Structure studies on the AK7-SiC composite after machining

ABSTRACT: The paper presents results of the structural studies on the composites of alumina matrix after machining processes. There were used two different methods: Electrical Discharge Machining (EDM) and Abrasive Water Jet (AWJ). The phase composition of the composite was carried out by X-ray diffraction (XRD). In order to investigate the heterogeneity of the material there were conducted additional measurements using the Grazing Incident X-ray Diffraction (GIXD) for angles of 1°, 3°, 5°, 9° and 12°. Residual stresses were determined based on the sin²ψ and grazing (g-sin²ψ) methods for the main components of the composite - alumina and silicon carbide. Analysis of the diffraction patterns performed for different X-ray penetration depths, showed that the tested material was inhomogeneous. Furthermore, depending on the treatment method (EDM or AWJ), the tested materials were shown the differences, both in the phase composition and the residual stresses values, as well.

KEYWORDS: composite of alumina matrix, structural study, X-ray diffraction, GIXD, residual stress, Rietveld refinement.

STRESZCZENIE: W pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych stopów z układu AK7-10% obj. SiC, po procesie obróbki ubytkowej z wykorzystaniem dwóch metod: elektroerozyjnej i wodnościernej. Badania składu fazowego oraz jego zmian przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragga-Brentano. W celu zbadania niejednorodności materiału przeprowadzono dodatkowe pomiary w geometrii stałego kata padania (SKP – Grazing Incident X-ray Diffraction) dla kątów padania promieniowania rentgenowskiego: 1°, 3°, 5°, 9°, 12°. Przeprowadzono pomiary naprężeń własnych dla głównych składników stopów, tj. Al i SiC, które wyznaczono w oparciu o metodę g-sin²ψ.
Analiza dyfraktogramów wykonanych przy różnych głębokościach wnikania promieniowania rentgenowskiego wykazała, iż badany materiał kompozytowy jest wielofazowy i niejednorodny. Ponadto, w zależności od zastosowanej metody obróbki badanych materiałów (EDM i obróbka wodnościerna), wystąpiły różnice, zarówno w składzie fazowym, jak i w wielkościach wyliczonych naprężeń własnych.

SŁOWA KLUCZOWE: kompozyt o osnowie tlenku glinu, analiza struktury, dyfrakcja rentgenowska, geometria stałego kąta padania SKP, naprężenia szczątkowe, metoda Rietvelda.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• SOBCZAK J., WOJCIECHOWSKI S., Współczesne tendencje praktycznego zastosowania kompozytów metalowych: Kompozyty, Vol.2, 2002, s. 25-37.
• LLOYD DJ, LAGACE H, McLEODA, MORRIS P.L., Microstructural aspects of aluminum silicon-carbide particulate composites produced by a casting method: Mater Sci. Eng. A, 107, 1989, 73–80.
• KUNIEDA M., LAUWERS B., RAJURKAR K.P., SCHUMACHER B.M., Advancing EDM through Fundamental Insight into the Process: Cirp Annals - Manufactorin Technology, Volume 54, Issue 2, 2005, 64-87.
• YOUNG R.A., The Rietveld method, Oxford University Press, 1993.
• McCUSKER LB., Von DREELE R.B., COX D.E., LOUER D., SCARDI P., Rietveld refinement guidelines: J.Appl. Crystallogr., 32, 1999, 36-50.
• CULLITY B.D., Elements of X-ray diffraction, Prentice-Hall Inc., New Jersey 2001.
• SKRZYPEK S.J., Nowe możliwości pomiaru makronaprężeń własnych materiałów przy zastosowaniu dyfrakcji promieniowania X w geometrii stałego kata padania, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2002.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.97