OCENA POŁĄCZENIA WŁÓKIEN WĘGLOWYCH Z OSNOWĄ AlSi13Cu2 W KOMPOZYTACH ODLEWANYCH CIŚNIENIOWO

Transkrypt

1 28/15 Archives of Foundry Year 2005 Volume 5 15 Archium Odlenicta Ro 2005 Roczni 5 Nr 15 PAN Katoice PL ISSN OCNA POŁĄCZNIA WŁÓKIN WĘGLOWYCH Z OSNOWĄ AlSi13Cu2 W KOMPOZYTACH ODLWANYCH CIŚNINIOWO Z.KONOPKA 1 A.ZYSKA 2 M.CISOWSKA-ŁĄGIWKA 3 A.BOBR 4 S.NOCUŃ 5 Katedra Odlenicta Politechnii Częstochosiej al. Armii Krajoej Częstochoa STRSZCZNI W pracy przedstaiono ynii pomiaró spółczynnia linioej rozszerzalności cieplnej ompozytó na osnoie stopu AlSi13Cu2 z ciętymi łónami ęgloymi. Kompozyty ytorzono metodą mieszania mieszadłem ciełego stopu osnoy z 510 lub 15% objętością ciętych łóien ęgloych i ciśnienioego odleania ta przygotoanej suspensji. Wyznaczono saźni siły połączenia sładnió będących miarą odchylenia rzeczyistego spółczynnia linioej rozszerzalności od artości teoretycznej tego spółczynnia dla badanych ompozytó. Stierdzono zrost siły połączenia łóien z osnoą ze zrostem udziału łóien do o. 10% objętości. Przy yższych udziałach łóna nie obseruje się popray połączenia łóna z osnoą. Keyords: composite fibre pressure die cast 1. WPROWADZNI Wytorzenie ytrzymałego połączenie między osnoą i zbrojącym łónem ompozytach silnie płya na łasności torzya i determinuje aruni technologii [1].sperymentalne badanie siły połączenia łóien z osnoą na specjalnie spreparoanych próbach jest łopotlie a yni obarczony dużym rozrzutem [2]. Całoity bra połączenia między sładniami objaia się niezależnymi 1 dr hab. inż.prof. PCz. onopa@mim.pcz.czest.pl 2 dr.inż. zysa@mim.pcz.czest.pl 3 mgr.inż. cis@mim.pcz.czest.pl 4 mgr. inż. bober@mim.pcz.czest.pl 5 mgr. inż. snocun@mim.pcz.czest.pl

2 227 zmianami ymiaroymi osnoy i zbrojenia a óczas rozszerzalność ompozytu nie zależy od udziału fazy zbrojącej i najczęściej przyjmuje artości rozszerzalności osnoy. Przy założeniu idealnego połączenia osnoy z łónem spółczynni linioej rozszerzalności ompozytu spełnia prao mieszanin [3]. Porónanie zmierzonego spółczynnia linioej rozszerzalności ompozytu z obliczonym edług praa mieszani może być miarą siły połączenia omponentó ompozycie sali maro. 2. PRZBIG I WYNIKI BADAŃ Badania przeproadzono na ompozycie z osnoą stopu Al11SiCu2 o następującym sładzie: Si= % Cu= % Fe= % oraz z dopuszczalnymi zanieczyszczeniami Zn= % Mn=0.5% i Mg=0.2%. Zbrojeniem ompozytu były łóna ęgloe z grupy HTA bez porycia firmy TNAX Fibre o średnicy 7.5µm i długości 5mm. Suspensję ompozytoą przygotoano metodą mieszania ciełego stopu osnoy z 5 10 lub 15% udziałem objętościoym łóien ęgloych. Czas mieszania ynosił 300s a prędość ątoa mieszania mieszadła śmigłoego 10s -1. Pomiary spółczynnia rozszerzalności linioej ompozytó yonano metodą dylatometryczną procesie nagrzeania i studzenia alcoych próbe ompozytó yciętych z odleu o średnicy 3mm i długości 30mm zaresie temperatury C. W czasie pomiaru rejestroano przedziałach temperatury T=50 C. bezzględne i zględne zmiany długości pomiaroej próbi na podstaie tórych obliczono chiloe artości spółczynnió rozszerzalności linioej. Silę połączenia łóien ęgloych z osnoą oreślono następującym saźniiem tórego spade artości śiadczy o polepszeniu połączenia łóno-osnoa : T p V f (1) gdzie: α p α odpoiednio spółczynnii rozszerzalności linioej ompozytó zmierzone i obliczone V f -- udział obj. łóien. Teoretyczne artości spółczynnia rozszerzalności linioej dla ompozytu z łónami zorientoanymi przypadoo zględem pomiaroego ierunu obliczono ze zoru: 2 2 cos sin (2) t gdzie: φ jest ątem nachylenia łóna do ierunu podstaoego (pomiaroego) a ielości spółczynnia rozszerzalności linioej dla ierunu zdłuż łóien ( ) i prostopadłego do łóien ( t ) oblicza się następujących zoró [5]:

3 V V 1 x x 0 0 t (3) t gdzie: x x V 1 V 0 1 V t 1 V 0 1 V 0 0 2l d gdzie: l - długość łóna d - średnica łóna V - udział objętościoy łóien ompozycie 0 - moduły sprężystości podłużnej osnoy i łóna ν 0 -moduł Poissona osnoy t - moduły sprężystości ompozytu ierunu zdłużnym i poprzecznym do łóien α 0 α - spółczynnii linioej rozszerzalności osnoy i łóien Do obliczeń yorzystano następujące łaściości badanych sładnió ompozytu: dla AlSi13Cu2 odleanych ciśnienioo = [1/K] =80 ciśn = dla łóien ęgloych = [1/K] =238 ciśn =158. W tabeli 1 zestaiono yliczone ielości potrzebne do obliczeń spółczynnió rozszerzalności linioej ompozytu i saźnió połączenia łóno-osnoa. Wynii tych obliczeń ( ze zoró 1-3) zestaiono tabeli 2. Tabela 1. Wielości użyte do obliczeń spółczynnia rozszerzalności linioej. Table 1. Values used in linear expansion coefficient calculation. Udział objętościoy WW% Wielości t x x 10-5 [1/K]

4 Współczynni połączenia omponentó T 229 Tabela 2. Wynii pomiaró spółczynnia rozszerzalności linioej ompozytó () i saźnia połączenia omponentó (T). Table 2 Result of measurements coefficient linear for expansion () and pointer of connection components (T). Kompozyt odleany Nagrzeanie Chłodzenie ciśnienioo AlSi13Cu2 - WW 5% 10% 15% 5% 10% 15% 10-5 [1/K] t 10-5 [1/K] [1/K] [1/K] T chłodzenie nagrzeanie Udział objętościoy łóien ęgloych % Rys. 1 Współczynni połączenia omponentó przy nagrzeaniu i chłodzeniu. Fig. 1 Coefficient of composite components bonding poer during heating and cooling.

5 PODSUMOWANI Zmiany artości saźnia połączenia przedstaiono na rys.1. Przy 5 i 10% udziale objętościoym WW dla nagrzeania i chłodzenia artości te maleją i śiadczy to o zroście siły połączenia łóno-osnoa. Dla 15% udziału objętościoego podczas chłodzenia artości saźnia rosną a to daje nam zmniejszenie siły połączenia tych łóien z osnoą. Natomiast dla tego samego udziału objętościoego ale podczas nagrzeania artości saźnia nie ulęgają ięszym zmianom a to analogicznie śiadczy o brau zmiany siły połączenia łóno-osnoa. LITRATURA [1] J. Kapuścińsi K. Puciłosi S. Wojciechosi : Kompozyty. Podstay projetoania i ytarzania Warszaa 1993 [2] L. J. Broutman R.H. Kroc: Composite Materials Academic Press Ne Yor 1974 [3] J. Śleziona: Podstay technologii ompozytó Wyd. Politechnii śląsiej 1998 [4] K. Konsztoicz.: Kompozyty zmacniane łónami. Srypt AGH Kraó 1986 [5] A. H. Greszczu: Polymer ngineering Composites ASP London 1977 VALUATION OF BONDING POWR BTWN TH CARBON FIBR AND ALSI13CU2 MATRIX IN PRSSUR DI CAST COMPOSITS. SUMMARY The coefficient of linear thermal expansion measurements results of AlSi13Cu2 matrix composites ith cut carbon fibres ere presented in this papier. Composites ere prepared by stirring liquid AlSi13Cu2 alloy ith 510 and 15% cut carbon fibres using impeller and then this composite suspensionas pressure die cast. The coefficicient of components banding as a measure of deviation of real linear thermal expansion coefficient from the theoretical value of this coefficient for examined composites as calculated. Incease of banding beteen the carbon fibre and composite matrix ith fibre volume fraction increasing to about 10% as found. At the higher volume fraction of carbon fibres in composites improving in adhesive force o f components as not observed. Recenzoał Prof. Józef Śleziona