在 摩擦学的发展 1687 - 5923 1687 - 5915 Hindawi出版公司 837469年 10.1155 / 2011/837469 837469年 研究文章 磨损行为及其与力学性能相关的矿2加强对铝瓶装复合材料 Dhokey n . B。 美国莱恩 K·K。 Settineri 卢卡 冶金和材料科学 政府工程学院 浦那411005 印度 coep.org.in 2011年 24 10 2011年 2011年 03 07年 2011年 01 08年 2011年 22 08年 2011年 2011年 版权©2011 n . b . Dhokey和k . k .美国莱恩。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

对铝瓶装矿2增强复合材料是一种很有前途的材料作为制动鼓的材料,而且可能成为替代传统的灰口铸铁。对铝瓶装复合材料含有2% wt铜钢筋2.5和5 wt % TiB2复合材料是在感应炉通过原位合成过程中使用同步添加卤化物通量(K2TiF6和公司4)。这些铸造复合材料进行微观结构、硬度、流量曲线特性和拉伸性能。观察,整体穿行为给了相当好的相关力学性能的复合材料比灰口铸铁。

 1。介绍

金属基复合材料含有陶瓷颗粒倾向于改善力学性能以及耐磨性通过创建限制在机械加工变形的材料。基于金属基复合材料(特别是铝和钛)被用于航空航天和汽车行业因其增强属性,如弹性模量、硬度、抗拉强度和耐磨性结合重大重量储蓄( 1, 2]。铝等陶瓷增援2O3原文如此,抽搐,TiB2用于结构应用,良好的韧性和耐磨性 3]。复合模量增加而抽搐,TiB2粒子增加,大于与铝复合2O3和原文如此。同时,界面结合增强在抽搐,TiB2员工复合材料( 4]。有不同的技术形成TiB2在粉末冶金等矩阵法、喷雾、沉积和流变成形等几种铸造方法,挤压铸造,stir-casting和混合涂料铸造 5, 6]。不同的系统是用于合成复合TiO等2-Al-B, TiO2-Al-B-CuO, TiO2-Al-B2O3,NaBH4,TiCl4和Ti-containing B-containing盐添加到融化导致一系列的化学反应,产生亚微米TiB2粒子内的熔体( 3, 7, 8]。增加钢筋产生在强度和刚度增加基合金的延性比铸铝( 4, 9]。复合材料的磨损率与TiB的显著改善2内容。摩擦系数也随TiB的增加而降低2内容,这表明磨损率下降,因此改善复合材料的耐磨性( 10, 11]。商业上使用的磨损和机械性能等级的铸铁(GI250 GIHC, GI 250 ti, CGI)表明,紧凑的石墨铸铁展品更高的机械强度在所有成绩,但却不如其他等级的铸铁耐磨性 12]。

众所周知,Al-MMC在汽车零部件中的应用可以减少车辆的重量,三分之一在灰口铸铁。当前工作的目的是建立一个相关Al-TiB的磨损行为和力学性能2复合材料比灰口铸铁。

 2。材料和实验方法 2.1。材料和加工

工业纯铝(CP)作为基体材料。通量原位合成技术被用来评估TiB的形式2加强综合利用基于商用氟的通量,hexafluorotitanate钾(K2TiF6)和钾tetrafluororate(公司4)。采用原位合成工艺制造的复合。个人通量,hexafluorotitanate钾(K2TiF6)和钾tetrafluororate(公司4),加在一起在熔融铝和反应是由( 1) K 2 TiF 6 + 2 公司 4 + ( 22 3 ) 艾尔 ⟶ 多弧离子镀 3 + 铝青铜 2 + 3 KAlF 4 + ( 1 3 ) K 3 阿尔夫 6 铝青铜 2 + 多弧离子镀 3 ⟶ 矿 2 + 4 艾尔

矿的形成2是由铝青铜的存在极大地影响了吗2和艾尔3在熔融铝钛。但由于这一事实形成的吉布斯自由能3Ti高于铝青铜2,低硼的恢复 13]。因此20%额外的公司4除了化学计量量相比减少了盟军的存在产品并完成生产TiB的反应2钢筋( 14]。合成复合材料的性质与灰口铸铁用于汽车制动鼓的应用程序,它由3.54% C, 2.15% Si和0.51%锰(wt)。

感应炉(25千瓦,使自动控制,孟买)是用于制造复合材料与控制氩笼罩,以及灰铸铁作为参考材料。经过足够的保持时间和德加的熔化,熔复合注入预热模具(200°C)铸型标本的尺寸150毫米长度和材料charaterisation 20毫米直径。

 2.2。材料表征

强化阶段观察在扫描电子显微镜(make-JOEL、日本)。样品的扫描电镜分析用电解抛光机抛光(Eletropol Metatech)与电解质溶液的流动(甲醇- 730毫升,丁基甲基纤维素- 98毫升,高氯酸- 78毫升蒸馏水- 100毫升)。此外,矩阵和钢筋分布,颗粒边界的披露进行了腐蚀使用·维莱拉试剂(20毫升氢氟酸,10毫升硝酸,30毫升甘油)。

复合材料的硬度是衡量使用微硬度机(fm - 700, future tech)。负载应用是100克15秒的停留时间。平均六阅读报道。

拉伸试样是按ASTM 370标准和测试在一个万能试验机(容量10吨)。三个样品的平均数据值从拉伸试验获得。在同一台机器上,压缩测试进行标本 l / D = 1 ( D = 20. 毫米)。的标本在压缩逐渐压步骤1000公斤,和它的瞬时高度和直径记录得到真实应力诗真应变图,使用平均三个试样。为每个组合相应的流量曲线方程推导研究 σ = k × ϵ n , 在哪里 σ = 真正的MPa的压力, ϵ = 真正的应变, n = 应变硬化指数。

Pin-on-Disc磨损试验机(M / s万能工程师,班加罗尔)是用于磨损分析。销试样(Ø10毫米)一直静止垂直于圆盘,圆盘时(SAE 52100钢,61 HRC, 0.3 μRA,圆盘直径165毫米)旋转,如图 1。一堆60 N和滑动速度1.8米/秒用于磨损率评估。平均磨损率报告是基于三个样品相同的成分。为了找出磨损试验期间温度上升,温度传感器放置在1毫米直径钻洞在15毫米距离滑动的标本。

示意图Pin-on-Disc机器的配置用于磨损试验。

 3所示。结果与讨论 3.1。微观结构分析

光学显微组织Al-TiB2复合材料具有不同强化内容如图 2。与纯铝相比,平均晶粒尺寸阶段复合相对较小。

光学显微图的铸铝,al - 2.5%——tib2al - 5%——tib2复合和灰口铸铁。

纯铸铝,100 x

al - 2.5%——tib2复合材料、100 x

al - 5%——tib2复合材料、100 x

灰口铸铁,100 x

 3.2。扫描电镜显微组织

图 3显示了al - 5%矿的微观结构2复合隔离TiB2(图 3)铝矩阵。通常,矿2粒子存在于种族隔离方式由于高界面能量。

扫描电镜显微照片显示了隔离TiB的口袋的放大图像2在铝基体5000 x。

 3.3。能谱分析和元素分布

能谱分析是用来确定近似钢筋化学成分以及矩阵。图 4表明光谱TiB al - 5%2复合铝和钛的山峰。EDS元素分析显示在图 5证实TiB的存在2沉淀。图 6元素分布表明,证实了硼,铝和钛。

EDX光谱和元素的映射——tib al - 5%2合成的。

EDX TiB的光谱和元素的映射2粒子。

元素分布的硼、铝、钛矿附近2集群。

 3.4。显微硬度分析

组合不同的硬度强化内容与灰口铸铁作为参考材料。图 7显示了不同强化Al-MMC变化TiB的内容2。包含2.5 wt % TiB Al-based复合2表明硬度提高47%,这是增加TiB2内容。注意到5%的硬度TiB2比纯铝是增加了近两倍,但比灰口铸铁。

铸铝的硬度变化,Al-TiB2复合材料和灰口铸铁。

 3.5。机械性能 3.5.1。拉伸性能

很明显从表 1综合表现出更高的生产和降低延性断裂强度高于铝。的显著改善复合材料的力学性能比铝可以归因于TiB2粒子的矩阵。类似的趋势增加拉伸性能是由以前的研究人员的报告通过wt。矿al - 12%2和al - c - 15%矿铜4.5% - 3%2复合材料( 15, 16]。断裂表面如图 8显示了一个从韧脆性断裂行为的转变;例如,纯铝表明杯和锥型韧性断裂,TiB al - 5%2揭示了混合模式延脆转变,灰口铸铁脆性断裂。

拉伸试验的数据进行铸造,Al-MMCs和灰口铸铁。

老不。 属性 纯铝 al - 2.5%——tib2 al - 5%——tib2 灰口铸铁
1 Y。S (MPa) 74年 93年 96年 - - - - - -
2 UTS (MPa) 121年 157年 180年 284年
3 断裂强度(MPa) 70年 78年 150年 284年
5 %减少区域 22.53 16.84 9.38 3.19
6 %伸长 8 6.5 6 3

Stereomicrographs拉伸断裂表面的(a)铸铝,(b)——tib al - 5%2灰口铸铁复合和(c)。

纯铸铝

al - 5%——tib2复合

灰口铸铁,100 x

 3.5.2。流量特性曲线

压缩试验结果绘制流量曲线的形式,和相应的属性来自流量曲线方程给出了表 2。它可以观察到,强度系数( K 在增援部队)的增加而增加,而应变硬化与TiB的增加减少2内容。总的来说,更高的矿2内容显示更高的应变硬化率( n )。这意味着综合表现出明显的变形行为可以从总变形在横向和纵向方向。

复合材料的流动曲线特性。

老不。 属性 纯铝 al - 2.5%——tib2 al - 5%——tib2
1 K (MPa) 137年 138年 141年
2 n 0.412 0.375 0.324
3 区域增长总值(沿径向方向) 56.25% 45.56% 42.12%
4 减少高度总值(沿纵向方向) 34.5% 31.5% 28.5%
3.6。滑动磨损分析

图 9显示了磨损率的变化对间质成分。显然,纯铝展品最高磨损损失而灰口铸铁显示最低磨损损失,对于给定的一组应用载荷和滑动速度。Al-based复合显示降低磨损率随着TiB的内容2强化它充当障碍剪切变形,而材料配合端面正在下滑。然而,磨损率远高于灰铸铁。同时,矿2作为承载元素矩阵。这支持在TiB的报道工作2钢筋al - 7% si合金( 17]。图 10显示,温度上升在滑动对纯铝及其复合材料比灰口铸铁。众所周知,铝展品高导热系数(237 W / m·K),并减少与增加TiB,虽然灰口铸铁导热系数相对较低(70 W / m·K)。它可以指出,TiB的加法2粒子铝矩阵给出了一些影响降低了摩擦系数,明显的图 11。平均摩擦系数的变化对纯铝和复合材料变化在0.5 - -0.7的范围要大得多比灰口铸铁(0.21)。

磨损率的变化滑针用不同的材料做的。

温升变化滑针用不同的材料做的。

滑动摩擦系数变化针用不同的材料做的。

 4所示。相关的机械性能与磨损行为

穿是一个复杂的现象和治理不仅硬度,而且通过微观结构等影响参数,加工方法,滑动材料的热性能和机械性能( 18]。相关的基于机械磨损模型、热物理特性和工艺参数一直试图理解穿复杂性( 19]。

各种阴谋的机械性能来源于拉伸试验和压缩试验策划与耐磨性建立关联。它指出,磨损率与硬度(图显示了近似幂律关系 12),UTS(图 13),断裂应力(图 14(图),强度系数 15)、应变硬化指数(图 16)。所有这些关系,给 R 2 价值远远高于0.9,起诉强烈的机械性能对磨损率的影响。可以指出,强烈影响钢筋力学性能的微观结构。因此,体积磨损率遵循特定的趋势与硬度的材料验证Archard方程( 20.]。类似的努力找出相关的杨氏模量和硬度耐磨性是对不同合金元素的洛杉矶,Mg, Pd,锆。这是发现硬度和杨氏模量相关合金的耐磨性Al-Ni集团( 21]。

复合材料的硬度对磨损率的影响。

极限抗拉强度对复合材料的磨损率的影响。

复合材料的断裂强度对磨损率的影响。

复合材料的强化系数对磨损率的影响。

复合材料的应变硬化指数对磨损率的影响。

 5。结论

基于放弃讨论Al-MMCs与灰口铸铁及其相对的比较,可以得出以下结论。

机械性能强烈影响TiB的内容2在Al-MMCs。

穿的行为给予一个合理的相关性与硬度,极限抗拉强度、断裂强度、应变硬化指数Al-MMCs。磨损率之间的关系和力学性能验证Archard的方程。

磨损率随TiB的增大而减小2内容。

确认

作者感谢大学拨款委员会,印度为这项研究提供资金支持。感谢和赞赏也扩展到主任,工程学院,浦那和VNIT那格浦尔提供扫描电镜设施。

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