new wear resistant al based materials and their application in automotive industry

New wear resistant Al based materials and their application in automotive industry

MVM - Volume 30, Edition Special - KRAGUJEVAC, December 2004.

115

Aleksandar Vencl, Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade Aleksandar Rac, Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade NEW WEAR RESISTAT Al BASED MATERIALS AND THEIR APPLICATION

IN AUTOMOTIVE INDUSTRY НОВИ МАТЕРИЈАЛИ ОТПОРНИ НА ХАБАЊЕ НА БАЗИ Al ЛЕГУРА И

ЊИХОВА ПРИМЕНА У МОТОРНОЈ ИНДУСТРИЈИ

1. Introduction At present, when humanity becomes increasingly aware that preservation and protection of human environment, as well as conservation of energy, are the ultimate must, this holds for all and every branch of industry, including the automotive. Along with the severe market challenges, requests for energy consumption reduction and raise of efficiency, it faces the ecology caused legal barriers. Europe, USA and Japan are the world leaders on this matter, and include the need for recycling as one of the best ways of natural resources preservation. Annually, globally, about 18 millions of vehicles reach the end of their life cycles. If all of these were disposed as waste, this would equal 20 million tons (or 70 million cubic meters of volume) of new solid waste per year /1/. Present tendency is to decrease the percent of vehicles mass apt to be disposed as waste or combusted without energy regeneration, so e.g. Europe plans to reduce it from 15 % in year 2002. - to 5 % in year 2015. Reduction of friction and wear in vehicles' motive components is a way of energy

1. Увод У данашње доба, када свет све више увиђа неопходност очувања и заштите животне средине, као и штедње енергије, ниједна грана индустрије није заобиђена, па ни аутомобилска. Пред њу се, поред оштре тржишне конкуренције, захтева за смањење потрошње енергије и повећања ефикасности, постављају и законске баријере по питању заштите животне средине. Европа, САД и Јапан предњаче по том питању, и као један од најбољих начина за очување природних ресурса уводе потребу рециклирања. Годишње, у целом свету, око 18 милиона возила стиже до краја свог животног циклуса. Уколико би се сва та возила одлагала као отпад то би износило 20 милиона тона (или 70 милиона m3 по запремини) новог чврстог отпада сваке године /1/. Тенденција је процентуално смањење масе возила која може да се одложи као отпад или да се сагори без регенерације енергије, па се тако у Европи нпр. планира смањење са 15 % колико је било 2002. год. на 5 % до 2015. год. Смањење трења и хабања у погонским агрегатима возила је начин за уштеду

A. Vencl, A. Rac


116

consumption and preservation of natural resources. According to some US government projects, reduction of friction and wear in engines and drive train components would save to US economy 120 billions dollars per year /2/. Satisfaction of the outlined requests calls for introduction of new materials and technologies of parts production in the automotive industry. New materials must have appropriate physical, mechanical and tribological properties as well as low price, which is the main reason for not applying in automotive industry several materials that are used in aerospace and computer industries. Materials that are mostly investigated and used to replace the massive steel and gray cast iron parts are, light non-ferrous materials, aluminum and magnesium. Density of these materials and their favourable mechanical properties are of great significance for reducing the total mass of a vehicle. Being able to conserve its density and strength properties during alloying, deforming and thermal treatment, aluminum is increasingly used in the automotive industry. Possibilities of recycling aluminum are good too. Numerous authors have analysed the possibility of replacing the cylinders and whole engine blocks of gray cast iron by aluminum, and the use of Al alloys in brakes, power transfer systems, pistons and valves /3, 4, 5, 6, 7, 8/. Unfortunately, aluminum alloys lack the satisfactory tribological properties, so e.g. gray cast iron cylinder liners are still used in engine blocks, which increases the production costs. To overcome this problem, the following activities have been initiated: • development of coatings with anti-wear

properties

енергије и очување природних ресурса. По неким студијама америчке владе само смањење трења и хабања у моторима и погонским компонентама би значило уштеду за америчку економију од 120 милијарди долара годишње /2/. Да би се удовољило наведеним захтевима потребно је увођење нових материјала и технологија израде делова у аутомобилској индустрији. Нови материјали морају да имају одговарајуће физичке, механичке и триболошке карактеристике као и ниску цену, што је и разлог да се многи материјали који се користе у авио и индустрији рачунара не примењују у аутомобилској индустрији. Материјали који су највише испитивани и коришћени као замена за тешке челичне делове и делове од сивог лива су лаки, нежелезни материјали као што су алуминијум и магнезијум. Густина ових материјала уз добре механичке карактеристике су од великог значаја за смањење укупне масе возила. Задржавањем својих карактеристика густине и чврстоће током легирања, деформације и термичке обраде алуминијум проналази све већу примену у аутомобилској индустрији. Могућности рециклаже алуминијума са такође добре. Постоји велики број радова који разматра могућност замене цилиндара и целих блокова мотора од сивог лива алуминијумом, као и примене Al легура код кочница, система за пренос снаге, клипова и вентила /3, 4, 5, 6, 7, 8/. Нажалост, алуминијумске легуре немају задовољавајуће триболошке карактеристике па се тако нпр. код блокова мотора још увек користе цилиндарске кошуљице од сивог лива, што утиче на веће производне трошкове. Да би се то превазишло ради се на: • развоју превлака са антихабајућим својствима,



117

• development of new Al alloys – MMCs (Metal Matrix Composites) with Al matrix and various reinforcements, and

• development of new technologies of Al alloys production.

2. Ways of upgrading the tribological properties of Al alloys Coating is an often used method for upgrading the tribological properties of Al alloys. Coatings are made of anti-wear and thermal stress resistant materials. The particular way used for applying them onto the main material is significant as well, since it influences the properties of the coating itself and bond strength to the main material /9/. 2.1 Composite materials Composite material is a mixture of two or more materials or phases of the same material, insoluble in one another, possessing properties which are superior to any of the component materials /10/. Volume fraction of component materials should be above 5 % of total volume and their properties must be different from one another. Usually, volume fraction of one material is significantly higher than the volume fractions of the others and that material is called – matrix. Matrix can be ceramic, metal and polymer. Reinforcements are usually fibres or particles of different orientation and shape (Fig. 1). The arrangement of the particles can be random, in most cases (Fig. 1a), or preferred, in the shape of sphere, cube or any close-to-regular geometrical form. A fibrous reinforcements are characterized by its length and diameter so we distinguish, long (continuous) fibres (Figs. 1d and 1e) and short (discontinuous) fibres (Figs. 1b and 1c). Arrangement can be, as

• развоју нових Al легура – композита са матрицом од Al и различитим ојачивачима и

• развоју нових технологија добијања Al легура.

2. Начини побољшања триболошких карактеристика Al легура Превлаке су један од често коришћених начина за побољшање триболошких карактеристика Al легура. Ради се о антихабајућим материјалима отпорним на термичка напрезања. Начин њиховог наношења на основни материјал је такође битан, јер утиче на карактеристике саме превлаке и на јачину везе са основним материјалом /9/. 2.1 Композитни материјали Под композитним материјалом се подразумева мешавина два или више материјала или фаза истог материјала, који се не растварају једно у другом, и који има боље карактеристика у поређењу са сваким од основних материјала /10/. Садржај основних материјала треба да буду изнад 5 % укупне запремине а њихове карактеристике морају да буду међусобно различите. Обично је садржај једног материјала знатно већи у односу на остале и тај материјал се назива матрица. Матрица може бити керамичка, метална или полимерна. Ојачивачи су обично у виду влакана или делића различите оријентације и облика (сл. 1). Делићи могу бити насумично, што је најчешћи случај (сл. 1а), и правилно распоређени, у облику сфере, коцке или неког другог правилног облика. Ојачивачи у виду влакана се дефинишу односом пречника и дужине влакна па разликујемо, дугачка (континуална) влакна (сл. 1г и 1д) и кратка (дисконтинуална)

A. Vencl, A. Rac


118

well, preferred (Fig. 1b) and random (Fig. 1c), and often the direction of fibres is changed from one layer to another (Fig. 1e). Hybrids are a newer type of composites and there we have two or more fibre types, or combined fibres and particles, mixed throughout the layers or in the same layer.

влакна (сл. 1б и 1в). Распоред такође може бити правилан (сл. 1б) и насумичан (сл. 1в), а често се правац простирања влакана мења од слоја до слоја (сл. 1д). Хибриди су новија врста композита и код њих имамо две или више врста влакана, или комбинацију влакана и делића, измешане по слојевима или у истом слоју.

Слика 1 Облик и распоред ојачивача у композитним материјалима (Figure 1 Shape and arrangement of reinforcements in composite materials)

Two mostly used reinforcements are alumina (Al2O3) and silicon carbide (SiC), and their basic properties are given in Table 1.

Два најчешће коришћена ојачивача су Al2O3 и SiC, а њихове основне карактеристике су дате у таблици 1.

Основне карактеристике ојачивача Al2O3 и SiC Таблица 1 /10/ (Basic properties of Al2O3 and SiC reinforcements Table 1 /10/)

Ојачивач (Reinforcement) Густина

(Density), kg/m3

Модул еластичности(Young’s modulus),

MPa x 103

Затезна чврстоћа (Tensile strength),

MPa

Влакна (Fibres) Al2O3 3900 380 1400 Делићи (Particles) SiC 3210 370 - Влакна (Fibres) SiC* 2600 250 2200 Влакна (Fibres) SiC* 2400 280 2000

* материјали различитих произвођача (different manufacturers materials)

Influence of these two reinforcements upon the mechanical properties of composites is shown in Table 2, by comparing the values for some Al alloys with and without the reinforcements, respectively.

Утицај ова два ојачивача на механичке карактеристике композита је дат у таблици 2, где су приказане упоредне вредности за неке Al легуре са и без ојачивача.



119

Механичке карактеристике Al легура са и без ојачивача Таблица 2 /10/ (Mechanical prop. of Al based alloys with and without the reinforcements Table 2 /10/)

Легура (Alloy)

Модул еластичности

(Young’s modulus), MPa x 103

Напон течења

(Yield stress), MPa

Затезна чврстоћа (Tensile

strength), MPa

Издужење (Elongation),

%

Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg + 20% Al2O3

74 90

416 -

430 383

2,5 0,8

Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg + 15% SiC

71 98

422 397

570 552

14,7 7,4

Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg + 25% Al2O3

~ 70 > 80

- -

273 266

11,5 1,5

Al-Zn-Cu-Mg Al-Zn-Cu-Mg + 20% SiC

- -

509 380

638 500

20 4,5

Al-Si-Fe Al-Si-Fe + 10% Al2O3

98 90

- -

507 400

1,1 0,5

Numerous authors have investigated tribological properties of composite Al alloys and, there, different influences have been analysed. First of all, influence of the type and properties of materials was analysed. Aluminium and its alloys: Al-Cu, Al-Si, Al-Mg-Si and Al-Zn were mostly used as the matrix, and SiC i Al2O3 of different size and volume fraction were mostly used as the reinforcements. Influence of additives (graphite) and surface roughness was analysed as well. Aside from analysing the influence of different materials and composite manufacturing processes, investigation were performed on influence of different conditions (pressure, temperature, type of relative motion, with and without the lubricant), and that is summed in Table 3. Author from Turkey /11/ have used pure aluminium as the matrix, reinforced with different particulate materials. He has analysed the influence of type and volume fraction of the reinforcement, by varying the normal load (50 – 200 N) and the contact temperature (20, 50, 100, 150 and 200 °C). Area of the contact surface was 113 mm2. Physical and mechanical properties of the materials tested are given in Table 4.

Постоји велики број радова који су се бавили испитивањем триболошких карактеристика композитних Al легура и при томе су разматрани разни утицаји. Пре свега ту је утицај врсте материјала и њихових карактеристика. Као материјал матрице су најчешће коришћени Al и његове легуре Al-Cu, Al-Si, Al-Mg-Si и Al-Zn, а као ојачивачи су најчешће коришћени SiC и Al2O3 различитих величина и процентуалног садржаја. Разматрани су и утицај адитива (графит) и храпавости површина. Поред коришћења различитих материјала и процеса производње композита, испитивања су вршена и при различитим условима (притиску, температури, средини, врсти кретања, брзини, са и без присуства мазива), што је сумарно приказано у таблици 3. У раду аутора из Турске /11/ као матрица је коришћен чист алуминијум који је ојачан делићима разних материјала. Испитиван је утицај врсте и процентуалног садржаја ојачивача, а варирано је нормално оптерећење (50 - 200 N) и температура контакта (20, 50, 100, 150 и 200 °C). Додирна површина је била 113 mm2. Физичко-механичке карактеристике испитиваних материјала су дате у таблици 4.

120 A. Vencl, A. Rac


Tab

le 3

(ex

ten

sion

)

/17/

Blo

ck o

n rin

g 20

14

Par

ticle

s S

iC (

20%

and

14

μm)

- S

teel

, 63

RC

9,35

N

0,16

m/s

/18/

Blo

ck o

n rin

g A

l-Si-C

u

Par

ticle

s (5

, 13,

38

and

50%

) S

iC (

5,5,

11,

5 an

d 57

μm

)

Com

bina

tion

of

infil

trat

ion

and

mel

t stir

ring

Ste

el S

AE

521

00,

63 H

RC

D

ry

55 N

0,

94 m

/s

- 18

00 m

/19/

Pin

on

disc

A

l-9%

Si

80 H

V30

P

artic

les

(20

and

26%

) S

iC

Gra

vity

pou

red

and

cent

rifug

al

cast

Nod

ular

cas

t iro

n,

149

HV

30

Dry

5

N

0,1

- 1,

5 m

/s

22 -

300

°C

3000

m

/20/

Pin

on

disc

A

l-12S

i

Fib

res

(58%

)Al 2O

3 ·

(42%

)SiO

2 (8

% a

nd

10-1

2 x

400-

800 μm

)

Squ

eeze

cas

ting

Nod

ular

cas

t iro

n,

206

HV

D

ry

10 -

80

N

1 m

/s

20 °C

20

00 m

/21/

Pin

on

bloc

k (o

scill

atin

g m

otio

n)

Al-2

0Si-3

Cu-

1Mg

454

HV

R

a =

1,1

μm

Par

ticle

s S

iC (

15%

and

6 μ

m)

Pow

der

met

allu

rgy

Sta

inle

ss s

teel

, 49

0 H

V, R

a =

1,2

μm

Dry

W

ater

25

- 1

75 N

0,

3, 0

,6 a

nd1,

2 m

/s,

ampl

itude

15

mm

20

±5 °C

27

0 m

/22/

Blo

ck o

n rin

g A

l-12S

i

Car

bon

fibre

s (0

-6%

and

6-8

x

2000

-400

0 μ

m)

and/

or A

l 2O3

fibre

s (0

-12%

and

10-

14 x

30

0-70

0 μm

)

Squ

eeze

in

filtr

atio

n S

teel

, 62±

2 H

RC

Dry

49

- 2

94 N

0,

837

m/s

R

oom

10

05 m

/23/

Sph

ere

on b

lock

(o

scill

atin

g m

otio

n)

A35

6 R

a =

0,2

5 μ

m

Par

ticle

s S

iC (

20%

and

10

μm)

- Челик

, 60

HR

C

Dry

B

ound

ary

9,8

- 78

,4 N

0,

1 m

/s, a

mpl

itude

25

mm

R

oom

5-

2500

m50

-250

00

m

/24/

Pin

on

disc

60

61

Fib

res

SiC

(0,

05-1

,5 x

200

μm

) an

d/or

Al 2O

3 fib

res

(3 x

500

μm

)

Pow

der

met

allu

rgy

SK

H 5

1, 6

6 R

C

- 49

N

0,08

m/s

-

-

/25/

Pin

on

disc

70

91

Par

ticle

s an

d fib

res

SiC

(2-

10 μ

m a

nd

0,5

x 3 μm

)

Pow

der

met

allu

rgy

Ste

el, 3

5 R

C

14

,2 N

0,

6 -

3,6

m/s

121New wear resistant Al based materials and their application in automotive industry


Pre

vie

w o

f the

use

d a

ppar

atu

s, m

ater

ials

an

d e

xper

imen

tal c

ondi

tions

in th

e lit

erat

ure

Tab

le 3

Lit

.A

pp

arat

us

Mat

rix

mat

eria

l

Typ

e, s

ize

and

vo

lum

e o

f th

e re

info

rcem

ent

Pro

du

ctio

n

pro

cess

C

ou

nte

rpar

t m

ater

ial

Lu

bri

can

t,

lub

rica

tio

n

Lo

ad

Slid

ing

sp

eed

T

emp

erat

ure

S

lidin

g

dis

tan

ce /

tim

e

/11/

Pin

on

disc

A

lum

iniu

m

Par

ticle

s 5,

10,

15

and

20%

M

7C3

(~ 2

0 μ

m)

20%

SiC

(4,

2 μm

) 20

% S

iFe

20%

Al 2O

3 (3

,9 μ

m)

10%

SiF

e –

10%

A

l 2O3

Pow

der

met

allu

rgy

Low

allo

y st

eel,

55

HR

C

- 5

- 20

N

~ 1

m/s

20

, 50,

100

, 15

0 an

d 20

0 °C

4000

m

/12/

Pin

on

disc

A

lum

iniu

m

Ste

el fi

bres

with

and

w

ithou

t Cu

and

Ni

coat

ings

(5%

and

12

0 x

350-

550 μm

)

Cas

ting

Ste

el, 6

3 R

C

Dry

10

, 20,

30

and

40 N

1,

8 m

/s

Roo

m

2000

m

/13/

Osc

illat

ing

mot

ion

trib

omet

er

2024

80

-95

HR

B

Par

ticle

s 15

, 20

and

30%

SiC

(3

, 5, 1

0 an

d 20

μm

)

Pow

der

met

allu

rgy

Si 3N

4 D

ry

0,6

- 3,

8 М

Pa

0,01

m/s

-

-

/14/

Pin

on

disc

A

201

Ra

= 0

,1 μ

m

Par

ticle

s 22

,2%

Al-F

e-V

-Si

(75,

150

and

250 μ

m)

Squ

eeze

cas

ting

Ste

el, R

a =

0,1

μm

- 15

, 25

and

35 N

1, 1

,5, 2

,5 a

nd 3

,15

m/s

R

oom

, 200

and

300

°C

6000

m

/15/

Sph

ere

on b

lock

(o

scill

atin

g m

otio

n)

2618

R

a =

0,6

μm

Par

ticle

s S

iC (

15%

and

7,5

μm

) -

Tem

pere

d st

eel,

797

HV

-

25 N

0,

3 m

/s, f

requ

ency

10

Hz,

am

plitu

de15

m

m

20 -

200

°C

2700

m

/16/

3 pi

ns o

n di

sc

2024

R

a =

0,4

and

2,

5 μm

Par

ticle

s 10

% S

iC

Pow

der

met

allu

rgy

S45

C (

JIS

) st

eel,

250

HV

, Ra

= 1

,1

and

3 μm

an

d S

45C

with

T

iN c

oatin

g, 2

200

HV

, R

a =

1,6

μm

Dry

W

ater

bat

h O

il fil

m

Oil

bath

8,3

MP

a 0,

02 m

/s

20±1

°C

150

m

122 A. Vencl, A. Rac


Таблица

3 (наставак)

/17/

Блок

на

прстену

2014

Делићи

SiC

(20

% и

14 μ

m)

- Челик

, 63

RC

9,35

N

0,16

m/s

/18/

Блок

на

прстену

Al-S

i-Cu

Делићи

(5, 1

3, 3

8 и

50%

) S

iC (

5,5,

11,

5 и

57

μm)

Ком

бинација

инфилтрације и

меш

ања у раст

.

Челик

SA

E

5210

0,

63 H

RC

Без

55

N

0,94

m/s

-

1800

m

/19/

Епрувета на

диску

A

l-9%

Si

80 H

V30

Делићи

(20 и

26%

) S

iC

Гравитационо

и

центрифугално

ливењ

е

Нодуларно

ливено гвож

ђе,

149

HV

30

Без

5

N

0,1

- 1,

5 m

/s

22 -

300

°C

3000

m

/20/


диску

A

l-12S

i

Влакна

(5

8%)A

l 2O3

· (4

2%)S

iO2

(8%

и 1

0-12

x 4

00-8

00 μ

m)

Ливењ

е под

притиском

Нодуларно

ливено гвож

ђе,

206

HV

Без

10

- 8

0 N

1

m/s

20

°C

2000

m

/21/


блоку

(осцилаторно

кретањ

е)

Al-2

0Si-3

Cu-

1Mg

454

HV

R

a =

1,1

μm

Делићи

SiC

(15

% и

6 μ

m)

Синтеровање

Нерђајући

челик

, 49

0 H

V, R

a =

1,2

μm

Без

Водом

25

- 1

75 N

0,

3, 0

,6 и

1,2

m/s

, ам

плитуда

15 m

m20

±5 °C

27

0 m

/22/

Блок

на

прстену

Al-1

2Si

Влакна

угљенична

(0-

6% и

6-

8 x

2000

-400

0 μm

) и/или

Al 2O

3 (0

-12%

и

10-1

4 x

300-

700

μm)

Инф

илтрација

под

притиском

Челик

, 62±

2 H

RC

Без

49

- 2

94 N

0,

837

m/s

Собна

10

05 m

/23/

Сфера на

блоку


кретањ

е)

A35

6 R

a =

0,2

5 μ

mДелићи

SiC

(20

% и

10 μ

m)

- Челик

, 60

HR

C

Без

Гранично

подмазивањ

е 9,

8 -

78,4

N

0,1

m/s

, амплитуда

25 m

m

Собна

5-

2500

m

50-2

5000

m

/24/


диску

60

61

Влакна

S

iC (

0,05

-1,5

x 2

00

μm) и/или

Al 2O

3(3

x

500 μm

)


SK

H 5

1, 6

6 R

C

- 49

N

0,08

m/s

-

-

/25/


диску

70

91

Делићи и влакна

S

iC (

2-10

μm

и 0

,5 x

3 μm

) Синтеровање

Челик

, 35

RC

14,2

N

0,6

- 3,

6 m

/s

123New wear resistant Al based materials and their application in automotive industry


Преглед

кориш

ћених уређаја,

материјала и

услова испитивања у литератури

Таблица

3

Лит.

Уређај

Материјал

матрице

Врста,

величина и

садржај

ојачивача

Процес

производње

Други

материјал

у

контакту

Мазиво

, подмазивањ

еОптерећењ

еБрзина клизања

Тем

пература

Пут

/ врем

е клизања

/11/


диску

Aлуминијум

Делићи

5, 1

0, 1

5 и

20%

M

7C3

(~ 2

0 μ

m)

20%

SiC

(4,

2 μm

) 20

% S

iFe

20%

Al 2O

3 (3

,9 μ

m)

10%

SiF

e –

10%

A

l 2O3


Нисколегирани

челик

, 55

HR

C

- 5

- 20

N

~ 1

m/s

20

, 50,

100

, 15

0 и

200

°C

4000

m

/12/


диску

Aлуминијум

Челична

влакна

без

и са

превлакам

а од

C

u и

Ni (

5% и

120

x

350-

550 μm

)

Ливењ

е Челик

, 63

RC

Без

10

, 20,

30 и

40

N

1,8

m/s

Собна

20

00 m

/13/

Трибом

етар

са

осцилаторним

кретањ

ем

2024

80

-95

HR

B

Делићи

15, 2

0 и

30%

SiC

(3,

5,

10 и

20 μ

m)


Si 3N

4 Без

0,

6 -

3,8 М

Pa

0,01

m/s

-

-

/14/


диску

A

201

Ra

= 0

,1 μ

m

Делићи

22,2

% A

l-Fe-

V-S

i (7

5,15

0 и

250 μm

)

Ливењ

е под

притиском

Челик

, Ra

= 0

,1

μm

- 15

, 25 и

35 N

1,

1,5

, 2,5

и 3

,15

m/s

Собна

, 200

и

300

°C

6000

m

/15/

Сфера на

блоку


кретањ

е)

2618

R

a =

0,6

μm

Делићи

SiC

(15

% и

7,5

μm

)-

Тем

пер ливено

гвож

ђе, 7

97 H

V

- 25

N

0,3

m/s

, фреквенција

10

Hz,

ам

плитуда

15 m

m20

- 2

00 °C

27

00 m

/16/

3 епрувете

на

диску

2024

R

a =

0,4

и 2

,5

μm

Делићи

10%

SiC


S45

C (

JIS

) челик

, 25

0 H

V, R

a =

1,1

и

3 μm

и

S45

C са

превлаком

од

T

iN, 2

200

HV

, R

a =

1,6

μm

Без

Водом

Уљни

филм

Уљно

купатило

8,3

MP

a 0,

02 m

/s

20±1

°C

150

m

A. Vencl, A. Rac


124

Физичко-механичке карактеристике испитиваних материјала Таблица 4 (Physical and mechanical properties of the materials tested Table 4)

Материјал (Material)

Тврдоћа (Hardness),

HV500

Густина (Density),

kg/m3

Напон течења (Yield stress),

MPa

Затезна чврстоћа (Tensile strength),

MPa

Издужење (Elongation),

% Алуминијум (Aluminium)

37 2720 71,5 134,2 21,6

Al/5M7C3 56 2762 145 204 16 Al/10M7C3 72 2843 161 215 9,1 Al/15M7C3 98 2905 183 300 7,1 Al/20SiC 62 2753 122,7 212,3 12,5 Al/20SiFe 85 2735 120 191,2 15,9 Al/20Al2O3 59 2740 80,9 167 17,3 Al/10SiFe - 10Al2O3 92 2739 153 262 15,4

Plot of wear rate vs. normal load at room temperature indicates that growth of normal load induces the wear rate to increase as well (Fig. 2).

Интензитет хабања у функцији нормалног оптерећења при собној температури указује да са порастом вредности нормалног оптерећења долази и до пораста интензитета хабања (сл. 2).

Слика 2 Зависност интензитет хабања од нормалног оптерећења при брзини од 1 m/s (Figure 2 Dependence of wear rate on normal load at sliding speed of 1 m/s)

There is a significant reduction of wear rate of reinforced materials compared to pure aluminium. Differences in wear rates among the reinforced materials, which

Приметно је значајно смањење интензитета хабања за ојачане материјале у односу на чист алуминијум. Разлике у интензитетима хабања између



125

grow with load increase, are explained by the difference in bond strength of reinforcement and matrix. Under high loads, certain reinforcements leave the matrix and act as abrasive particles.

ојачаних материјала, које расту са порастом оптерећења, се објашњавају разликом у чврстоћи везе ојачивача и матрице. Поједини ојачивачи се, при великим оптерећењима, издвајају из матрице и делују као абразивне честице.

Слика 3 Зависност интензитет хабања од температуре контакта

(Figure 3 Dependence of wear rate on contact temperature)

Influence of contact temperature upon the wear rate is shown in Figure 3. Appearance of critical temperature is noticed (around 100°C), above which the wear rate increases rapidly. Simultaneously, surface layers of tested materials soften and they are subject to adhesive wear. Influence of volume fraction and size of reinforcement particles was analysed by several authors /13, 14, 18/. In one of them /13/ the testing was performed on a 2024 Al alloy reinforced by SiC particles. Figures 4 and 5 present the dependence of wear rate on normal stress for the matrix and material reinforced by SiC particles 3.5 μm large and of different volume fraction, and for the material reinforced by SiC particles of different size and with the same volume fraction of 15 %, respectively.

Утицај температуре контакта на интензитет хабања је приказан на слици 3 и запажа се појава критичне температуре (око 100 °C) изнад које се интензитет хабања нагло повећава. При томе долази до омекшавања површинских слојева и адхезивног хабања испитиваних материјала. Утицај садржаја и величине делића ојачивача је обрађен у више радова /13, 14, 18/. У једном од њих /13/ испитивана је алуминијумска легура 2024 ојачана делићима SiC. На сликама 4 и 5 је приказана зависност интензитета хабања од нормалног напона за матрицу и материјал ојачан SiC делићима величине 3,5 μm и различитог процентуалног садржаја, односно за материјал ојачан SiC делићима различитих величина и истог процентуалног садржаја од 15 %.

A. Vencl, A. Rac


126

Слика 4 Зависност интензитет хабања од нормалног напона за делиће величине 3,5 μm, различитог процентуалног садржаја

(Figure 4 Dependence of wear rate on normal stress for 3.5 μm particles, of different volume fraction)

Слика 5 Зависност интензитет хабања од нормалног напона за делиће различите величине и процентуалног садржаја 15 %

(Figure 5 Dependence of wear rate on normal stress for particles of different size and the same volume fraction 15 %)



127

It is observed that increase of volume fraction and size of SiC particles reduces the wear rate, i.e. that the reinforced materials have significantly better wear properties. The authors also conclude that further increase of particles' volume fraction above 30% doesn't reduce the wear rate, i.e. that the dependence between the particle size and the wear rate isn't always directly proportional. It depends upon the load and the type of particle volume fraction and one can expect none or even inverse influence of particle size upon the wear rate. Authors from Japan /18/ have investigated the aluminium alloy Al-Si-Cu, the chemical composition of which is given in Table 5, also reinforced with SiC particles of different size and volume fraction. Dependence of worn material volume loss upon the sliding distance for the tested materials is given in Figure 6.

Примећује се да са порастом процентуалног удела и величине делића SiC опада интензитет хабања, односно да ојачани материјали имају знатно боље карактеристике хабања. Аутори такође закључују да се даљим повећањем садржаја делића изнад 30% не добија смањење интензитета хабања, тј. зависност величине делића и интензитета хабања није увек једнозначна. Она зависи од оптерећења и врсте процентуалног садржаја делића и могућ је никакав или чак обрнут утицај величине делића на интензитет хабања. Аутори из Јапана /18/ су испитивали алуминијумску легуру Al-Si-Cu хемијског састава датог у таблици 5, такође ојачану SiC делићима различите величине и процентуалног садржаја. Зависност запремине похабаног материјала од пређеног пута за испитиване материјале је дата на слици 6.

Хемијски састав Al-Si-Cu легуре, % Таблица 5 (Chemical composition of Al-Si-Cu alloy, % Table 5)

Si Cu Mg Fe Zn Mn Ni Al

6,51 2,17 0,26 0,63 0,48 0,24 0,04 Остатак (Balance)

The authors have also obtained better wear properties for materials reinforced with particles of larger size and larger volume fraction. Metalographic examination by the scanning electron microscopy (SEM) has led to the conclusion that the wear is induced by plastic deformations in the sub surface layer. These plastic deformations have caused fracture of particles and finally their delamination. Thickness of the layer that plastic deformation occurs within is not the same for all specimens and decreases with the increase of size and volume fraction of particles in the specimen (Fig. 7), i.e. their wear resistance is better.

Такође су добијене боље карактеристике хабања за материјале ојачане делићима већих димензија и већег процентуалног садржаја. Металографским испитивањем на скенинг-електронском микроскопу (SEM) дошло се до закључка да је настало се хабање последица пластичних деформација у слоју непосредно испод похабане површине. Те пластичне деформације су проузроковале лом делића и коначно њихово љуспање и одвајање. Дебљина слоја у коме долази до пластичних деформација није иста за све узорке и опада са порастом величине и процентуалног садржаја делића у узорку (сл. 7), односно отпорност на хабање им је боља.

A. Vencl, A. Rac


128

Слика 6 Зависност запр. похабаног мат. од пређеног пута за испитиване материјале (Figure 6 Dependence of volume loss upon the sliding distance for the tested materials)

Слика 7 Микрографски снимак попречног пресека: а) матрица, б) композит са 13 % SiC (11,5 μm), в) композит са 50 % SiC (11,5 μm) и г) композит са 38 % SiC (57 μm)

(Figure 7 Micrographic photo of the cross-section: a) matrix, b) composite with 13 % of SiC (11.5 μm), c) composite with 50 % of SiC (11.5 μm) and d) composite with 38 % of SiC (57 μm))



129

Aluminium based alloys with Si as the main alloying element, the so-called silumins, grace to their high yieldness and castability, have been largely investigated /18, 19, 20, 21, 22/. A group of authors have analysed the influence of reinforcement in the form of short carbon and Al2O3 fibres /22/. Chemical composition of the Al-12Si matrix is given in Table 6 and the physical and mechanical properties of the fibres are presented in Table 7.

Алуминијумске легуре са силицијумом као главним легирајућим елементом тзв. силумини су, због високе течљивости и ливљивости, јако заступљени у истраживањима /18, 19, 20, 21, 22/. У једном од радова је обрађен утицаја ојачивача у виду кратких угљеничних и Al2O3 влакана /22/. Хемијски састав матрице Al-12Si је дат у таблици 6 а физичко-механичке карактеристике влакана у таблици 7.

Хемијски састав Al-12Si легуре, % Таблица 6 (Chemical composition of Al-12Si alloy, % Table 6)

Si Mg Cu Ni Fe Mn Zn Al

11-13 0,8-1,5 0,5-1,5 0,5-1,5 < 0,2 < 0,04 < 0,01 Остатак (Balance)

Физичко-механичке карактеристике коришћених влакана Таблица 7 (Physical and mechanical properties of fibres used Table 7)

Врста влакна

(Fiber type)

Састав (Composition),

% (m/m)

Густина (Density),

g/cm3

Затезна чврстоћа (Tensile

strength), MPa

Модул еластичности

(Young’s modulus), GPa

Пречник (Diameter),

μm

Дужина (Length), μm

Угљенична (Carbon)

C: >92 1,78 3000 210 6 - 8 2 - 4

Al2O3 Al2O3: 95, Al2O3 +

SiO2: >99 3,3 1800 380 10 - 14 0,3 - 0,7

Authors have varied the volume fraction of Al2O3 fibres (0-12 %) and carbon fibres (0-16 %), as well as the normal load (49 - 294 N). The tests were conducted at room temperature, at sliding speed of 0.837 m/s and sliding distance of 1005 m. Mechanical properties of the tested materials are given in Table 8, and the dependence of the friction coefficient, i.e. the wear rate, upon the normal load is presented in Figure 8, i.e. in Figure 9, respectively.

Варирани су процентуални садржај влакана Al2O3 (0-12 %), угљеничних влакана (0-16 %), као и нормално оптерећење (49 - 294 N). Испитивања су изведена на собној температури, при брзини клизања од 0,837 m/s и путу клизања од 1005 m. Механичке карактеристике испитиваних материјала су дате у таблици 8, а зависност коефицијента трења, односно интензитета хабања, од нормалног оптерећења је приказана на слици 8, односно на слици 9.

A. Vencl, A. Rac


130

Механичке карактеристике испитиваних материјала Таблица 8 (Mechanical properties of tested materials Table 8)

Затезна чврстоћа (Tensile strength), MPa

Модул еластичности (Young’s modulus), GPA

Материјал (Material) на (at) 25 °C

на (at) 300 °C

на (at) 25 °C

на (at) 300 °C

Тврдоћа (Hardness), HB на (at)

20 °C

Al-12Si 303 216 57,5 40,8 131 4% C / Al-12Si 250 251 64,2 42 132 12% Al2O3 / Al-12Si 301 246 71,5 44,7 162

Слика 8 Зависност коефицијента трења од нормалног оптерећења (Figure 8 Dependence of friction coefficient on normal load)

Слика 9 Зависност интензитета хабања од нормалног оптерећења (Figure 9 Dependence of wear rate on normal load)



131

The lowest friction coefficient was observed for composite with 4 % of carbon fibres that played a role of lubricant. Somewhat higher friction coefficient of the composite with Al2O3 fibres compared with the matrix material is explained by the fact that, because of the heating of the surface during the wear and plastic deformation of the matrix, the Al2O3 fibres are pulled-out to the surface where they are fractured and comminuted, that makes the surface more rough and increases the friction force. Presence of carbon fibres somewhat lowers this influence. Presence of the hard Al2O3 fibres increases the strength, load-bearing capacity and thermal stability of the matrix, and reduces the plastic deformation. All this reduces the adhesive wear of composites and the temperature growth, and that effect in increasing of the wear resistance (Fig. 9). The composite with 4 % C and 12 % Al2O3 has shown the best wear resistance which complies with the obtained mechanical properties at elevated temperatures (Table 8). The influence of the volume fraction of Al2O3 fibres in composites is dual. Optimal volume fraction is determined by considering both effects (Fig. 10). Increase of the Al2O3 fibres volume fraction improves the mechanical properties of composites and reduces wear rate (∆ W1) and, on the other hand, greater volume fraction means greater possibility of peeling of reinforcing fibres and occurrences of abrasion, i.e. increase of wear rate (∆ W2). The lowest overall wear rate (∆ W) was obtained when the volume fraction of Al2O3 fibres equalled 12 %. Influences of other factors (sliding speed, roughness, etc.) are outlined in the article by authors from USA /26/.

Најнижи коефицијент трења је имао композит са 4 % угљеничних влакана која су одиграла улогу мазива. Нешто виши коефицијент трења композита са Al2O3 влакнима у односу на материјал матрице се објашњава чињеницом да, услед загревања површине током хабања и пластичног деформисања матрице, Al2O3 влакна бивају избачена на површину где долази до њиховог кидања и дробљења, што површину чини храпавијом и повећава силу трења. Присуство угљеничних влакана само донекле смањује овај утицај. Присуство тврдих Al2O3 влакана повећава чврстоћу, носивост и термичку стабилност матрице, а смањује пластичну деформацију. Све ово смањује адхезивно хабање композита и раст температуре, што утиче на пораст отпорности на хабање (сл. 9). Композит са 4 % C и 12 % Al2O3 је показао најбољу отпорност на хабање што је у складу са добијеним механичким својствима на повишеним температурама (таб. 8). Утицај садржаја Al2O3 влакана у композитима је двојак. Оптимални садржај се добија узимањем у обзир оба утицаја (сл. 10). Са повећањем садржаја влакана Al2O3 побољшавају се механичке карактеристике композита, и смањује интензитет хабања (∆ W1) а са друге стране већи садржај значи и већу могућност љуспања са површине и појаве абразије, односно повећања интензитета хабања (∆ W2). Најмањи укупни интензитет хабања (∆ W) је добијен при садржају Al2O3 влакана од 12 %. Утицаји осталих фактора (брзина, храпавост, итд.) су прегледно дати у раду аутора из САД /26/.

A. Vencl, A. Rac


132

Слика 10 Шематски приказ двојног ефекта Al2O3 влакана на интензитет хабања (Figure 10 The schematic diagram of dual-effect of Al2O3 fibres on wear rate)

2.2 New technologies of aluminium alloys production Global development of science and technology has promoted the use of new technologies and upgrading of the existing ones. These are the so-called ''in-situ'' technologies, which provide the improvement of material properties by applying special conditions during casting, forging and extrusion. Materials produced in this way can conditionally be called ''composites'' only - their reinforcement component is not added but is obtained as the result of chemical reactions within the material during forming of the parts. One of the most used and investigated technologies is thixoforming i.e. forming parts from the material that is in thixotropic state /27, 28, 29/. Thixoforming can be used for forming the parts from the composite material as well. The process generally consists of 3 steps: feed stock manufacturing, its reheating and forming the final product (Fig. 11).

2.2 Нове технологије добијања Al легура Развој технике је омогућио примену нових технологија и унапређење постојећих. То су такозване “in situ” технологије, код којих се побољшање карактеристика материјала обезбеђује применом посебних услова током ливења, ковања и истискивања. Овако добијени материјали се условно могу назвати композитима само што се код њих компонента која служи као ојачивач не додаје већ се добија као резултат хемијских реакција у материјалу током израде делова. Једна од највише примењиваних и истраживаних технологија је тиксоформирање тј. формирање готовог дела од материјала који је у тиксотропном стању /27, 28, 29/. Тиксоформирањем је могуће израђивати и делове од композитних материјала. Процес се генерално састоји од три корака: производње припремка, његовог поновног загревања и формирања готовог дела (сл. 11).



133

Слика 11. Шематски приказ процеса тиксоформирања (Figure 11 The schematic diagram of the thixoforming process)

Feed stock manufacturing. The pre-conditions to realise the semi-fluid state, necessary for thixoforming, are a suitable alloy and an appropriate structural state of the feedstock. There are several methods for manufacturing the feed stock of the appropriate structure, and all these methods are based upon the existing techniques of continuous casting with certain modifications. One method is electromagnetic stirring, that uses intensive stirring during the solidification to attain the needed, fine grain globular, non dendritic, structure. The second method is chemical grain refinement accomplished by introducing higher amount of grain refiner, and the third method is thermo-mechanical treatment that attains the better formability of feed stock parts.

Производња припремка. Почетни услов за добијање полутечног стања, потребног за тиксоформирање, је одговарајућа легура одговарајуће структуре. Постоји више начина за добијање одговарајуће структуре припремка, а сви се базирају на већ постојећим техникама континуалног ливења уз одређене модификације. Један од начина је електромагнетно мешање, код кога се интензивним мешањем током очвршћавања постиже одговарајућа, ситнозрнаста не дендритска структура. Друга могућност је хемијско оплемењивање увођењем веће количине зрнастог оплемењивача, а трећа могућност је термо-механичка обрада којом се постиже боља формабилност припремка.

A. Vencl, A. Rac


134

Reheating. This is an important step in the thixoforming process since the microstructure of the material in semi-liquid state, adjusted during the heating, decisively influences its rheological behaviour relevant during the forming process. Forming. As it is observed in Figure 3, all three conventional methods (casting, forging and extrusion) can, with appropriate modifications, be used for forming the final part. Advantages of thixoforming are, besides obtaining the better material properties, higher material usage (in some cases up to 100%), possibility of achieving complex shape geometries as well as reduced need for subsequent machining and reduction of consumed energy since lesser forming energy is needed comparing to conventional methods. Influence of the thixoforming process on the tribological properties of the Al-Si alloy was analysed by authors from Spain, within the EU-BRITE-EURAM project /28/. Dry sliding wear test were performed using a pin on disc machine, at normal load of 46.51 N, sliding distance of 2000 m and sliding speed of 0.089 m/s. Chemical composition and hardness of two of the five materials tested are given in Table 9. Material H4 was manufactured by conventional casting and material 501 by thixoforming.

Поновно загревање. Ово је важан корак у процесу тиксоформирања пошто микроструктура материјала у полутечном стању, добијена током поновног загревања, има одлучујући утицај на његове реолошке карактеристике битне током формирања готовог дела. Формирање готовог дела. Као што се може видети на слици 3 сва три конвенционална поступка (ливење, ковање и истискивање) могу, уз одговарајуће модификације, да буду примењена при формирању готовог дела. Предности тиксоформирања су, осим добијања бољих карактеристика материјала, боља искоришћеност материјала (у неким случајевима и до 100%), могућност добијања сложених облика уз смањење потребе за додатном обрадом и смањење утрошене енергије с обзиром да је потребна мања сила у поређењу са конвенционалним поступцима. Утицај процеса тиксоформирања на триболошке карактеристике Al-Si легуре је обрађен у истраживању аутора из Шпаније, која су извођена у оквиру EU-BRITE-EURAM пројекта /28/. Испитивања су вршена на уређају епрувета на диску, у условима клизања без подмазивања, при нормалном оптерећењу од 46,51 N, путу клизања од 2000 m и брзини клизања од 0,089 m/s. Хемијски састав и тврдоћа два од пет коришћених материјала су дати у таблици 9. Материјал H4 је произведен конвенционалним поступком ливења а материјал 501 поступком тиксоформирања.

Хемијски састав и тврдоћа коришћених материјала Таблица 9 (Chemical composition and hardness of tested materials Table 9)

Хемијски састав (Chemical composition), % Материјал (Material) Si Mg Cu Ni Fe Ti

Тврдоћа (Hardness), HRB

H4 12,29 1,30 4,40 0,00 0,12 0,11 45 501 15,70 0,54 4,56 4,10 - 0,17 77



135

Wear was determined by measuring the height of pin made of tested materials (Figs. 12 and 13).

Хабање је одређивано мерењем висине опитне епрувете направљене од испитиваних материјала (сл. 12 и 13).

Слика 12 Зависност хабања и коефицијента трења од пута клизања за мат. 501 (Figure 12 Dependence of wear and friction coefficient on sliding distance for material 501)

Слика 13 Зависност хабања и коефицијента трења од пута клизања за мат. H4 (Figure 13 Dependence of wear and friction coefficient on sliding distance for material H4)

Significantly better tribological properties, especially the better wear resistance, observed for the thixoformed material are explained by homogeneous structure and smaller distance between the Si particles. The main form of wear for this material

Знатно боље триболошке карактеристике, пре свега боља отпорност на хабање, које су уочене код тиксоформираног материјала се објашњавају хомогеном структуром и мањим растојањем између честица Si. Основни вид хабања код овог

A. Vencl, A. Rac


136

was the wear induced by oxidation and for the material H4, after the initial wear induced by oxidation, it was replaced by the adhesive wear. 3. Conclusion From the ecological and economic aspect, use of aluminium in the automotive industry is the reality and necessity, and need for improvement of tribological properties of aluminium alloys is the task that is intensively being solved. In the past investigations it was shown that, beside the use of coatings, use of composites and development of new technologies represent two possible solutions of the tribological problems for parts formed from Al alloys. Alloys of aluminium with silicon as the main alloying element and reinforcements in the form of SiC and Al2O3 are the most often used alloys in the automotive industry, and the thixoforming process is one more method for the improvement of tribological properties and reduction of energy consumption. It is worth noting that, when analysing new materials and techniques, it is always necessary to consider the working conditions and the second material in the contact and possible presence of lubricants i.e. the whole tribological system. Literature [1] R. Pešić, D. Nestorović, S. Veinović:

Environmental goals in the vehicle development, I Conference ZORA XXI, Proceedings, Pages 78 - 87, Novi Sad, 20 do 22. May 2004

[2] S.C. Tung and M.L. McMillan, Automotive tribology overview of current advances and challenges for the future, Tribology International, 37, 2004, 517-536

материјала је било хабање настало као последица оксидације а код материјала H4 је после почетног, хабања насталог као последица оксидације, дошло до адхезионог хабања. 3. Закључак Коришћење алуминијума у моторној индустрији са еколошког и економског аспекта су реалност и нужност, а потреба побољшања триболошких карактеристика Ал легура је задатак на коме се у свету интензивно ради. У досадашњим истраживањима је показано да су, поред наношења превлака, коришћење композита и развој нових технологија, могућа решења за триболошке проблеме код делова израђених од алуминијумских легура. Легуре алуминијума са силицијумом као главним легирајућим елементом и ојачивачима у виду SiC и Al2O3 су најчешће коришћене легуре у моторној индустрији, а процес тиксоформирања се јавља као још један од начина за побољшање триболошких карактеристика и смањења утрошка енергије. Битно је напоменути да је у разматрању нових материјала и техника увек потребно узети у обзир радне услове као и други материјал у контакту и евентуално присуство мазива тј. цео триболошки систем. Литература [1] Р. Пешић, Д. Несторовић, С.

Веиновић: Еколошки циљеви у развоју возила, I Конференција ЗОРА XXI, стране 78 до 87,Нови Сад, 20 до 22. мај 2004.

[2] S.C. Tung and M.L. McMillan, Automotive tribology overview of current advances and challenges for the future, Tribology International, 37, 2004, 517-536



137

[3] --, High-pressure die cast and squeeze cast engine blocks made of aluminium, Kolbenschmidt Pierburg AG, Publication, http://www.kolbenschmidt.de/pdfdoc/dg_e.pdf

[4] W.H. Hunt, Jr., D.B. Miracle, Automotive Applications of Metal-Matrix Composites, 1029-1032

[5] K. Laden, J.D. Guérin, M. Watremez and J.P. Bricout, Frictional characteristics of Al–SiC composite brake discs, Tribology Letters, 8, 2000, 237-247

[6] J. Goñi, P. Egizabal, J. Coleto, I. Mitxelena and J.R. Guridi, High performance automotive and railway components made from novel competitive aluminium composites, Materials Science and Technology, Jul 2003, 19, 7, 931-934

[7] E.P. Becker, Trends in tribological materials and engine technology, Tribology International, 37, 2004, 569–575

[8] K. Daub, S. Hock, F. Thorenz and A. Berchtold, Dimensionally Stable Aluminium Casting Components, AutoTechnology, 5, 2004, 58-61

[9] A. Rac and A. Vencl, Тribological coatings on aluminium alloys used in engine cylinder bore-piston system, МVМ Special Edition, December 2004, page 105-113.

[10] A. Druždžel, Friction and wear of Al-based MMCs under conditions of oscillatory relative motion, PhD thesis, Delft University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Marine Technology, 1996

[11] M.H. Korkut, Effect of particulate reinforcement on wear behaviour of aluminium matrix composites, Materials Science and Technology, Jan 2004, 20, 1, 73-81

[12] D. Mandal, B.K. Dutta and S.C. Panigrahi, Wear and friction behavior of stir cast aluminium-base short steel fiber reinforced composites, Wear, 2004, Article in press

[3] --, High-pressure die cast and squeeze cast engine blocks made of aluminium, Kolbenschmidt Pierburg AG, Publication, http://www.kolbenschmidt.de/pdfdoc/dg_e.pdf

[4] W.H. Hunt, Jr., D.B. Miracle, Automotive Applications of Metal-Matrix Composites, 1029-1032

[5] K. Laden, J.D. Guérin, M. Watremez and J.P. Bricout, Frictional characteristics of Al–SiC composite brake discs, Tribology Letters, 8, 2000, 237-247

[6] J. Goñi, P. Egizabal, J. Coleto, I. Mitxelena and J.R. Guridi, High performance automotive and railway components made from novel competitive aluminium composites, Materials Science and Technology, Jul 2003, 19, 7, 931-934

[7] E.P. Becker, Trends in tribological materials and engine technology, Tribology International, 37, 2004, 569–575

[8] K. Daub, S. Hock, F. Thorenz and A. Berchtold, Dimensionally Stable Aluminium Casting Components, AutoTechnology, 5, 2004, 58-61

[9] А. Рац и А. Венцл, Триболошке превлаке за алуминијумске легуре цилиндарско-клипне групе мотора СУС, МВМ Специјално издање, децембар 2004, стране 105-113.

[10] A. Druždžel, Friction and wear of Al-based MMCs under conditions of oscillatory relative motion, PhD thesis, Delft University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Marine Technology, 1996

[11] M.H. Korkut, Effect of particulate reinforcement on wear behaviour of aluminium matrix composites, Materials Science and Technology, Jan 2004, 20, 1, 73-81

[12] D. Mandal, B.K. Dutta and S.C. Panigrahi, Wear and friction behavior of stir cast aluminium-base short steel fiber reinforced composites, Wear, 2004, Article in press

A. Vencl, A. Rac


138

[13] Z.Y. Ma, Y.N. Liang, Y.Z. Zhang, Y.X. Lu and J. Bi, Sliding wear behaviour of SiC particle reinforced 2024 aluminium alloy composites, Materials Science and Technology, Sept 1996, 12, 9, 751-756

[14] C.C. Yang, W.M. Hsu, E. Chang, Wear performance of Al-Fe-V-Si particle reinforced cast aluminium alloy composites, Materials Science and Technology, Aug 1997, 13, 8, 687-694

[15] A. Martin, M.A. Martinez and J. LLorca, Wear of SiC-reinforced Al-matrix composites in the temperature range 20 - 200 °C, Wear, 193, 1996, 169-179

[16] N. Ueda, K. Dohda, Z. Wang and Y. Taniguchi, Tribo-characteristics of Al-SiC sintered alloy, 2nd World Tribology Congress, Vienna (Austria), 03-07.09.2001, CD Presentations/Papers

[17] A.T. Alpas and J.D. Embury, Sliding and abrasive wear behavior of an aluminum (2014)-SiC particle reinforced composite, Scr. Merall., 24, 1990, 931-935

[18] X.G. Zou, H. Miyahara, K. Yamamoto and K. Ogi, Sliding wear behaviour of Al-Si-Cu composites reinforced with SiC particles, Materials Science and Technology, Nov 2003, 19, 11, 1519-1526

[19] J.R. Gomes, A.S. Miranda, L.A. Rocha, S.J. Crnkovic, V. Silva, R.F. Silva, Tribological behaviour of SiC particulate reinforced aluminium alloy composites in unlubricated sliding against cost iron, 2nd World Tribology Congress, Vienna (Austria), 03-07.09.2001, CD Presentations/Papers

[20] G.H. Cao, S.Q. Wu, J.M. Liu and Z.G. Liu, Wear-resistance mechanism of an Al–12Si alloy reinforced with aluminosilicate short fibers, Tribology International, 32, 1999, 721–724

[21] M. Bai and Q. Xue, Investigation of wear mechanism of SiC particulate-reinforced Al-20Si-3Cu-1Mg aluminium matrix composites under dry sliding and water lubrication, Tribology International, 30, 4, 1997, 261-269

[13] Z.Y. Ma, Y.N. Liang, Y.Z. Zhang, Y.X. Lu and J. Bi, Sliding wear behaviour of SiC particle reinforced 2024 aluminium alloy composites, Materials Science and Technology, Sept 1996, 12, 9, 751-756

[14] C.C. Yang, W.M. Hsu, E. Chang, Wear performance of Al-Fe-V-Si particle reinforced cast aluminium alloy composites, Materials Science and Technology, Aug 1997, 13, 8, 687-694

[15] A. Martin, M.A. Martinez and J. LLorca, Wear of SiC-reinforced Al-matrix composites in the temperature range 20 - 200 °C, Wear, 193, 1996, 169-179

[16] N. Ueda, K. Dohda, Z. Wang and Y. Taniguchi, Tribo-characteristics of Al-SiC sintered alloy, 2nd World Tribology Congress, Vienna (Austria), 03-07.09.2001, CD Presentations/Papers

[17] A.T. Alpas and J.D. Embury, Sliding and abrasive wear behavior of an aluminum (2014)-SiC particle reinforced composite, Scr. Merall., 24, 1990, 931-935

[18] X.G. Zou, H. Miyahara, K. Yamamoto and K. Ogi, Sliding wear behaviour of Al-Si-Cu composites reinforced with SiC particles, Materials Science and Technology, Nov 2003, 19, 11, 1519-1526

[19] J.R. Gomes, A.S. Miranda, L.A. Rocha, S.J. Crnkovic, V. Silva, R.F. Silva, Tribological behaviour of SiC particulate reinforced aluminium alloy composites in unlubricated sliding against cost iron, 2nd World Tribology Congress, Vienna (Austria), 03-07.09.2001, CD Presentations/Papers

[20] G.H. Cao, S.Q. Wu, J.M. Liu and Z.G. Liu, Wear-resistance mechanism of an Al–12Si alloy reinforced with aluminosilicate short fibers, Tribology International, 32, 1999, 721–724

[21] M. Bai and Q. Xue, Investigation of wear mechanism of SiC particulate-reinforced Al-20Si-3Cu-1Mg aluminium matrix composites under dry sliding and water lubrication, Tribology International, 30, 4, 1997, 261-269



139

[22] D. Jun, L. Yao-hui, Yu Si-rong and L. Wen-fang, Dry sliding friction and wear properties of Al2O3 and carbon short fibres reinforced Al-12Si alloy hybrid composites, Wear, 257, 2004, 930–940

[23] K.N. Tandon, Z.C. Feng and X.Y. Li, Wear behavior of SiC particulate reinforced aluminum composites sliding against steel balls under dry and lubricated conditions, Tribology Letters, 6, 1999, 113–122

[24] T.T. Long, T. Nishimura, T. Aisaka, M. Ose and M. Morita, Mechanical properties and wear resistance of 6061 alloy reinforced with a hybrid of Al203 fibers and Sic whiskers, Trans. Jpn. Inst. Met., 29, 1988, 920-927

[25] A. Wang and H.J. Rack, Transition wear behavior of SiC-particulate and SiC-whisker-reinforced 7091 Al metal matrix composites, Mater. Sci. Eng. A, 147, 1991, 211-224

[26] A.P. Sannino, H.J. Rack, Dry sliding wear of discontinuously reinforced aluminum composites: review and discussion, Wear, 189, 1995, 1-19

[27] R. Kopp, G. Winning and T. Möller, Thixoforging of Aluminium Alloys, Institute for Metal Forming, RWTH-Aachen, Publication, www.rwth-aachen.de/sfb289/Ww/pdf/pub_ibf_metec99.pdf

[28] L. Lasa and J.M. Rodriguez-Ibabe, Effect of composition and processing route on the wear behaviour of Al–Si alloys, Scripta Materialia, 46, 2002, 477–481

[29] P. Kapranos, D.H. Kirkwood, H.V. Atkinson, J.T. Rheinlander, J.J. Bentzen, P.T. Toft, C.P. Debel, G. Laslaz, L. Maenner, S. Blais, J.M. Rodriguez-Ibabe, L. Lasa, P. Giordano, G. Chiarmetta and A. Giese, Thixoforming of an automotive part in A390 hypereutectic Al–Si alloy, Journal of Materials Processing Technology, 135, 2003, 271–277

[22] D. Jun, L. Yao-hui, Yu Si-rong and L. Wen-fang, Dry sliding friction and wear properties of Al2O3 and carbon short fibres reinforced Al-12Si alloy hybrid composites, Wear, 257, 2004, 930–940

[23] K.N. Tandon, Z.C. Feng and X.Y. Li, Wear behavior of SiC particulate reinforced aluminum composites sliding against steel balls under dry and lubricated conditions, Tribology Letters, 6, 1999, 113–122

[24] T.T. Long, T. Nishimura, T. Aisaka, M. Ose and M. Morita, Mechanical properties and wear resistance of 6061 alloy reinforced with a hybrid of Al203 fibers and Sic whiskers, Trans. Jpn. Inst. Met., 29, 1988, 920-927

[25] A. Wang and H.J. Rack, Transition wear behavior of SiC-particulate and SiC-whisker-reinforced 7091 Al metal matrix composites, Mater. Sci. Eng. A, 147, 1991, 211-224

[26] A.P. Sannino, H.J. Rack, Dry sliding wear of discontinuously reinforced aluminum composites: review and discussion, Wear, 189, 1995, 1-19

[27] R. Kopp, G. Winning and T. Möller, Thixoforging of Aluminium Alloys, Institute for Metal Forming, RWTH-Aachen, Publication, www.rwth-aachen.de/sfb289/Ww/pdf/pub_ibf_metec99.pdf

[28] L. Lasa and J.M. Rodriguez-Ibabe, Effect of composition and processing route on the wear behaviour of Al–Si alloys, Scripta Materialia, 46, 2002, 477–481

[29] P. Kapranos, D.H. Kirkwood, H.V. Atkinson, J.T. Rheinlander, J.J. Bentzen, P.T. Toft, C.P. Debel, G. Laslaz, L. Maenner, S. Blais, J.M. Rodriguez-Ibabe, L. Lasa, P. Giordano, G. Chiarmetta and A. Giese, Thixoforming of an automotive part in A390 hypereutectic Al–Si alloy, Journal of Materials Processing Technology, 135, 2003, 271–277

new wear resistant al based materials and their application in automotive industry

Documents