文摘
在这个调查,aluminium-silicon-based合金(LM6)的(0、2.5、5、10%)铜短钢纤维和5%碳化硼(B4C) element-strengthened复合材料被搅拌铸造法制造。LM6-based混合复合材料的力学性能和摩擦学行为进行调查,并考察了不同铸件的微观结构图像分析仪。测试进行了在不同负载(10年,20年,30、40 N)和不同的滑动空间(500、1000、1500、2000),分别。结果显示,样品含有10%的钢筋抗拉强度最高的记录231 MPa。另一方面,硬度值从71增加到144布氏硬度,当15%的钢筋是添加到样本。还指出,10%铜包钢纤维改善耐磨性LM6相比,50%。采用场发射扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面的形貌不同的滑动距离和负载条件下。混合复合材料显示,两者的结合短纤维和钢筋的陶瓷颗粒增强的机械性能,获得优越的耐磨性。
1。介绍
对铝瓶装金属基复合材料(AMMC)是广泛应用于汽车、体育、航空航天、海洋等工程领域。因为高强度重量比,耐磨性,耐蚀性好,和更好的可加工性。通过液体铝alloy-based陶瓷复合材料的冶金技术提供了优越的力学和摩擦学性能1]。穿是一个至关重要的参数考虑铝混合金属基体材料。材料的主要缺点是它们表现出较差的摩擦学性能。摩擦学的性能与不同的陶瓷颗粒增强的铝使用销盘摩擦计表现出更好的磨损特征(2]。铝合金强化与B4C复合材料制备的液体冶金技术与各种微粒重量分数。当复合材料的密度降低,拉伸力、硬度、抗压能力,和断裂韧性的陶瓷颗粒增加。铝(LM6)矩阵强化氧化铝和粉煤灰是捏造这增加了耐磨性(3- - - - - -5]。LM6铝合金是一种含有85%的共晶合金铝和硅的12 - 15%。它有能力抵抗腐蚀和热裂解。对铝瓶装金属基复合材料降低材料的成本,因为它们较小的重量,耐用性和可回收性。容易获得的增援和更高的产量可以最小化金属基复合材料的成本。添加陶瓷颗粒硅等2O3、石墨、铅玻璃提供了更好的铸造性能和切削加工性能的复合材料(6]。金属基复合材料可以通过液体产生冶金技术生产形状复杂的网。搅拌铸造过程中,不连续增援矩阵导致润湿性差、孔隙度和界面反应。对铝瓶装复合材料LM6提供更好的耐磨性和高强度的增加短钢纤维在不同的重量分数(7]。不同质量分数的B4C钢筋(3、6、9和12 wt。wt %)的3。%石墨(Gr)被添加到基质材料开发铝混合复合材料。新开发的混合物是由搅拌铸造法。铝混合复合材料是在销盘不同负载下测试和滑动距离。添加石墨材料自润滑效果,陶瓷颗粒基质材料的强度增加。显示与分层细槽磨损表面至少载荷和滑动速度。Al-B4C-Gr复合材料有9% B4C和3% Gr增强更好的耐磨性与其他增援部队(8]。此外,LM6铝是钢筋的粉煤灰使用搅拌铸造技术。复合材料的力学行为进行了调查,极限抗拉强度从35%上升到45%。然而,复合材料的密度和磨损损失减少。粉煤灰LM6矩阵物质的积累增加了复合材料的机械特性(9]。
金属基体(AA6061)钢筋与碳化硅和B4C是由粉末冶金制造的过程。硬度、强度、磨损率和摩擦系数增加,而降低了陶瓷颗粒体积的10%。B4C颗粒的各种重量%(2、4、6、8、10和12 wt。%)和平均粒子尺寸25μm是钢筋的贱金属搅拌铸造法。这是观察到样品的机械特性提高了的增援部队(10]。B的LM6合金不同重量分数4C增加硬度和降低密度(11],LM6合金与铜和碳化硅组合增加了密度和硬度12]。的阿尔2O3强化粒子进入LM6合金的硬度和抗压强度增加13]。同样,添加铝镍粒子LM6合金提供了更高的拉伸和屈服强度与纯合金。增加了wt % Al-N宏观硬度和显微硬度增加。14]。
Gowtham et al。15]报道的白衬衫与B4C LM6合金由搅拌铸造法。使用测试的力学行为进行了拉伸试验、硬度试验、压缩试验。齿轮的新复合材料可以通过对其设计和分析。最后,齿轮模型表示模块的增加和压力角之间的接触应力降低交配齿轮。Pio et al。16]调查Al-Ti-B的影响,并与LM6沙模铸造合金的方法。砂铸造工艺的性能通过考虑不同模的材料进行了分析。作者报道冷却利率之间的校正与晶粒细化。作者发现LM6铝合金生产的低模量提供了更好的机械性能。Kaur Sandhu [17)调查了LM6增强碳化硅和艾尔2O3。力学性能的改善,因为陶瓷粒子的散射。
Sivaprakash和Sathish18)调查了LM6合金的2O3,如果3N4挤压铸造复合材料制作的路线。该方法的主要优点是材料的最大负荷,低孔隙度和良好的表面光洁度。费萨尔和Prabagaran19]调查LM6合金复合材料的B4C粒子,和机械性能检查。提供的石墨粒子的自润滑性能,减少了燃料和润滑油的消耗与能量消耗的额外优势产业和汽车模块。活塞设计的新型复合材料,并通过有限元法进行了分析。此外,与基合金相比,结果表明混合复合材料产生更好的静态结构属性。曼荼罗et al。20.,21)检查al 2镁合金与裸铜、镀镍钢纤维矩阵。铜包钢纤维显示良好的结合强度和矩阵和填料之间的接口。这些复合材料的强度高于母材。复合材料的断裂机制喜欢酒窝形成、纤维断裂和被确定。从上面的文献调查,发现增加基合金的力学性能与填充材料和陶瓷颗粒。
在这部作品中,混合复合材料是由增强铜短钢纤维和B4C颗粒进入LM6合金采用搅拌铸造法。B4C粒子被选中是因为它的高硬度和耐磨损和腐蚀。早期的研究工作由作者报道的机械和磨损行为单一钢纤维增强LM13 / LM6 alloy-based铝复合材料(7,22- - - - - -26]。到目前为止,作者研究了钢纤维增强复合材料。目前的工作介绍了机械磨损行为的粒子(B4C)和纤维(铜包钢纤维)增强混合金属基复合材料。粒子和纤维增强复合材料的结合将提供更好的性能,而不是单粒子/纤维增强复合材料。硬度和拉伸性能等力学性能,微观结构,制作样品的摩擦学性能研究按ASTM标准和报告。
2。材料和方法
2.1。材料选择
LM6铝合金主要用于汽车应用程序由于其高硅含量(27,28]。因此,它被选为矩阵。碳化硼颗粒被选择,因为他们的高硬度和耐磨损和腐蚀。有优势的粒子和纤维增强复合材料,钢纤维已被选定,因为他们更高的抗拉强度和硬度与耐磨性更好。
LM6铝合金的化学结构是在桌子上1。钢纤维与化学结构表2。5 wt %的B4C颗粒大小小于100微米LM6铝合金的强化。3毫米钢纤维作为次级强化,及其wt % 0、2.5、5、10。钢纤维镀铜使用电极方法(7]。钢纤维平均纤维直径190μ米和500 - 3500μ米长度LM6铝合金中得到强化。
3所示。实验的程序
3.1。搅拌铸造法
LM6铝合金混合金属基质混合物是由液体冶金route-stir铸造过程,如图1。800克LM6铝合金是溶解在石墨坩埚,加热到750°C。然后,B4C和短钢纤维在950°C搅拌2 - 3小时850 rpm,分别。陶瓷颗粒和短纤维分离是由于剪切力的叶轮而激动人心的过程。不断搅拌融化达到均匀分散的陶瓷颗粒和纤维矩阵。因此,熔熔排入一个预热铸铁死在250°C的必需的300毫米长度30毫米直径(图2)。根据ASTM标准,样本和微观结构,硬度、抗拉强度,穿了。
3.2。拉伸试验
拉伸样品准备按ASTM E8标准,如图3。拉伸测试是由电脑UTM模型TECSOL TMC工程模型、印度,为每个样本10 kN负载细胞。抗拉强度是调查使用十字头2.5毫米/分钟的速度。图4显示了拉伸样品准备和破碎的拉伸测试样品来探索混合物的抗拉强度。
3.3。布氏硬度试验
布氏硬度的硬度试验进行验证器检查硬度LM6铝合金混合金属基复合材料。在该测试中,淬火钢球表面硬度计压头是被迫的金属进行测试。执行的测试是通过使用5毫米球硬度计压头的负荷500 kgf和停留时间10 - 15 S。
3.4。磨损试验
穿标本准备所需尺寸的10毫米直径35毫米长度按ASTMG99标准。销的接触表面对转盘(EN31不锈钢)磨损试验机如图5。研究样品的磨损行为,一堆10 N-40 N的滑动距离500 - 2000被认为是。重量损失测量实验中通过一个锅电子机器精度为0.0001 g。样品是使用丙酮清洗解决方案计算每个样本的磨损损失。使用对磨损表面进行调查。
4所示。结果与讨论
4.1。微观结构分析
分析LM6 Al alloy-based混合复合材料是由一个光学显微镜在不同wt %的增强材料。不同比例的复合样品被使用金刚砂抛光表。有各种类型的金刚砂表用于波兰材料120,400,800,1200,1500,2500沙砾表。完成后的抛光过程中,样本蚀刻进行微观结构分析。
增援部队分散在不同样本检查。这些颗粒清晰可见,而通过金相显微镜检查。LM6铝合金加强不同的钢纤维的重量% 5 wt。% B4C材料数据所示6(一)和6 (b)。它显示了均匀分散在AMMCs增援。同时,一个良好的界面之间的关系钢纤维和家长材料由于其铜纤维涂料来实现。数据6 (c)和6 (d)显示钢纤维的微观结构在LM6 Al合金和微孔隙。这种纤维也镀铜。铜涂层钢纤维避免液态铝之间的连接以及钢纤维,因此创建可行的金属间化合物的化合物。铜对铝和创建一个边界上的逻辑关系。LM6铝alloy-based混合金属基复合材料是由增强陶瓷粒子和短钢纤维。
(一)
(b)
(c)
(d)
4.2。复合材料的力学行为
4.2.1。准备硬度
样品的硬度增加的短钢纤维和常数B4在矩阵C之外。这是由于改革后的晶粒尺寸的材料,提高材料的硬度,如图7。
通过观察图,发现没有任何增援,硬度值低。通过改变铜包钢纤维(CCSF),样品的硬度增加。复合材料的硬度高达146布氏硬度增加了加固10 wt %短钢纤维和5 wt %碳化硼颗粒的矩阵。
4.2.2。极限抗拉强度
陶瓷颗粒的影响,钢纤维抗拉强度的混合复合材料拉伸试验确定。极限抗拉强度的变化与不同的钢纤维如图8。这是镀铜钢纤维。模型的抗拉强度随着纤维含量的增加而增长到5 wt。% CCSF。添加钢纤维可以减少样品的极限抗拉能力。
伸长率是延展性测量检查,如图9。这是观察到的位置混合材料与短钢纤维的加入可以降低矩阵的材料。
4.2.3。断口分析
断裂表面LM6合金混合复合材料显示为裂隙产生韧性断裂。然而,破碎钢纤维是以混合复合材料的断裂层,如图10 ()- - - - - -10 (d)。它提供了良好的界面粘结在矩阵和强化。
(一)
(b)
(c)
(d)
4.3。混合复合材料的摩擦学的行为
4.3.1。累积磨损损失
集体减肥LM6铝合金混合复合材料稳定滑动长度2000米的各种重量条件下10 N, 20 N, N, 30和40 N如图11。变异的集体失败的混合的混合物降低重量增加纤维wt。%常wt。% B4c .体重损失增加不同负载的10 N - 40 N。
4.3.2。由于滑动长度
变化在减肥LM6铝合金和LM6铝合金混合的混合物在图所示12。整个材料现在显示了一个不断完善与改进的滑动长度磨损损失。然而,最低磨损损失是观察到的强化。
4.3.3。穿层的分析
穿层LM6铝合金混合分析了复合材料在滑动的长度2000米10 N体重常数如图(13日)- - - - - -13 (d)。漫长的通道被检查层对应于其滑动方向。图(13日)显示完整的萧条,因为当地很多层,分工和图13 (b)显示相对细槽,因为钢纤维在LM6 Al合金的组合。的体积减少时发现小更高wt %的纤维是观察。数据13 (c)和13 (d)显示层5 wt受损。wt % CCSF和5。% B430 N C钢筋的负载测试。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
数据13 (e)- - - - - -13 (h)显示5 wt的显微图。% B4C和5 wt。% CCSF移动长度2000米的各加载10 N和40 N之间的不同。槽的数量增加而增加的重量,和关部门记录的最大重量。同时增加滑动距离矩阵减肥,完整的粒子和纤维。穿的方法通过不同权重变换从中等到严重。在当地负载40 N,分层和广泛的表面耕作。
5。结论
实验进行了调查LM6 Al alloy-based混合金属基体材料,准备各种重量分数的短钢纤维(CCSF)搅拌铸造路线。上面的样本调查检查抗拉强度、硬度、耐磨性,和下面的结果:(1)样品微观结构显示良好的界面连接矩阵中阶段和支持。(2)布氏硬度增加而提高短纤维含量和常数B4C到基材。(3)抗拉强度的样本表明,比例LM6 Al合金混合纤维增强的复合材料增加了抗拉强度,观察和高强度5 wt。%的短钢纤维增强复合材料。如果纤维含量增加超出5 wt。%,那么材料的抗拉强度降低。(4)穿减肥增加样品的重量和滑动距离。然而,体重减少的重量百分比的增援部队。(5)骨折显示样品表面破碎钢纤维层与抑郁症。复合材料的韧性断裂被发现。(6)复合材料的磨损表面显示细槽,连续沟槽,分层,钢纤维在样本的不同位置。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
信息披露
出版的学术目的只是为了亚的斯亚贝巴科技大学,埃塞俄比亚
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。