane w celu otrzymania struktur modelowych z różną funkcją zmian objętości ziaren lub udziału objętościowego cząstek. Opisano działanie i zaprezentowano możliwości opracowanego programu do generowania struktur modelowych typu komórkowego lub zgodnych z modelem Johnsona-Mehla (rys. 2-5) . Scharakteryzowano również program realizujący pomiary na płaskich przekrojach struktur modelowych (rys. 6). Zaprezentowano przykładowe struktury modelowe uzyskane za pomocą opracowanych programów (rys. 4).

EN

Methods for the generation of 3D model structures of functionally gradient materials have been discussed. The algorithms applied to obtain model structures characterized by various function of grain size or volume fraction of particles were presented. The operation and features of the software designed for the cell and Johnson-Mehl type model structures generation were described (fig. 2-5). Additionally, the programme used for measurement of the grain parameters on plane sections of the model structures was characterized (fig. 6). Examples of the obtained model structures have been presented (fig. 4)

4

Stereologiczna charakterystyka symulowanych komputerowo modelowych struktur funkcjonalnych materiałów gradientowych

80%

Chrapoński J. , Maliński M. , Szala J. , Cwajna J.

|

2006

|

tom Vol. 27, nr 3

568-571

PL

W pracy omówiono metody stereologiczne stosowane do ilościowego opisu mikrostruktury materiałów gradientowych (rys. 1, 2). Przedstawiono rezultaty zastosowania wybranych metod w odniesieniu do trójwymiarowych struktur modelowych uzyskanych za pomocą symulacji komputerowej (rys. 3-6). Na podstawie porównania wyników 3D i 2D dokonano oceny dokładności i przydatności tych metod do wyznaczania zmian wybranych parametrów stereologicznych w funkcji odległości w kierunku gradientu.

EN

Stereological methods used for quantitative description of functionally gradient materials microstructure have been discussed (fig. 1, 2). The results of the selected methods applied to three - dimensional computer simulated model structures have been presented (fig. 3-6). On the basis of the comprarsion of 3D and 2D results the usefulness and precision of the methods have been evaluated.

5

Metody ultradźwiękowe identyfikacji własności sprężystych materiałów gradientowych

70%

Kiełczyński P.

|

2008

|

tom Vol. 29, nr 3

157-164

PL

W pracy przedstawiono wykorzystanie uogólnionych poprzecznych fal powierzchniowych do określenia rozkładów parametrów sprężystych w niejednorodnych materiałach gradientowych na przykładzie próbek stalowych poddanych procesowi hartowania laserowego. W artykule omówiono zastosowanie ultradźwiękowych fal objętościowych i powierzchniowych (rys. 1, 2) do wyznaczania parametrów mechanicznych materiałów. Fale ultradźwiękowe są falami mechanicznymi. Ich własności zależą od własności mechanicznych i mikrostruktury ośrodka, w którym się rozchodzą. Zaletą metod ultradźwiękowych w stosunku do metod mechanicznych badania materiałów jest to, że są one nieniszczące i dają się skomputeryzować, dzięki temu można je stosować bezpośrednio na linii produkcyjnej (in situ) do pomiaru parametrów mechanicznych materiałów. Szczególną uwagę zwrócono na znaczenie poprzecznych fal powierzchniowych, tzn. fal Love'a (rys. 2a, b) i uogólnionych poprzecznych fal powierzchniowych (UPFP) (rys. 3), w badaniach parametrów sprężystych w materiałach gradientowych (Functionally Graded Materials - FGM). Zaletą tych fal w stosunku do powierzchniowych fal Rayleigha jest to, że mają one tylko jedną składową przemieszczenia mechanicznego w przeciwieństwie do fal Rayleigha, które mają dwie składowe. Z tego powodu znacznie upraszcza się opis matematyczny rozchodzenia się poprzecznych fal powierzchniowych w ośrodkach gradientowych. Energia tych poprzecznych fal powierzchniowych (w przeciwieństwie do innych typów fal, np. płytowych fal Lamba) skupiona jest w warstwie powierzchniowej. Głębokość wnikania poprzecznych fal powierzchniowych zależy od częstotliwości. Dlatego nadają się one szczególnie do badania profili własności mechanicznych w niejednorodnych materiałach gradientowych. Zmierzono krzywe dyspersji (rys. 7, 8) poprzecznych powierzchniowych fal typu UPFP rozchodzących się w falowodach powstałych w próbkach stalowych na skutek działania promienia laserowego (rys. 6). Pomiaru krzywych dyspersji (zależności prędkości fali od częstotliwości) dokonano w skomputeryzowanym laboratoryjnym układzie badawczo-pomiarowym, (rys. 4, 5). Prędkość fali UPFP wyznaczono mierząc czas przelotu pomiędzy kolejnymi echami fali ultradźwiękowej. Sformułowano i rozwiązano problem prosty (proste zagadnienie Sturma-Liouville'a) opisujący rozchodzenie się fal UPFP w niejednorodnych ośrodkach gradientowych. Stosując metodę wariacyjną (iloraz Rayleigha), przedstawiono postępowanie odwrotne (odwrotne zagadnienie Sturma-Liouville'a), pozwalające określić rozkład własności sprężystych w funkcji głębokości w badanym materiale niejednorodnym. Korzystając ze zmierzonych krzywych dyspersji fal UPFP oraz ze sformułowanego postępowania odwrotnego wyznaczono rozkłady współczynnika podatności sprężystej ścinania w funkcji odległości od powierzchni (rys. 9, 10), oraz głębokości hartowania w próbkach stalowych (stal 45) poddanych procesowi hartowania laserowego.

EN

In the paper the application of the generalized shear surface waves for the determination of the elastic parameters of non-uniform graded materials, based on the example of steel samples subjected to the laser hardening was presented. In the article, the use of the bulk and surface ultrasonic waves (Fig. 1, 2) for evaluation of the mechanical parameters of materials is discussed. Ultrasonic waves are mechanical waves and their parameters depend on the mechanical and microstructural properties of materials where these waves propagate. Ultrasonic methods for investigation of the material properties are non-destructive methods. This is a main advantage of the ultrasonic methods in relation to the mechanical methods used for investigation of the mechanical properties of materials. Moreover, ultrasonic methods can be computerized. Due to this reason, ultrasonic methods can be employed directly on the production line for measuring the mechanical parameters of materials. The importance of the shear surface waves (i.e., Love waves, Fig. 2a, b) and generalized shear surface waves (Fig. 3) in the investigations of elastic parameters of graded materials (Functionally Graded Materials - FGM) was stressed. Rayleigh surface waves posses two components of the mechanical displacement. The shear surface waves posses only one component of the mechanical displacement what is an advantage. Due to this reason, the mathematical description of the propagation of the shear surface waves is simpler than that using the Rayleigh waves. Energy of the shear surface waves (in contrast to the other types of waves, e.g., plate Lamb waves) is concentrated in the surface layer. The penetration depth of the shear surface waves depends on frequency. Therefore, they are very useful to determine the profiles of the mechanical properties of non-homogeneous graded materials. The dispersion curves of the generalized shear surface waves propagating in waveguides produced in steel samples (Fig. 6) subjected to laser hardening were measured (Fig. 7, 8). The dispersion curves (dependence of wave velocity on frequency) were measured in the computerized laboratory measuring set-up (Fig. 4, 5). Velocity of the shear surface wave was evaluated by measuring time-of-flight between two subsequent echoes of an ultrasonic surface wave. The direct problem (direct Sturm-Liouville problem) for propagating generalized shear surface waves was formulated and solved. Employing the variational method (Rayleigh quotient), the inverse method (inverse Sturm-Liouville problem) was presented which enabled the determination of the profiles of elastic properties as a function of depth in the investigated non-homogeneous material. By using the measured dispersion curves of the generalized shear surface waves and developed inverse procedure, the distributions of the elastic compliance versus depth (the distance from the surface of steel 45 exposed to laser hardening) were determined (Fig. 9, 10), along with the case depths in the investigated steel samples.

6

Gradient Materials on Aluminium Alloy Basis Obtained from Powders by Hot Forming

70%

Szczepanik S.

|

2007

|

tom Vol. 28, nr 3-4

602-605

EN

The paper deals with the manufacturing of multi-layer and gradient materials from aluminium and aluminium alloys. The materials were prepared by hot closed-die forging, extrusion and hot consolidation. The formability of multilayer materials was studied at 400°C at the strain rate of 1 s'. The multilayer preforms and preforms with a continuous gradient of chemical composition were closed-die forged and extruded at the temperature of 500°C. The magnitude of extrusion forces and the mechanical properties in tensile, bending and compression tests of obtained materials was examined. The possibility of manufacturing of a sample with gradient chemical composition by hot consolidation was tested.

PL

W pracy podjęto badania nad wytwarzaniem materiałów wielowarstwowych i gradientowych z aluminium i jego stopów. Materiały wytworzono przez odkształcanie na gorąco w procesie kucia w matrycach zamkniętych, wyciskania lub zagęszczania. Odkształcalność materiałów badano w temperaturze 400°C przy prędkości odkształcenia ls"1. Próbki z materiałów wielowarstwowych lub z ciągłym gradientem składu chemicznego odkształcano w matrycach zamkniętych lub wyciskano w temperaturze 500°C. Badano wielkość sił wyciskania i własności mechaniczne w próbie rozciągania, zginania lub ściskania otrzymanych materiałów. Wykazano możliwość wytwarzania wyrobów z gradientem składu chemicznego w połączeniu metod metalurgii proszków i przeróbki plastycznej.

7

On the modelling and optimization of functionally graded laminates

60%

Rychlewska J.

|

2006

|

tom Vol. 44 nr 4

783-795

EN

The object of investigations are Functionally Graded Materials (FGM) which on the microstructural level are made of two kinds of very thin laminae. These FGM will be referred to as the Functionally Graded Laminates (FGL). The aim of this contribution is to formulate discrete-continuum and continuum 3D-models of elastodynamics of FGL. The proposed modelling procedure constitutes a certain generalization of the approach to the modelling of periodic structures leading to a system of finite difference equations and then to their continuum approximation, Rychlewska and Woźniak (2003). The obtained results are applied to the analysis of a certain layered structure with a FGL transition zone. The optimization problem related to the position of the transition zone is discussed.

PL

Przedmiot rozważań stanowi szczególna klasa materiałów gradientowych, tzw. laminatów o strukturze gradientowej, które na poziomie mikrostrukturalnym złożone są z dużej liczby bardzo cienkich wartewek. celem pracy jest zaproponowanie modelu dyskretno-ciągłego i ciągłego zagadnień elastodynamiki takich laminatów. Sformułowany model ciągły został zastosowany do analizy drgań ośrodka obciążonego inercyjnie, złożonego z dwóch jednorodnych wartw, pomiędzy którymi znajduje się strefa przejściowa. Przedyskutowano zagadnienie optymalizacji położenia strefy przejściowej.

8

Cermetalowe materiały gradientowe

60%

Rozmus M.

|

2006

|

tom R. 58, nr 4

142-147

PL

Bardzo często w przypadku bezpośredniego połączenia dwóch warstw różnych materiałów mamy do czynienia z niekorzystnym zjawiskiem, jakim jest powstawanie naprężeń na granicy faz tych materiałów. Zastosowanie ciągłego przejścia jednej fazy w drugą pozwala ograniczyć skutki występowania naprężeń. W tym przypadku otrzymujemy funkcjonalny materiał gradientowy, ang. Functionally Gradient Materials - FGM. Przedstawiono historię wytwarzania materiałów gradientowych oraz przegląd metod ich otrzymywania. W części doświadczalnej przedstawiono wyniki badań wytwarzania cermetalu gradientowego (TiC)(Ni-Mo). Próbki zagęszczano metodą sedymentacji w ultrawirówce. Właściwości otrzymanego cermetalu wskazują na możliwość zastosowania tego materiału jako ostrza w narzędziach skrawających. Ceramiczna warstwa wierzchnia zapewnia wysoką odporność na zużycie ścierne, a ciągliwy rdzeń metaliczny - podwyższoną wytrzymałość na zginanie.

EN

Very often, a result of direct connection of different material layers are mechanical stresses on the phases boundary. Continuous transition of the one phase in the second allows to limited stresses. This kind of material is named Functionally Gradient Material - FGM. A gradient is realized through change of characteristics such as: chemical composition, density, grain size, microstructure or atomic order in function of position. In this paper the historical outline of gradient materials was presented and methods of FGM fabrication. In the experimental part, the gradient cermet in the system (TiC)(Ni-Mo) was presented. Samples were received using the method of the centrifugal deposition in ultracentrifuge. Properties of received cermets were indicated for possibility of using this material as of cutting edge for cutting tools application. Ceramic superficial layer in these FGM cermets guarantees high resistance for abrasive wear, ductile core - resistance for bending stresses.

9

Influence of casting velocity on surface resistivity of epoxy-hard coal graded composites

60%

Stabik J. , Chomiak. M.

|

2011

|

tom Vol. 47, nr 1

48-56

EN

Purpose: of this paper was to describe electrical properties of epoxy-hard coal functionally gradient polymeric materials. The experimental part describes preparation of the cylindrical samples of the polymeric gradient material by centrifugal casting method. Influence of casting velocity on electrical surface resistance and surface resistivity was measured and analysed. Design/methodology/approach: The specimens were prepared using centrifugal casting method. Composites with epoxy resin as a matrix and with respectively 3; 4.32; 7.5; 10.68 and 12%vol of two hard coal types as a filler were cast. Surface resistivity was applied as a measure of electrical properties. The idea of the test was to define electrical resistivity in radial direction with different content and type of conductive component (hard coal). First, specimen’s diameter was measured and electrical resistivity was tested. Next, outer layer with thickness about 0,1 mm was removed by turning and electrical measurements performed. The procedure was repeated for all subsequent layers. Findings: The experimental results demonstrated that casting velocity have pronounced influence on surface resistivity of these materials. Hard coal together with epoxy resin formed gradient composite material with different filler content in subsequent layers. Research limitations/implications: The generated graded structure could be controlled only in limited extend by varying rotation speed and material characteristics of components, such as hard coal content and particles size and shape. Originality/value: Hard coal particles were distributed in epoxy resin by centrifugal casting method in order to create functionally graded materials (FGMs). At present, no information is available on the influence of the casting velocity on the electrical properties of these composites. This paper is original also because in the research programme electrical properties of new type of polymeric gradient composites were tested and presented.

10

Model of casting process of composites reinforced locally at inner wall of bush in electromagnetic field

51%

Golak S.

|

2013

|

tom R. 13, nr 1

65-71

EN

The methods of manufacturing composites with spatial variation in the reinforcement distribution which exploit reinforcement segregation in the liquid matrix are among the most effective ones. However, methods based on density differences such as gravitational casting and centrifugal casting have their limitations in the range of reinforcement configurations that are possible to obtain. An alternative is to exploit the phenomenon of electromagnetic buoyancy occurring in situations where the particles and the matrix have different electric conductivities. This paper presents some possibilities of exploiting this phenomenon to obtain the local reinforcement of a bush made of aluminum alloy AK12 with SiC particles at its inner wall. The paper discusses the model of such a process and the effect of its parameters on the trajectories of the particles moving in the molten matrix.

PL

Techniki wytwarzania kompozytów o przestrzennej zmianie rozkładu zbrojenia poprzez jego segregację w ciekłej osnowie są jednym z bardziej efektywnych sposobów otrzymywania tego rodzaju materiałów. Jednakże metody oparte o różnice gęstości materiałów, takie jak odlewanie z segregacją grawitacyjną lub odlewanie odśrodkowe, mają pewne ograniczenia w zakresie możliwych do uzyskania konfiguracji zbrojenia. Alternatywą jest wykorzystanie zjawiska wyporu elektromagnetycznego występującego w przypadku cząstek różniących się konduktywnością elektryczną od osnowy. Artykuł przedstawia modyfikację tej metody opartą o zastosowanie wzbudnika wewnętrznego, której celem jest uzyskanie strefowego zbrojenia cząstkami odlewu ścianie wewnętrznej. Badania prowadzono na przykładzie tulei ze stopu aluminium AK12 zbrojonej cząstkami SiC. W pracy omówiono model takiego procesu oraz wpływ jego parametrów na trajektorie ruch cząstek zbrojenia w ciekłej osnowie.

11

Methods of preparing polymeric gradient composites

41%

Stabik J. , Dybowska A.

|

2007

|

tom Vol. 25, nr 1

67-70

EN

Purpose: The goal of this work is to introduce basic methods of preparing polymeric gradient materials, which allow to join two different components to ensure the required properties and structure of the functionally gradient materials. Design/methodology/approach: In this paper few of methods of preparing functionally gradient polymeric materials are briefly described which were successful employed in many investigations performed during last few years. Findings: It was noticed that the knowledge about polymeric gradient materials is still developing what can allow to manufacture new products characterized by unique properties. Research limitations/implications: Most of methods presented in this paper are also used for conventional products, the difference between conventional products and products with gradient are quantity of components, shape and size of reinforcements, and properties of ready materials. Practical implications: Presented methods can be applied in preparing FGMs for future research programmes and also in industrial processes. Originality/value: Techniques are presented that can be useful in future scientific work concerning functionally gradient materials containing polymer materials.