OTRZYMYWANIE AMCs W POŁĄCZONYCH PROCESACH ODLEWANIA I METALURGII PROSZKÓW



Podobne dokumenty
ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

STRUKTURA HETEROFAZOWYCH ALUMINIOWYCH ODLEWÓW KOMPOZYTOWYCH ZAWIERAJĄCYCH WĘGLIKI CHROMU I TYTANU

ZASTOSOWANIE ZŁOŻONYCH TLENKÓW DO WYTWARZANIA DYSPERSYJNYCH FAZ ZBROJĄCYCH W STOPACH ALUMINIUM

WYKORZYSTANIE METODY ZAWIESINOWEJ W PROCESIE WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW IN SITU W UKŁADZIE ALUMINIUM TLENEK ŻELAZO-TYTANU

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

KOMPOZYTY Z METALICZNĄ OSNOWĄ I DYSPERSYJNYM WZMOCNIENIEM WYTWARZANE W POŁĄCZONYCH PROCESACH IN I EX SITU

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

KRYSTALIZACJA KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU ZAWIESINOWEGO AlSi11/CZĄSTKI 1H18N9T

ANALIZA PROCESU KRZEPNIĘCIA KOMPOZYTU HETEROFAZOWEGO

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

STRUKTURA KOMPOZYTÓW WYTWARZANYCH METODĄ PRASOWANIA PROSZKÓW Al-Al2O3-Al3Fe-Al3Ti

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW RODZAJU FAZY WZMACNIAJĄCEJ NA NAPRĘŻENIE PŁYNIĘCIA PLASTYCZNEGO WYBRANYCH KOMPOZYTÓW MMCs O OSNOWIE ALUMINIOWEJ

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

NATRYSKIWANE CIEPLNIE PŁOMIENIOWO KOMPOZYTOWE POWŁOKI ZAWIERAJĄCE WĘGLIKI CHROMU, TYTANU I WOLFRAMU

NOWE ODLEWNICZE STOPY Mg-Al-RE

STRUKTURA STREFOWA KOMPOZYTÓW AK12-Al2O3 I AK12-SiC KSZTAŁTOWANA W PROCESIE ODLEWANIA ODŚRODKOWEGO

III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014

KRYSTALIZACJA KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH ZBROJONYCH SiC

EFEKT KIRKENDALLA-FRENKLA W KOMPOZYTACH ALUMINIOWYCH Z CZĄSTKAMI ALUMINIDKÓW NIKLU

KRYSTALIZACJA, STRUKTURA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNE STOPÓW I KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

Rok akademicki: 2017/2018 Kod: NIM MM-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Materiałoznawstwo metali nieżelaznych

MODEL ZUŻYCIA TRIBOLOGICZNEGO ODLEWANYCH KOMPOZYTÓW STOP ALUMINIUM CZĄSTKI CERAMICZNE PRACUJĄCYCH W WARUNKACH TARCIA TECHNICZNIE SUCHEGO

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA TECHNIK PRÓŻNIOWYCH DO PODNOSZENIA JAKOŚCI ZAWIESIN KOMPOZYTOWYCH

MOŻLIWOŚCI WYSTĄPIENIA WAD ODLEWÓW Z METALOWYCH KOMPOZYTÓW W OBSZARZE POŁĄCZENIA METAL OSNOWY-ZBROJENIE. K. GAWDZIŃSKA 1 Akademia Morska w Szczecinie

ODLEWANY KOMPOZYT ALUMINIOWY IN SITU UMACNIANY CZĄSTKAMI BORKÓW TYTANU

ZAŁĄCZNIK 2 AUTOREFERAT w języku polskim dr inż. Anna Janina Dolata Politechnika Śląska Katowice, listopad 2016

KOMPOZYTY ZBROJONE FAZAMI MIĘDZYMETALICZNYMI WYTWARZANE METODĄ IN SITU Z WYKORZYSTANIEM FeO TiO2

ZMIANY STRUKTURALNE WYSTĘPUJĄCE PODCZAS WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW GRE3 - SiC P

MIKROSTRUKTURA ODLEWNICZYCH STOPÓW MAGNEZU WZMACNIANYCH CZĄSTKAMI AL 2 O 3

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

WŁAŚCIWOŚCI ODLEWNICZE ZAWIESIN KOMPOZYTOWYCH AlSi-SiC

KOMPOZYTY Ag CZĄSTKI CERAMICZNE OTRZYMYWANE TECHNOLOGIAMI CIEKŁOFAZOWYMI

STRUKTURA KOMPOZYTÓW Al-(TiB2+Al2O3)P WYTWARZANYCH METODĄ IN SITU

ODLEWNICZY STOP MAGNEZU ELEKTRON 21 STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI W STANIE LANYM

WYTWARZANIE I KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY KOMPOZYTOWYCH ODLEWÓW ALUMINIOWYCH O ZAŁOŻONYM ROZMIESZCZENIU ZBROJENIA

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

MORFOLOGIA I SEGREGACJA FAZY WZMACNIAJĄCEJ W ODLEWANYM KOMPOZYCIE AlSi-CrFeC

Adres do korespondencji:

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

ZASTOSOWANIE MECHANICZNEGO MIELENIA DO WYTWARZANIA MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH. ul. Konarskiego 18a, Gliwice

WYSOKOWYTRZYMAŁ Y SILUMIN CYNKOWO-MIEDZIOWY

WYBRANE WŁASNOŚCI KOMPOZYTU ALUMINIUM-CZĄSTKI WĘGLIKA KRZEMU OTRZYMANEGO PRZEZ WYCISKANIE WYPRASEK Z PROSZKU

MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ FeAl Z DODATKIEM 2 I 10% OBJ. Al2O3

KOMPOZYTOWE PROSZKI NiCr-CrxCy OTRZYMYWANE W PROCESIE AKTYWOWANEJ WYSOKOTEMPERATUROWEJ SYNTEZY

WADY ZBROJENIA W ODLEWANYCH METALOWYCH MATERIAŁACH KOMPOZYTOWYCH

KOMPOZYTY O OSNOWIE METALOWEJ ZAWIERAJĄCE CZĄSTKI WĘGLA SZKLISTEGO WYKORZYSTANE DO PRACY W WARUNKACH TARCIA

MIKROSTRUKTURA ODLEWNICZEGO STOPU MAGNEZU GA8

GRANICE MIĘDZYFAZOWE OSNOWA-CZĄSTKA WZMACNIAJĄCA W WYBRANYCH KOMPOZYTACH IN SITU I EX SITU

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała

NOWE, ODPORNE NA ŚCIERANIE MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH Z UKŁADU Fe Al OTRZYMYWANE W PROCESIE METALURGII PROSZKÓW

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

BADANIE MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE ALUMINIUM ZBROJONYCH CZĄSTKAMI SiO 2

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

CHARAKTERYSTYKA KRZEPNIĘCIA KOMPOZYTÓW O OSNOWIE ALUMINIUM ZBROJONYCH CZĄSTKAMI CERAMICZNYMI

WPŁYW PARAMETRÓW ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO NA STRUKTURĘ i WŁAŚCIWOŚCI STOPU MAGNEZU AM50

LISTA PUBLIKACJI PAKIETU BADAWCZEGO KCM 1

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

BADANIE WYPEŁNIANIA WNĘKI FORMY CIŚNIENIOWEJ SUSPENSJĄ KOMPOZYTOWĄ

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Dr inż. Paulina Indyka

ODLEWANE KOMPOZYTY ALUMINIOWE Z FAZAMI AZOTKOWYMI

STRUKTURA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni-P/Si3N4 WYTWARZANYCH METODĄ CHEMICZNĄ

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

STRUKTURA I WYBRANE WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH O OSNOWIE STOPU EN AW6061 WZMACNIANYCH CZĄSTKAMI FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH Ti3Al

WPŁYW WIELKOŚCI I UDZIAŁU ZBROJENIA NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW AK12-WĘGIEL SZKLISTY

NATRYSKIWANE CIEPLNIE POWŁOKI OCHRONNE STOSOWANE W OCHRONIE PRZED PROCESAMI KOROZYJNYMI.

OCENA PRZYDATNOŚCI OSNOWY Z RÓŻNYCH STOPÓW MAGNEZU W KOMPOZYCIE UMACNIANYM CZĄSTKAMI SiC

BADANIE I ANALIZA METODĄ LOGIKI ROZMYTEJ PARAMETRÓW PROCESU MIESZANIA POD KĄTEM POPRAWY WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW

STRUKTURA STREFY POŁĄCZENIA CZĄSTKA ZBROJĄCA-OSNOWA METALOWA W KOMPOZYCIE STOP AK64/GRAFIT

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POWŁOK KOMPOZYTOWYCH Ni-P-Al 2 O 3 WYTWORZONYCH METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ

MODYFIKACJA STOPU AK64

WPŁYW TEMPERATURY SPIEKANIA NA MECHANIZM DEKOHEZJI KOMPOZYTU Al-(Al2O3)p

OCENA KRYSTALIZACJI STALIWA METODĄ ATD

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

WYTWARZANIE ODLEWÓW KOMPOZYTOWYCH METODĄ PNEUMATYCZNEGO OSADZANIAANIA ELEMENTÓW ZBROJĄCYCH W OSNOWIE KOMPOZYTU

KRZEPNIĘCIE SUSPENSJI KOMPOZYTOWEJ AlMg10+SiC PODCZAS WYPEŁNIANIA WNĘKI FORMY

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

BADANIA DYFRAKCYJNE WARSTWY ALFINOWANEJ NA STOPACH ŻELAZA

SPIEKANE KOMPOZYTY NA OSNOWIE MIEDZI ZAWIERAJĄCE FAZY MIĘDZYMETALICZNE ALUMINIOWO-śELAZOWE

ZMIANY MIKROSTRUKTURY I WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW W STALIWIE Cr-Ni PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

Nowoczesne materiały kompozytowe zastępujące tradycyjne materiały odlewnicze

WYBRANE WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW ALUMINIUM-CZĄSTKI WĘGLIKA KRZEMU OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW W PROCESIE KUCIA NA GORĄCO I PO ODKSZTAŁCANIU NA ZIMNO

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Transkrypt:

KOMPOZYTY (COMPOSITES) 6(2006)1 Anna Dolata-Grosz 1 Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice Bolesław Formanek 2 Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Nauki o Materiałach, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice Józef Śleziona 3 Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice OTRZYMYWANIE AMCs W POŁĄCZONYCH PROCESACH ODLEWANIA I METALURGII PROSZKÓW Przedstawiono koncepcję materiałowo-technologiczną otrzymywania i strukturę wybranych wielofazowych kompozytów aluminiowych wytworzonych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków. Strukturę stopów aluminium modyfikowano mieszaninami proszków kompozytowych, które w reakcji z aluminium umacniały osnowę fazami międzymetalicznymi i ceramicznymi. Jako nośnik faz zbrojących wykorzystano reaktywne proszki kompozytowe uzyskane w procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS). Morfologię i skład fazowy stosowanych proszków pokazano na rysunkach 1-4. Stosując metodę odlewniczą (mechanicznego mieszani, wytworzono kompozyty z heterofazowym umocnieniem w złożonych, reaktywnych układach: Al/FeAl-TiAl-Al 2O 3, Al/FeAl 3-TiC-Al 2O 3, Al/NiCr-Cr 3C 2-TiC oraz Al/Fe(Cu)-TiC. Strukturę kompozytów scharakteryzowano metodami mikroskopii świetlnej i skaningowej, a skład fazowy i chemiczny umocnienia określono metodami dyfrakcji oraz spektroskopii rentgenowskiej. Otrzymane wyniki badań przedstawiono na rysunkach 5-8. Uzyskane odlewy charakteryzowały się złożoną strukturą faz o różnej morfologii i składzie chemicznym. Przeprowadzone badania wykazały, że połączenie procesów odlewania i wprowadzenia kompozytowego proszku o zadanym składzie chemicznym jest efektywnym procesem wytwarzania kompozytów hybrydowych o zadanym wielofazowym umocnieniu i dyspersyjnej strukturze. Słowa kluczowe: kompozyty odlewane, proszki kompozytowe, kompozyty in situ, stopy aluminium OBTAINING OF AMCs IN COMBINED CASTING AND POWDER METALLURGY PROCESSES Aluminium matrix composites (AMCs) have found applications in the aerospace, military, and especially in the automotive industries. The literature review showed that the most of studies were concentrated on an aluminium matrix composites with SiC and Al 2O 3 hard particles reinforcement. During recent years, the articles appeared concerning capability fabricate and employment of other, dispersion reinforcing particles like: TiC, ZrC, B 4C, Cr 3C 2 or TiB 2 and intermetallic phases. The basic technologies used for manufacturing of these in situ composites are powder metallurgy methods (P/M) and casting techniques. These composites are characterized by high thermodynamic stability which counteracts the chemical reactions at the matrix/reinforcing particle border, and reduces the structure degradation during work at elevated temperatures. This paper presents the material and technological concepts related to obtaining selected multiphase aluminium composites produced in combined casting and powder metallurgy processes and their structures. The structure of aluminium alloys was modified with composite powder mixtures which in a reaction with aluminium reinforced the matrix with intermetallic and ceramic phases. As a carrier of reinforcing phases, reactive composite powders were used, obtained in a self-propagating high-temperature synthesis (SHS). The morphology and phase composition of the powders applied are shown in Figures 1-4. By applying a casting method (mechanical stirring), composites with heterophase reinforcement were fabricated, in complex reactive systems: Al/FeAl-TiAl-Al 2O 3, Al/FeAl 3-TiC-Al 2O 3, Al/NiCr-Cr 3C 2-TiC and Al/Fe(Cu)-TiC. The structure of the composites was characterized by means of light and scanning microscopy methods, and the phase and chemical compositions of the reinforcement were identified by diffraction and X-ray spectroscopy methods. The examination results are presented in Figures 5-8. The casts obtained were characterized by complex phase structures of different morphologies and chemical compositions. The research carried out has shown that a combination of casting and introducing a composite powder of a defined chemical composition is an effective process which enables the production of hybrid composites of defined multiphase reinforcement and a dispersion structure. Keywords: cast composites, composite powders, in situ composites, aluminium alloys WPROWADZENIE Rosnące wymagania przemysłu, szczególnie motoryzacyjnego, maszynowego i lotniczego, wymuszają stosowanie materiałów o coraz to wyższych wskaźnikach wytrzymałościowych, mechanicznych, trybologicznych, a także cieplnych przy zachowaniu stabilności wymiarów i stosunkowo niskiej masy właściwej wyrobów, głównie na elementy części maszyn i silników spalinowych. Wzrost powyższych parametrów, w odlewach kompozytowych na osnowie aluminium i jego stopów, jest wprost proporcjonalny do rosnącego 1, 2 dr inż., 3 prof. dr hab inż.

Otrzymywanie AMCs w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków 9 udziału objętościowego cząstek zbrojących i odwrotnie proporcjonalny do ich rozmiaru [1-3]. Z kolei wraz ze wzrostem udziału objętościowego zbrojenia - powyżej 15 20% - wzrasta znacznie lepkość zawiesiny kompozytowej. Powoduje to obniżenie jej właściwości odlewniczych, przede wszystkim lejności, a w konsekwencji uniemożliwia odlanie kompozytu do formy. Ponadto wprowadzenie cząstek dyspersyjnych o wielkościach poniżej 10 μm lub nanometrycznych nie jest możliwe do zrealizowania z punktu widzenia klasycznej metody zawiesinowej [1]. Z analizy danych literaturowych i stanu wiedzy w zakresie wytwarzania odlewanych kompozytów z osnową aluminiową wynika, że: 1. Opracowane i wdrożone zostały kompozytowe odlewy z umocnieniem w postaci cząstek SiC i Al 2 O 3 o zróżnicowanym składzie ziarnowym [1-3]. Odlewane kompozyty otrzymywane były z wykorzystaniem znanych metod odlewania grawitacyjnego, z mieszaniem kąpieli aluminiowej (stir casting) i prasowania ciekłego metalu (squeeze casting) [1-5]. Potwierdzone i określone zostały wysokie właściwości trybologiczne omawianych kompozytów zarówno w testach zużycia ściernego, abrazyjnego, jak i erozyjnego [6, 7]. Ich właściwości fizykochemiczne zostały wykorzystane w określonych węzłach tarcia i skojarzeniach ciernych [6]. Do wytworzenia kompozytów tzw. ex-situ zostały dobrane urządzenia, oprzyrządowanie i sposoby preparacji powierzchni zbrojenia dla poprawy ich zwilżalności przez ciekłe stopy aluminium [1-5, 8]. 2. Kompozyty in situ wytwarzane są przez wprowadzenie do kąpieli stopu aluminium cząstek o zróżnicowanym składzie chemicznym i fazowym, np.: TiC, TiB 2, B 4 C, TiO 2, TiAl, Ni 3 Al [9-12]. Zaletą procesu jest możliwość wytwarzania kompozytów charakteryzujących się wielofazowym umocnieniem o zróżnicowanej dyspersji. Problemem technologicznym jest otrzymywanie kompozytów odlewanych, zawierających nanostrukturalne, wielofazowe zbrojenie. Koncepcja materiałowo-technologiczna przyjęta przez autorów artykułu, polegająca na połączeniu metody odlewniczej i metalurgii proszków, stanowi rozwiązanie dla wymienionych przeszkód i ograniczeń (udział objętościowy i wielkość cząstek) w zastosowaniu znanych i ekonomicznych metod zawiesinowych, do wytwarzania nowoczesnych, heterofazowych materiałów kompozytowych z dyspersyjnym umocnieniem [13-20]. Rozwiązania te dotyczą zarówno poszczególnych etapów technologicznych, jak i strukturalnych, dając możliwość uzyskania korzystnych właściwości użytkowych wytwarzanych kompozytów [19, 21]. CEL I ZAKRES BADAŃ Celem zrealizowanych badań było określenie parametrów technologicznych wytwarzania oraz struktury heterofazowych aluminiowych odlewów kompozytowych zawierających dyspersyjne umocnienie w postaci faz międzymetalicznych i ceramicznych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków. Zakres badań obejmował: określenie struktury i składu fazowego stosowanych proszków kompozytowych, wytworzenie heterofazowych odlewów kompozytowych na osnowie stopów aluminium umacnianych fazami międzymetalicznymi i ceramicznymi, określenie struktury i składu fazowego kompozytów wytworzonych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków. Ciekłą osnowę stanowiły stopy aluminium z magnezem (AlMg2, AlMg10), do której wprowadzono kompozytowe proszki o granulacji 20 45 µm, zawierające fazy węglików chromu oraz tytanu z osnową nichromową lub aluminidki żelaza i tytanu. Założono, że cykl zaplanowanych badań powinien dostarczyć informacji o zmianach zachodzących w strukturze i składzie fazowym stopów aluminium w reakcji z proszkami kompozytowymi, wytworzonymi w procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej. STOSOWANE PROSZKI KOMPOZYTOWE I METODYKA BADAŃ Do modyfikacji struktury stopów aluminium zastosowano reaktywne proszki kompozytowe, zawierające fazy międzymetaliczne z układów AlFe, AlTi, a także cząstki ceramiczne: tlenek aluminium oraz węgliki tytanu i chromu. Proszki kompozytowe otrzymano w procesie samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) [22, 23]. Skład fazowy oraz morfologię proszków stosowanych jako nośnik umocnienia osnowy pokazano na rysunkach 1-4. Proszki kompozytowe, o znanej morfologii i składzie fazowym, wprowadzono do mieszanego mechanicznie ciekłego aluminium w zakresie temperatur 720 740 C [15-18, 20]. Uzyskaną zawiesinę kompozytową mieszano w czasie 10 minut i odlewano do formy grafitowej. W ten sposób wytworzono odlewy, a następnie pobrano materiał do badań strukturalnych. Sposób wytwarzania heterofazowych zawiesin kompozytowych przedstawiono m.in. w publikacjach [14-20]. Strukturę proszków oraz odlewów kompozytowych obserwowano na zgładach metalograficznych na mikroskopie optycznym Reichert MF2. Wybrane zgłady analizowano na mikroskopie skaningowym Hitachi

10 A. Dolata-Grosz, B. Formanek, J. Śleziona z wyposażeniem EDX w systemie Voyager firmy

Otrzymywanie AMCs w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków 11 Rys. 1. Dyfraktogram ( i morfologia ( proszku kompozytowego FeAl-TiAl-Al 2O 3 stosowanego do modyfikacji osnowy, SEM Fig. 1. The diffraction pattern ( and morphology ( FeAl-TiAl-Al 2O 3 of composite powder used for the matrix modification, SEM Rys. 2. Dyfraktogram ( i morfologia ( proszku kompozytowego FeAl 3-TiC-Al 2O 3 stosowanego do modyfikacji osnowy, SEM Fig. 2. The diffraction pattern ( and morphology ( of FeAl 3-TiC-Al 2O 3 composite powder used for the matrix modification, SEM Rys. 3. Dyfraktogram ( i morfologia ( proszku kompozytowego Fe(Cu)-TiC stosowanego do modyfikacji osnowy, SEM Fig. 3. The diffraction pattern ( and morphology ( of Fe(Cu)-TiC composite powder used for the matrix modification, SEM Norton. Ilościową i jakościową analizę fazową wykonano metodą dyfrakcji promieni rentgenowskich na polikryształach. Badania wykonano na dyfraktometrze JDX-7S produkcji japońskiej firmy JEOL, posiadającym pionowy układ ogniskowania. Źródłem promieniowania była lampa z anodą miedzianą, zasilana stałym napię-

12 A. Dolata-Grosz, B. Formanek, J. Śleziona Intensity 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 Cr 3C 2 TiC Cr Ni 30,0 20,0 10,0 0,0 10 15 20 25 Theta 30 35 40 45 Rys. 4. Dyfraktogram ( i morfologia ( proszku kompozytowego NiCr-Cr 3C 2-TiC stosowanego do modyfikacji osnowy, SEM Fig. 4. The diffraction pattern ( and morphology ( of NiCr-Cr 3C 2-TiC composite powder used for the matrix modification, SEM ciem 40 kv przy prądzie 20 ma. Monochromatyzacji wiązki dokonano na monochromatorze grafitowym. Zakres oraz stałą czasową integratora dobrano tak, aby uzyskać maksymalne wyodrębnienie linii dyfrakcyjnych z tła. Identyfikację fazową wykonano przy wspomaganiu programem komputerowym PCSIWIN, wykorzystującym bazę danych w postaci kartoteki JCPDS- International Centre for Diffraction Data 2000. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Dyspersyjną, wielofazową strukturę i skład fazowy wybranych aluminiowych odlewów kompozytowych otrzymanych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków przedstawiono na rysunkach 5-8. Zgodnie z założeniami oraz na podstawie uprzednio wykonanej analizy termicznej, a także termicznej analizy różnicowej umocnienie osnowy AlMg2, dla której zastosowano proszki kompozytowe zawierające aluminidki żelaza, tytanu oraz cząstki tlenku aluminium można zapisać następującą reakcją [16]: FeAl + TiAl + Al 2 O 3 + (x + 4) Al FeAl 3 + TiAl 3 + Al 2 O 3 + x Al (1) Z kolei dla kompozytów wytworzonych poprzez wprowadzenie syntezowanego proszku z fazami z układu AlFe oraz cząstkami ceramicznymi w postaci węglika tytanu i tlenku aluminium reakcję powstawania faz umacniających można zapisać jako FeAl + TiC + Al 2 O 3 + (x + 2) Al FeAl 3 + TiC + Al 2 O 3 + x Al (2) Uzyskane odlewy charakteryzowały się dyspersyjną strukturą o założonym składzie chemicznym i fazowym. Na podstawie przeprowadzonych badań strukturalnych (rys. 5) oraz analizy rentgenowskiej (rys. 5a, c) potwierdzono występowanie umocnienia osnowy aluminiowej fazami międzymetalicznymi i ceramicznymi, które były w korelacji z granulacją i składem fazowym stosowanych proszków kompozytowych. W badaniach własnych do modyfikacji stopu aluminium z 2% zawartością magnezu zastosowano również proszek kompozytowy zawierający obok cząstek węglika tytanu także żelazo i niewielkie ilości miedzi. Reakcję w omawianym układzie komponentów można zapisać jako 13Al + Fe(Cu) + TiC Al 13 Fe 4 + TiC + Al (3) Na podstawie analizy rentgenowskiej obecności fazy Al 13 Fe 4 i intensywności kolejnych pików dla układu Al/Fe(Cu)-TiC, przedstawionej na rysunku 6, nie stwierdzono zmian struktury w kolejnych procesach przetapiania. Zaobserwowano znaczne zróżnicowanie morfologii fazy zidentyfikowanej jako AlFe. Wewnątrz dużych wydzieleń fazy AlFe stwierdzono występowanie dyspersyjnych cząstek węglika tytanu, co powiązane jest z metodą wytwarzania proszków i krystalizacją tej fazy podczas procesu wytwarzania kompozytu. Rozmiar drobnych cząstek, twardej fazy węglikowej (TiC) często nie przekraczał wielkości 1 µm (rys. 7) [20]. Realizując badania, określające wpływ rodzaju osnowy i zbrojenia na strukturę i skład fazowy umocnienia, zaobserwowano i potwierdzono, że wprowadzenie do stopu AlMg10 proszku NiCr-Cr 3 C 3 -TiC zmienia skład fazowy umocnienia z powstaniem faz międzymetalicznych z aluminium oraz węglikiem aluminium Al 4 C 3 [15, 18]. Strukturę i skład fazowy stopu AlMg10 z 10% udziałem wagowym umocnienia po trzecim procesie wytwarzania przedstawiono na rysunku 8. Analizując strukturę i skład fazowy kompozytu po kolejnych procesach obniżających zawartość umocnienia od 30 do 10% wag. zaobserwowano, że na dyfraktogramach zanikają piki faz węglików chromu i tytanu

Otrzymywanie AMCs w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków 13 (rys. 8. Prawdopodobną reakcję proszku kompozytowego, zawierającego węgliki chromu i tytanu w osno-

14 A. Dolata-Grosz, B. Formanek, J. Śleziona I c) d) II Rys. 5. Skład fazowy (a, c) i struktura (b, d) kompozytowych odlewów otrzymanych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków: I) Al/FeAl-TiAl-Al 2O 3, II) Al/FeAl 3-TiC-Al 2O 3 Fig. 5. Phase composition (a, c) and structure (b, d) of composite casts obtained in combined casting and powder metallurgy process: I) A/FeAl-TiAl-- Al 2O 3, II) Al/FeAl 3-TiC-Al 2O 3 Zliczenia 2500 2000 1500 1000 Al TiC Al13Fe4 500 0 20 30 40 50 60 70 80 90 2Θ Rys. 6. Skład fazowy kompozytowych odlewów Al/Fe(Cu)-TiC otrzymanych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków Fig. 6. Phase composition of Al/Fe(Cu)-TiC composite casts obtained in combined casting and powder metallurgy process

Otrzymywanie AMCs w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków 15 wie NiCr ze stopem AlMg10 można zapisać wzorem (4), w którym produkty reakcji wynikają bezpośrednio z analizy składu fazowego, jaką wykonano na podstawie dyfraktogramu przedstawionego na rysunku 8 (x + 10)Al + NiCr-Cr 3 C 2 -TiC xal + Al 4 C 3 + Al 5 Cr +AlNi (4) Analiza rentgenowska składu fazowego odlewów, której szczegółowe wyniki przedstawiono w [17, 18], wskazuje na małą odporność korozyjną węglika tytanu w stopie AlMg10 i jego przemianę do fazy AlTi. Powstałe w procesie rozpuszczania wydzielenia, większe od wielkości ziaren węglika chromu w proszku kompozytowym, są fazami typu Al 5 Cr i Al 2 Cr (rys. 8. Z kolei wiążąca osnowa NiCr w kompozytowym proszku jest reaktywna w roztopionym aluminium, powoduje destrukcję jego kształtu oraz powstanie faz typu AlNi (rys. 8a,. Wytworzone kompozytowe odlewy z hybrydowym umocnieniem mogą być efektywnym półwyrobem dla procesu odlewania odśrodkowego [13, 18, 21]. Jednak podczas wytwarzania kompozytów, przede wszystkim w rozważaniach nad doborem parametrów dla poszczególnych procesów technologicznych oraz dla określenia ich struktury, należy mieć na uwadze procesy krystalizacji i krzepnięcia zawiesiny kompozytowej [24]. PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania wykazały, że połączenie procesów odlewania i wprowadzania kompozytowego proszku o zadanym składzie chemicznym jest efektywnym procesem wytwarzania hybrydowych kompozytów o zadanym wielofazowym umocnieniu. Zagadnienie wytwarzania kompozytów in situ o dyspersyjnej strukturze z hybrydowym umocnieniem Rys. 7. Struktura kompozytowych odlewów Al/Fe(Cu)-TiC otrzymanych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków: OM, SEM Fig. 7. Structure of Al/Fe(Cu)-TiC composite casts obtained in combined casting and powder metallurgy process: OM, SEM 5000 4000 3000 Intensity 2000 Al Al4C3 Al5Cr AlNi 1000 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 2Theta Rys. 8. Skład fazowy ( i struktura ( kompozytowych odlewów AlMg10/NiCr-Cr 3C 2-TiC otrzymanych w połączonych procesach odlewania i metalurgii proszków Fig. 8. Phase composition ( and structure ( of AlMg10/NiCr-Cr 3C 2-TiC composite casts obtained in combined casting and powder metallurgy process

16 A. Dolata-Grosz, B. Formanek, J. Śleziona jest złożonym zagadnieniem technologicznym i materiałowym realizowanym w pracach naukowo-badawczych nad polepszeniem właściwości trybologicznych i mechanicznych oraz określeniem zakresu ich aplikacji [13]. Przedstawione wyniki badań są częścią szerszego programu badawczego ujmującego wpływ rodzaju umocnienia i jego składu fazowego na strukturę i właściwości odlewanych, heterofazowych kompozytów z osnową aluminiową [13-20]. Praca naukowa finansowana ze środków budżetowych na naukę w latach 2005-2007, projekt badawczy KBN 3 T08D 024 28. LITERATURA [1] Śleziona J., Kształtowanie właściwości kompozytów stop Al-cząstki ceramiczne wytwarzanych metodami odlewniczymi, ZN Politechniki Śląskiej, Hutnictwo 47, Gliwice 1994. [2] Hashim J., Looney L., Hashim M.S.J: Metal matrix composites: production by the stir casting method, Journal of Material Processing Technology 1999, 92-93, 1-7. [3] Skibo M.D., Schuster M., US Patent No. 4 759 995, 26 July,1988. [4] Górny Z., Sobczak J., Metal matrix composites fabricated by the squeeze casting process, Transactions of the Foundry Research Institute 1995, 42, 1995. [5] Kaczmar J.W., Pietrzak K., Włosiński W., The production and application of metal matrix composite materials, Journal of Material Processing Technology 2000, 106, 58-67. [6] Posmyk A., Śleziona J., Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Reibungs - und Schmierungsverthalten von Aluminium - legierungen mit einem verstärkten Oberflächenbereich, Technische Akademie Esslingen, 12 th International Colloquium, January 11-13 2000, Tribology 2000 - Plus. [7] Wieczorek J., Śleziona J., Myalski J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Zużycie i struktura powierzchni po współpracy w warunkach tarcia technicznie suchego w kompozytach AK12-cząstki ceramiczne, Kompozyty (Composites) 2003 3, 6, 131-135. [8] Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dytkowicz A., Wieczorek J., The effect of Al 2O 3 and SiC particles preparation on quality of the metal-ceramic suspension, IV International Conference, Surface Phenomena in Foundry Processes, 1998, 263-271. [9] Lakshmi S., Lu L., Gupta M., In situ preparation of TiB2 reinforced Al based composites, Journal of Materials Processing Technology 1998, 73, 160-166. [10] Fraś E., Janas A., Kolbus A., Odlewany kompozyt aluminiowy in situ umacniany cząstkami borków tytanu, Kompozyty (Composites) 2002, 1, 1, 23-27. [11] Fraś E., Janas A., Wierzbiński S., Kolbus A., Odlewane aluminiowe kompozyty in situ umacniane węglikami tytanu, IV Międzynarod. Konf. Nauk. Zapewnienie jakości w odlewnictwie 2000, Krzepnięcie Metali i Stopów PAN, 2000, 2, 43, 167-176. [12] Zyska A., Braszczyńska-Malik K.N., Structure of the Al- -(TiB 2 + Al 2O 3)p composites produced by in situ method, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 11, 336-340. [13] KBN nr 3T08D02428: Kształtowanie funkcjonalnej, warstwowej struktury odlewów kompozytowych zawierających zbrojenie heterofazowe. [14] Dolata-Grosz A., Śleziona J., Wieczorek J., Formanek B., Struktura odlewów odśrodkowych w kompozytach Al- -FeO TiO 2, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 10, 164-169. [15] Dolata-Grosz A., Formanek B., Śleziona J., Wieczorek J., Aluminium hybrid composites reinforced with intermetallic and ceramic phases, Archives of Foundry 2004, 4/14, 126-131. [16] Dolata-Grosz A., Formanek B., Śleziona J., Wieczorek J., Al- FeAl-TiAl-Al 2O 3 composite with hybrid reinforcement, Journal of Materials Processing Technology 2005, 162-163, 33-38. [17] Dolata-Grosz A., Formanek B., Śleziona J., Aluminium matrix cast composites (AlMCCs) with hybrid reinforcement, Archive of Foundry 2005, 5/15, 70-78. [18] Dolata-Grosz A., Formanek B., Śleziona J., Wieczorek J., Struktura heterofazowych aluminiowych odlewów kompozytowych zawierających węgliki chromu i tytanu, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 81-85. [19] Myalski J., Wieczorek J., Dolata-Grosz A., Tribological properties of heterophase composites with an aluminium matrix, CAM3S 2005, Zakopane, Book of abstract, 1.128, 50. [20] Dolata-Grosz A., Formanek B., Wieczorek J., Cast aluminium with Fe-Cu-TiC composite powder reinforcement, Journal of Materials Processing Technology 2006 (w druku). [21] Watanabe Y., Nakamura T., Microstructures and wear resistances of hybrid Al-(Al3Ti+Al3Ni) FGMs fabricated by a centrifugal method, Intermetallics 2001, 9, 33-43. [22] Formanek B., Jóźwiak S., Szczucka-Lasota B., Dolata- -Grosz A., Bojar Z., Intermetallic alloys with ceramic particles and technological concept for high loaded materials, Elsevier, Journal of Materials Processing Technology 2005, 162-163, 46-51. [23] KBN nr 4T08C00825: Kompozytowe materiały i powłoki natryskiwane cieplnie metodami naddźwiękowymi - HVOF i HVAF o wysokiej odporności na zużycie korozyjne i erozyjne. [24] Braszczyński J., Crystallization of metal matrix alloy in composites containing non-metallic particles, Materials Science and Engineering 1991, 135 A, 105-109. Recenzent Zbigniew Górny