Determination of stress and strain concentrations in the elastic-plastic materials under bending and torsion

The analysis of stress and strain concentrations of constructional materials subjected to bending and torsion is presented. The known methods of stress determination for any elastic-plastic material assume the linear strain concentration under bending and torsion. Determination of stress and strain concentrations and their presentation as graphs were the main aims of this paper. Five materials were tested. They had different cyclic strain curves, and were loaded by the torsional and bending moments. The results proved a linear character of the strain distribution for any material in the all applied loading range.Визначено розклад напружень і деформацій в перетині проаналізованого елемента вальців та подано графічно за допомогою комп’ютерної моделі. Аналіз п’яти матеріалів та їх кривих циклічного деформування з різними характеристиками за умов кручення та згину показав лінійний характер розкладу деформацій для кожного з них за всіх прикладених навантажень.Определено распределение напряжений и деформаций в сечении проанализированного элемента валков и представлено графически с помощью компьютерной модели. Анализ пяти материалов и их кривых циклического деформирования с разными характеристиками при кручении и изгибе показал линейный характер распределения деформаций для каждого из них при всех приложенных нагрузках

Study of multi-carbide B4C-SiC/(Al, Si) reaction infiltrated composites by SEM with EBSD

In the definition of conceptual developments and design of new materials with singular or unique properties, characterisation takes a key role in clarifying the relationships of composition, properties and processing that define the new material. B4C has a rare combination of properties that makes it suitable for a wide range of applications in engineering: high refractoriness, thermal stability, high hardness and abrasion resistance coupled to low density. However, the low self-diffusion coefficient of B4C limits full densification by sintering. A way to overturn this constraint is by using an alloy, for example Al-Si, forming composites with B4C. Multi-carbide B4C-SiC/(Al, Si) composites were produced by the reactive melt infiltration technique at 1200 - 1350 degrees C with up to 1 hour of isothermal temperature holds. Pressed preforms made from C-containing B4C were spontaneously infiltrated with Al-Si alloys of composition varying from 25 to 50 wt% Si. The present study involves the characterisation of the microstructure and crystalline phases in the alloys and in the composites by X-ray diffraction and SEM/EDS with EBSD. Electron backscatter diffraction is used in detail to look for segregation and spatial distribution of Si and Al containing phases during solidification of the metallic infiltrate inside the channels of the ceramic matrix when the composite cools down to the eutectic temperature (577 degrees C). It complements elemental maps of the SEM/EDS. The production of a flat surface by polishing is intrinsically difficult and the problems inherent to the preparation of EBSD qualified finishing in polished samples of such type of composites are further discussed

Ścieżka krystalizacji w stopach AlFeMnSi podczas powstawania pierwotnych wydzieleń faz międzymetalicznych

In this work, an analysis of the solidification course of the AlFeMnSi alloys was carried out in the Al alloys of Fe, Mn, and Si concentrations in a range supplementary for those examined until now. The morphology of the pre-dendrite and pre-eutectic precipitates of the AlFeMnSi intermetallics has been revealed in relation to alloy composition. The phase attribution of the AlFeMnSi intermetallics forming primary pre-dendrite and pre-eutectic crystals was revealed in situ through local diffraction methods. The results obtained in the present work, as compared with data published previously, revealed the critical limit of the Mn concentration, necessary to stabilize the αc-AlFeMnSi phase as equal ≤ 0.5 wt. %, in the alloys AlFe≤3.0MnSi6 and AlFe≤1.5MnSi11 and ≥ 0.5 wt. % in AlFe≥3.0MnSi11.W pracy analizowano przebieg procesu krzepnięcia stopów AlFeMnSi podczas powstawania predendrytycznych oraz preeutektycznych faz międzymetalicznych AlFeMnSi w zakresie stężenia składników, uzupełniającym badane dotychczas zakresy. Ujawniono oddziaływanie składu chemicznego stopu na morfologię predendrytycznych oraz preeutektycznych faz międzymetalicznych AlFeMnSi. Charakterystyka wydzieleń faz międzymetalicznych AlFeMnSi została zidentyfikowana in situ, z zastosowaniem lokalnych metod dyfrakcyjnych. Uzyskane wyniki zostały porównane z danymi opublikowanymi uprzednio. Oszacowano, że krytyczne stężenie manganu, konieczne do stabilizacji fazy αc-AlFeMnSi, wynosiło ≤ 0,5%, w badanych stopach AlFe≤3,0MnSi6 i AlFe≤1,5MnSi11 oraz ≥ 0,5% w stopach AlFe≥3,0MnSi11

Konkurencyjna krystalizacja faz międzymetalicznych AlFeMnSi w eutektykach międzydendrytycznych w odlewniczych stopach AlSi – wpływ składu i szybkości chłodzenia

Microscopic observations and quantitative analysis of the microstructure image were used to analyze the solidification course and morphology evolution in polyphase eutectics in the AlSi casting alloys with transition metals Fe and Mn. The utility of the analytical test procedures was demonstrated. It was stated that their precision and repeatability should be improved. Further works on quantitative morphological coefficients used as objective discriminators of the particular morphological form of phase constituents should be continued. Nevertheless, obtained results of the microstructure image analysis indicated that in a concentration range of transition metals: Fe 0.5−1.5 wt. % and Mn 0−0.5 wt. %, the total Vv of the eutectic intermetallics has increased with a total content of the transition metals (Fe + Mn). In both group of alloys hypo- and eutectic the final results of the competition between phases αc-AlFeMnSi, αH-AlFeSi and β-AlFeSi have been explained as affected by non-equilibrium microsegregation of Fe, Mn and Si in solidifying liquid, and by the actual value of the Fe/Si coefficient. Preferences for αc-AlFeMnSi phase were reinforced by a decrease in the value of Fe/Mn coefficient.Obserwacje mikroskopowe oraz ilościowa analiza obrazu mikrostruktury zostały wykorzystane do analizy ścieżki krystalizacji i ewolucji morfologii wielofazowych eutektyk zawierających fazy międzymetaliczne w stopach AlSi zawierających metale przejściowe. Wykazano przydatność opracowanej procedury badawczej, jakkolwiek jej precyzja i powtarzalność będą mogły być poprawione tylko na drodze dalszych prac nad ustanowieniem obiektywnych reguł klasyfikacji opartej na ilościowym wskaźniku morfologicznym jako dyskryminatorze dla grup morfologicznych, przypisanych do składników fazowych mikrostruktury. Niemniej jednak otrzymane wyniki analizy obrazu mikrostruktury wykazały, że w zakresie stężenia 0,5−1,5% Fe i 0−0,5% Mn całkowita wartość objętości względnej Vv faz międzymetalicznych AlFeMnSi zwiększała się w miarę wzrostu zawartości metali przejściowych (Fe + Mn) w stopie. W obu grupach stopów, podeutektycznych i eutektycznych, mikrostrukturalny wynik konkurencji pomiędzy fazami αH-AlFeSi i β-AlFeSi był uzależniony od nierównowagowej mikrosegregacji Fe, Mn i Si w cieczy resztkowej, w tym od trzeczywistych zmian wartości wskaźnika Fe/Si. Preferencje dla fazy αc-AlFeMnSi wzmacniane były zmniejszeniem wartości wskaźnika Fe/Mn

Primary Crystals of AlfeMnSi Intermetallics in the Cast AlSi Alloys

In this paper the results of the microscopic observations of the intermetallic AlFeMnSi phases crystals formed in the liquid hypo- and eutectic AlSi alloys containing transition metals 3.0 wt.% Fe and 0.1, 0.5 and 2.0 wt.% Mn were presented. The crystals morphology has been revealed on both polished and deep etched microsections. The different stages of the primary AlFeMnSi phases particles formation in the solidifying alloy and their final morphology were shown as influenced by cooling rate and alloy chemical composition

Analiza składu chemicznego faz międzymetalicznych AlMnFe oraz AlMnFeSi w eutektykach międzydendrytycznych w stopach aluminium

In this study a simple procedure forthe in situ identification of the intermetallic phase precipitates in the interdendritic eutectic in both wrought and cast AlFeMnSi alloys has been established and then verified by experimental results. Morphology of the phase constituents of these eutectics: A6MnFe, αc-AlFeMnSi, αH-AlFeSi, β-AlFeSi, has been revealed on the metallographic microsections, observed with light and scanning electron microscopes. Chemical composition of these phase precipitates was estimated by means of point x-ray microanalysis. The homogeneity range for particular intermetallic phase precipitates, as influenced by either alloy chemical composition or microstructure morphology, was estimated.W pracy przedstawiono prostą procedurę identyfikacji in situ wydzieleń faz międzymetalicznych w eutektykach międzydendrytycznych w stopach AlFeMnSi do przeróbki plastycznej i odlewniczych, wraz z jej eksperymentalną weryfikacją. Na podstawie obserwacji mikroskopowych opisano, ujawnioną na zgładach międzymetalicznych, morfologię składników fazowych, występujących w tych eutektykach: A6MnFe, αc-AlFeMnSi, αH-AlFeSi, β-AlFeSi. Do badań wykorzystano mikroskopy: świetlny oraz elektronowy, skaningowy. Skład chemiczny wydzieleń faz międzymetalicznych określono za pomocą punktowej mikroanalizy rentgenowskiej. Zakres zmienności składu chemicznego dla wydzieleń wybranych składników fazowych był analizowany w zależności od składu chemicznego stopu oraz cech morfologicznych mikrostruktury

Ewolucja mikrostrukturalna podczas przemiany perytektycznej: L + Al₆Mn(Fe) → α-Al + α-AlMnFeSi w stopach AlFeMnSi

In this work, the course of peritectic L + AI6Mn(Fe) → α-AI + α-AIMnFeSi transformation taking place in AlFeMnSi alloys was traced. The specific microstructural effects in the transformed primary phase areas were revealed and identified. The transformation product situated inside the primary preperitectic AI6FeMn phase precipitates was identified as a lamellar mixture of the α-AIFeMnSi and α-AI phases, balanced volumetrically. The evolution of morphology in a peritectic α-AIMnFeSi phase observed in the examined specimens was related to the necessary exchange of components at interfaces, which are the site for nucleation and growth of transformation products. Both direction and range of the diffusion fluxes of individual components were identified. The distribution of transition metals between intermetallic phases during the progressing transformation was estimated and found to be related to both partition coefficient of components and alloy composition.W pracy przedstawiono przebieg przemiany perytektycznej L + Al6Mn((Fe) → α-AI + α-AIMnFeSi. Przedstawiono zidentyfikowane, towarzyszące jej specyficzne efekty mikrostrukturalne w mikroobszarach przekształconej fazy pierwotnej. Produkt przemiany usytuowany w obrębie pierwotnego wydzielenia fazy Al6FeMn stanowi mieszaninę faz α-AIFeMnSi i α-AI zbilansowaną objętościowo. Ewolucja morfologiczna fazy α-AIFeMnSi obserwowana w badanych próbkach została odniesiona do procesu wymiany składników między fazami na powierzchniach międzyfazowych, które są miejscem zarodkowania i wzrostu produktów przemiany. Zidentyfikowano kierunek i zakres strumienia dyfuzyjnego pierwiastków wchodzących w skład faz uczestniczących w przemianie. Oszacowano dystrybucję metali przejściowych pomiędzy fazy międzymetaliczne powstające w kolejnych stadiach krystalizacji w zależności od współczynnika podziału i składu stopu

The optimisation of heat treatment parameters for selected cast AlZnMgCu(Mn) alloys

W publikacji przedstawiono wyniki optymalizacji parametrów złożonej obróbki cieplnej odlewanych stopów AlZnMgCu(Mn), polegającej na retrogresji (nawrocie) i powtórnym starzeniu (RRA, Retrogression and Reaging). Dla porównania, wykonano również analizę dwu rodzajów obróbki cieplnej – standardowej, typu T6 oraz obróbki typu T7 (wg PN-EN 515:1996), poprawiającej odporność na pękanie w warunkach korozji naprężeniowej (SCC, Stress Corrosion Cracking). Do optymalizacji parametrów obróbki cieplnej wykorzystano metodę analizy termicznej (TA, Thermal Analysis) – różnicową kalorymetrię skaningową (DSC, Differential Scanning Calorimetry) oraz pomiary przewodności elektrycznej i obserwacje mikrostruktury. Zrealizowano wybrane warianty obróbki cieplnej dla ustalonych w badaniach, optymalnych parametrów obróbki i wykonano badania wytrzymałościowe. Najwyższe wartości Rm otrzymano po obróbce RRA (200°C/20 min) – wyższe dla stopu o większej zawartości miedzi. Wyniki uzyskane w pracy świadczą o skuteczności procesów modyfikacji mikrostruktury stopów za pomocą obróbki RRA, potwierdzonej wynikami prób wytrzymałościowych i obserwacji powierzchni przełomów. Wyniki badań kalorymetrycznych materiału badawczego po poszczególnych etapach zaplanowanych wariantów obróbki cieplnej stanowią dobry punkt wyjścia do jakościowej analizy mechanizmu towarzyszących im przemian fazowych. Uzyskane rezultaty mogą być inspiracją do rozwoju badań nad odlewanymi stopami AlZnMgCu.The publication presents the results of optimisation of parameters of complex heat treatment of as-cast AlZnMgCu(Mn) alloys consisting in retrogression and reaging (RRA, Retrogression and Re-aging). For comparison purposes, the analysis of a standard T6 heat treatment and a T7 heat treat-ment (according to PN-EN 515:1996) which improve resistance to stress corrosion cracking (SCC) were carried out. To optimise the parameters of heat treatment the thermal analysis method – Differential Scanning Calorimetry (DSC), measurements of electrical conductivity and microstructural observations were conducted. Selected variants of heat treatment for optimal parameters determined in the study were realized and tensile tests were performed. The highest values of Rm were achieved after RRA (200°C/20 min) heat treatment and higher values for alloy with a higher content of copper were obtained. The results obtained in this study demonstrate the efficiency of the modification of the alloys’ microstructure by means of the RRA heat treatment, confirmed by the results of tensile tests and fracture surface observations. The results of DSC studies of material after various stages of the planned heat treatments may provide a starting point to study the mechanism of the associated phase transformations and can serve as inspiration for further research on the as-cast AlZnMgCu alloys