Back


IWIS 2016 - Catalogue

Invention information


CategoryJ - Metallurgy, iron goods and goods of non-ferrous metals / Metalurgia, towary żelazne i nieżelazne

Title of invention
 Modern cast metal-metal composites
Invention discription
 Metal matrix composites (MMCs) reinforced with different fibers or particles are among various composites of the most recent structural construction materials. Among various MMCs, magnesium matrix composites reinforced with particles deserve special consideration, due to their unique combination of properties such as low density, high specific strength and stiffness, exception dimensional stability and high damping capacity. Nevertheless, previous studies clearly proved that brittle ceramic reinforcement (like SiC, Cgr, TiC, Al2O3 etc.) causes a strong decrease in the ductility of the final material. Therefore, different materials are sought as a reinforcement component for metal matrix composites. In comparison with ceramic particles, metallic reinforcements have better wettability with molten matrix alloys, greater ductility and higher thermal and mechanical compatibility with the metallic matrix. It should be noted that the main factor which classifies the metallic phase as a classical composite reinforcement is the deficiency of (or very low) mutual solubility between the metal matrix and the metallic reinforcement phase. In the present work, magnesium matrix alloys reinforced by Ti particles are presented. Commercial ingots of magnesium alloys (like AM50, AZ91) and Ti powder in the form of spherical particles were used. The fraction of the Ti particles was below 50 µm. The composites were obtained by introducing 30 wt% Ti particles to the mechanical mixing of the molten matrix alloy in a steel crucible under a protective atmosphere. The prepared composite suspension was gravity cast into different moulds. The fabrication process parameters such as mixing and casting temperature, time and rate of suspension stirring, mould temperature etc. were chosen experimentally. The fabricated composites are characterized primarily by uniform distribution of the Ti particles within the matrix. Neither clusters of the Ti particles nor any consequences of floating or sedimentation of the reinforcing phase, frequently occurring in gravity cast composites. Such a uniform distribution of Ti particles was possible owing to the good wettability of the titanium particles by the molten matrix alloy and the easy creation of a bond between the metal-metal components. Additionally, due to the relatively large size of the Ti particles and relatively high solidification velocity of the composite in the metal mould, the phenomenon of pushing the reinforced particles by the growing matrix dendrites did not occur. The introduction of Ti particles into the magnesium alloys does not cause changes in the phase composition of the matrix. It allowed to precisely design structure and properties of composites. Experimental results clearly prove that the used Ti particles can play an important role in strengthening the composites.

Title of invention
 Nowoczesne odlewane kompozyty metal-metal
Invention discription
 Metalowe materiały kompozytowe (MMCs) stanowią bardzo liczną i ciągle rozwijającą się grupę materiałów inżynierskich. W takich sektorach przemysłu jak motoryzacja czy lotnictwo, gdzie ciągle dąży się do obniżenia masy elementów, szczególnie interesujące są ultralekkie materiały na bazie magnezu. Magnez jest jednym z najlżejszych metali konstrukcyjnych. W celu poprawy m.in. sztywności i twardości materiałów magnezowych wprowadza się twarde cząstki fazy zbrojącej (np. SiC, TiC, Al2O3). Jednakże wprowadzenie kruchych cząstek ceramicznych powoduje znaczne obniżenie właściwości plastycznych materiału finalnego. W związku z tym w ostatnim czasie również metalowe fazy zbrojące takich metali jak Ni, Cu oraz Ti ze względu na ich wysoką temperaturę topnienia oraz bardzo niską rozpuszczalność w magnezie stanowią przedmiot wielu badań. W porównaniu do cząstek ceramicznych, metalowe materiały zbrojące charakteryzują się lepszą zwilżalnością przez ciekłą osnowę, wyższą plastycznością oraz lepszą zgodnością cieplną i mechaniczną z osnową metalową. Na szczególną uwagę zasługuje zastosowanie faz zbrojących na bazie tytanu. Tytan cechuje się m.in. wysokim modułem Young’a oraz wysoką twardością w porównaniu do stopów magnezu. Ponadto również należy do grupy lekkich metali konstrukcyjnych. W niniejszej pracy przedstawiono nowe kompozyty odlewane wytworzone na osnowach różnych stopów magnezu zbrojone cząstkami tytanowymi. Jako materiały wyjściowe zastosowano komercyjne wlewki stopów magnezu (t.j. AM50, AZ91) oraz proszek Ti o sferoidalnym kształcie o wielkości poniżej 50 µm. Kompozyty wytworzono stosunkowo tanią i prostą metodą odlewniczą polegającą na wprowadzeniu 30% mas. cząstek Ti do mechanicznie mieszanego ciekłego stopu magnezu. Proces prowadzono w atmosferze ochronnej. Uzyskane suspensje kompozytowe odlano grawitacyjnie do różnych form odlewniczych. Parametry procesu wytwarzania, tj. temperaturę odlewania, czas i predkość mieszania, temperaturę formy itd. dobrano eksperymentalnie. Wytworzone kompozyty charakteryzowały się równomiernym rozmieszczeniem cząstek Ti w całej objętości materiału. Nie zaobserwowano konsekwencji zjawisk flotacji czy sedymentacji zbrojenia, które często występują podczas odlewania grawitacyjnego kompozytów zbrojonych cząstkami. Równomierne rozmieszczenie zbrojenia umożliwiły dobra zwilżalność cząstek Ti przez ciekłą osnowę metalową oraz łatwość tworzenia się granicy pomiędzy metalowymi komponentami. Ponadto, z powodu dużego rozmiaru cząstek Ti oraz stosunkowo dużej szybkości krzepnięcia kompozytu w formie metalowej, nie wystąpiło zjawisko wypychania cząstek zbrojenia przez rosnące dendtryty osnowy magnezowej. Wprowadzenie cząstek tytanowych do stopów magnezu nie spowodowało zmian w składzie fazowym materiału osnowy. Pozwoliło to na precyzyjne zaprojektowanie struktury i właściwości kompozyt
Patent
Patent Application
Date of Patent Application

Owner of the Invention

Name of company / organization / institution / individual
English:Czestochowa University of Technology, Institute of Materials Engineering
Polish:Politechnika Częstochowska, Instytut Inżynierii Materiałowej
InventorsFirst Name, Last Name, Academic degree
E. Przełożyńska,
K. Braszczyńska-Malik,