 |
Kezdőlap-Home
Page |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
III. évfolyam 2. szám
[HUN] - Magyar cikk
|
Szilícium-karbid szemcsékkel erősített alumínium mátrixú kompozit porkohászati előállítása és vizsgálata
Tomolya
Kinga 1, Gácsi Zoltán 2, Tadeus Pieczonka3
BevezetésA dolgozatban leírt kutatómunka célja alumínium mátrixú SiC szemcsékkel erősített kompozitok (Al/SiC) előállítása és vizsgálata Az Al/SiC kompozit sok előnyös tulajdonságot hordoz, amit az alkalmazása során ki is tudnak használni. A tulajdonságok azonban az erősítés mértékétől függnek. Az 3. táblázat az Al/SiC kompozit tulajdonságait és felhasználási területeit foglalja össze.
3. táblázat
A darabjaink előállítási módszere a porkohászat. A porkohászat kiinduló alapját a különböző szemcsefinomságú porok alkotják, melyeket formába sajtolnak, és az összesajtolt testet nagyobb hőmérsékleten huzamosabb ideig izzítják. A porkohászati technológia segítségével előállított testek, amennyiben utólagos alakítást (kovácsolás, hengerlés, stb.) nem kapnak, akkor az illető fém sűrűségénél mindig kisebb sűrűségűek. Ennek oka, hogy ezekben a darabokban mindig maradnak kisebb-nagyobb mikroszkópikus lyukak. A porkohászati úton előállított testeknek ez a sajátsága előnyösen használható ki ott, ahol ilyen természetű porozitásra éppen szükség van. Ilyen módon állíthatók elő például az önkenő csapágyak [1].
Alkalmazott módszerKutatásaink célja a darabban előforduló porozitás csökkentése volt, hogy ezáltal érvényesülni tudjanak a felhasználás során szükséges előnyös tulajdonságok. A technológiának három fő lépése van: a porok sajtolásra való előkészítése, a porok sajtolása és a sajtolt darabok szinterelése. A porok sajtolásra való előkészítése több folyamatot foglal magába. Ezek közé tartozik a megfelelő típusú, és -méretű porok kiválasztása, ezek bemérése és keverése. A porok legalapvetőbb tulajdonsága az átlagos szemcsenagyság és a szemcsék nagyság szerinti megoszlása a porban, amelyek az anyag minőségén kívül elsősorban hatással vannak a készgyártmány kémiai-, fizikai-, mechanikai jellemzőire [2]. A sajtolás során az előkészített port a megfelelő alakot és méretet biztosító szerszámba öntik, és függőleges irányban egy- vagy két oldalról nyomótüskével nyomják össze. A porkeverékhez kenőanyagot adnak, amelynek feladata a préselés elősegítése, a porszemcsék közötti-, illetve a por és a szerszám közötti súrlódás csökkentése. A szinterelés során a darabot a fő alkotó olvadáspontja alatti hőmérsékleten huzamosabb ideig izzítják. Az izzítást védőatmoszférában végzik el, ami lehet vákuum, hidrogén, nitrogén. A hőmérséklet emelkedésével megindulnak a diffúziós folyamatok. A szemcsék sajtolás során létrejött adhéziós kapcsolata fémes, kristályszerű kapcsolatokká alakul át, majd a kristályok átnőnek az egyik szemcséből a másikba. Ezzel elmossák a porszemcsék közötti határvonalakat. Végül bekövetkezik az újrakristályosodás. A darabok porozitása a szinterelés során jelentősen csökken. Porkohászati előállítás során a fémporok szemcsenagyságának, a sajtoló nyomásnak, a zsugorítás hőmérsékletének megválasztásával a készgyártmány porozitását a tömör anyagtól egészen 70 %-nyi porozitásig szabályozhatjuk. A felhasznált anyag minőségétől, az előbb említett gyártási feltételektől függően, kívánság szerint fizikai-, mechanikai tulajdonságok állíthatók be és ezzel különleges felhasználási lehetőségeket érhetünk el [2]. Az általunk alkalmazott porkohászati paramétereket a 4. táblázat tartalmazza.
4. táblázat
A méréseinkhez készült próbadarabok előállítása során változtatott paraméterek:
Mérések, vizsgálatokA próbák vizsgálata már a szinterelés során elkezdődött, amikor dilatométeres felvételeket készítettünk a darabok hőkezelés közbeni viselkedéséről. Ezt követően sűrűség-, majd képelemzővel végzett porozitás mérés történt. Végül a próbák keménységét mértük meg.
Dilatométeres vizsgálatokDilatométeres mérés alatt a próbadarabhoz egy kvarccsövet rögzítünk, aminek a feladata, hogy a darab méretváltozását a berendezésnek közvetítse. A dilatációs mérések segítségével megkapjuk izotermás méréseknél a nyúlási-összehúzódási diagramot az idő függvényében, ha meghatározott időközönként leolvassuk a próbadarab tágulását. Az egyes szinterelési szakaszokban végbemenő folyamatoknak köszönhetően a próbatestek méretváltozása tapasztalható. Az izotermás dilatométeres görbéken ezeket a méretváltozásokat tudjuk nyomon követni az idő függvényében.
Sűrűségmérés piknométeres módszerrelA darabok sűrűségét piknométeres módszerrel mértük meg. A piknométer egy néhány cm3 térfogatú üvegedény, melynek dugója vékony kapillárisban folytatódik, azért, hogy folyadékkal pontosan azonos térfogatra tudjuk feltölteni. A sűrűség meghatározásához egy ismert sűrűségű folyadékra van szükség. A mérés során a következő tömegeket kell analitikai mérlegen lemérni:
A folyadék sűrűségét ismerve a darab sűrűsége a következő képlettel számolható:
A sűrűség értékekből következtethetünk az anyagban lévő porozitás mértékére. A porozitás az anyagban lévő nyitott- és zárt pórusok összessége. Minél kompaktabb az anyag, minél kevesebb porozitás van benne, annál nagyobb a sűrűsége. Ha a mért sűrűségi értékeket az elméleti sűrűségi értékekhez viszonyítjuk, akkor megkapjuk a porozitás nagyságát.
Porozitás mérés képelemzővelA porozitás mérését Quantimet 570C típusú képelemző segítségével próbadarabokon 15-15 látótérben mértük. A mikroszkópos képek rögzítését követően, a jól látható porozitás detektálása, majd mérés elvégzése következett. Az alkalmazott nagyítás: 180 x.
KeménységmérésVickers-keménységmérést alkalmaztunk a darabok keménységének megmérésére. Ennek során egy 136o-os csúcsszögű gyémántgúlát F (N) terhelőerővel nyomtunk a vizsgált test felületébe, majd a benyomódási felület nagyságából meghatároztuk a keménységet [3]. A keménységet Reichert Brivisor típusú keménységmérő berendezéssel mértük meg. Minden darabon azonos paramétereket alkalmaztunk: terhelőerő 5 N, a terhelés időtartalma 10 s.
Mérési eredményekA porozitás jellemzésének mérési eredményeit az 1., és a 2. ábrák diagramjain szemléltettük. Az ábrákon a zsugorodás, a számított porozitás és a mért porozitás eredményei láthatók. A 1. ábrán a különböző SiC szemcsenagyságú darabok mérési eredményeinek összehasonlítását tartalmazza 5 % SiC tartalmú, 580 °C-on szinterelt darab esetében. A diagram mutatja, hogy a P800-as, azaz a kisebb szemcsenagyságú SiC-t tartalmazó darab zsugorodása nagyobb mértékű volt, amiből feltételezhetjük, hogy a nagyobb zsugorodást szenvedő darab porozitása kisebb mértékű, szemben a P500-as SiC tartalmú darabbal. Ezt alátámasztja a sűrűségmérés- és a képelemzővel történt porozitás mérés eredménye. A 2. ábrán a darabok összetétel szerinti összehasonlítása látható P500-as SiC port tartalmazó, 580 °C-on szinterelt darabok esetében. A diagram mutatja, hogy a 10 % SiC tartalmú darab zsugorodása nagyobb, illetve porozitása kisebb. A hőmérséklet hatását tekintve a mérési eredmények alapján elmondható, hogy a hőmérséklet emelése kedvező hatású a porozitás csökkentése szempontjából. Nagyobb hőmérsékletet alkalmazva kisebb porozitás értékeket kaptunk. Az eredmények valamennyi darab esetében is egyezést mutatnak. A keménységmérés eredményei valamennyi darab esetében hasonló tendenciát mutatnak, azaz a kisebb porozitással bíró, tömörebb a darabok keménység értékei nagyobbak lettek szemben a kevésbé tömör darabokkal. A 3. ábra az 5%- és 10% SiC erősítésű darabok keménység értékeit hasonlítja össze a három szinterelési hőmérsékleten. Látható, hogy a hőmérséklettel a keménység is növekszik, valamint a 10% erősítésű darabok keménysége is nagyobb.
7. ábra
8. ábra
3. ábra
ÖsszefoglalásEbben a dolgozatban Al/SiC szemcsés kompozitok előállításával és vizsgálatával foglalkoztunk. Kísérleteink célja a porkohászati úton előállított darabok porozitásának csökkentése volt. A porozitás csökkentésének megvalósításához a technológia paramétereit változtattunk, és ezek hatását vizsgáltuk. A mérési eredményeink alapján a következőket foglalhatjuk össze: A szemcsenagyság változtatása eredményez különbséget a darabok porozitásában. A kisebb szemcsenagyságú, P800-as SiC tartalmú darabok esetében kisebb mértékű porozitást tapasztaltunk. A darabok összetételének változtatása alapján a 10 % SiC tartalmú darabok porozitását állapítottuk meg kisebb mértékűnek. Magasabb hőmérsékleten szinterelt darabok zsugorodása nagyobb mértékű. A keménységmérés eredményei szerint a kisebb porozitással bíró, azaz tömörebb darabok keménység értékei nagyobbak, szemben a kevésbé tömör darabokéval.
Irodalom[1]GILLEMOT LÁSZLÓ: Szerkezeti anyagok technológiája, Budapest, 1965 [2]WELLESZ RUDOLF: Porkohászat, Budapest, 1962 [3]BÁRCZY PÁL: Anyagismeret, Budapest, 1995 [4]TOMOLYA KINGA: Alumínium mátrixú SiC szemcsékkel erősített kompozitok előállítása és vizsgálata, Diplomaterv, 2001
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
.
(1)
