نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر خواص کششی کامپوزیت زمینه فلزی خودترمیم با زمینه ای از جنس آلیاژ قلع-بیسموت و سیم سوپرالاستیک نیکل-تیتانیوم به صورت تجربی و با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی جهت مطالعه پارامترهای تاثیرگذار در بازده ترمیم‌ شامل کسر حجمی سیم، پیش کرنش و دمای ترمیم، مورد بررسی قرار گرفته است. آلیاژ دوتایی قلع-بیسموت (Sn-13%Bi) در دمای 300 درجه سانتیگراد، ذوب و درون قالبی فلزی که قبلا پیش گرم شده بود، ریخته شد. سیم های آلیـاژ حافظه دار پیش از ریخته گری، درون قالب و در مقادیر مختلف (1، 2 و 3 سیم) تحت پیش کرنش های متفاوت (0، 2 و 4 درصد) قرار گرفتند. با درنظر گرفتن سه دمای 170، 180 و 190 درجه سانتیگراد برای عملیات حرارتی مربوط به ترمیم و استفاده از آرایه ی L-9 روش طراحی آزمایش تاگوچی، نمونه ها در 9 حالت اصلی جهت بررسی اثرات عوامل دخیل در آزمایش، ساخته شدند. سپس، نمونه ها پس از آزمون اولیه کشش و شکست، به مدت 24 ساعت درون کوره و در دمای ترمیم قرار داده شدند. پس از تـرمیم، قطعات بار دیگر تحت آزمون کـشش قرار گرفته و بر اساس خروجی این دو آزمـون، میزان بازیابی خواص مکـانیکی نمـونه ها تعیین شد. نتـایج نشان داد که در حالت 2 سیم با پیش کرنش 4 درصد، به ترتیب در دو دمای ترمیم 190 و 180 درجه سانتی گراد، بهترین بازده ترمیم برای استحکام کششی نهایی و چقرمگی حاصل شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An experimental investigation on tensile properties of self-healing metal matrix composite reinforced by superelastic NiTi wires using taguchi method

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Reza Khalili 1
  • Mohammad Amin Poormir 2
  • Reza Eslami-Farsani 3

1 1- Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran 2- Department of Applied Mechanics, Indian Institute of Technology Delhi, New Delhi, 110016, India

2 Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

3 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In the current study tensile properties of a self-healing metal matrix composite with a matrix made of Sn-13%Bi alloy and Ni-Ti SMA wires as reinforcement have been studied experimentaly utilizing taguchi method in order to determine the effect of wires volume fraction, pre-strain and healing temperature on results. Matrix alloy was molten in furnace at 300℃ and was casted in a preheated metallic mold. SMA wires was installed inside the mold in different quantities (1, 2, 3 wires) and different pre-strains (0, 2, 4 percent). By considering 3 healing temperature and using L-9 taguchi array, specimens in 9 main state was fabricated and tensile tested until failure. After the first test and fracture, specimens was placed in a furnace at healing temperature for 24 hours and then another tensile test was conducted in order to calculate the amount of recovered mechanical properties and introduce the efficiency level of each parameter on healing effectiveness. Results show that the presence of 2 wires with 4 percent of pre-strain and consecutively 190℃ and 180℃ healing temperatures create the best circumstances to achive highest amont of self healing efficiency for ultimate tensile strength and toughness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal Matrix Composite
  • Nickel Titanium wires
  • Self-healing
  • Superelastic
  • Taguchi
 
[1]  Ghosh, S. K., “Self-Healing Materials: Fundamentals, Design Strategies, and Applications“,  John Wiley & Sons, 2009.
[2]  Fratzl, P. Weinkamer, R., “Hierarchical Structure and Repair of Bone: Deformation, Remodelling, Healing“,  in: Self Healing Materials, Eds., pp. 323-335: Springer, 2007.
[3]  Vermolen, F. van Rossum, M. W. Perez, E. J. Adam, J., “Modeling of Self Healing of Skin Tissue“,  in: Self Healing Materials, Eds., pp. 337-363: Springer, 2007.
[4]  Baker, A. Jones, R. Callinan, R., “Damage Tolerance of Graphite/Epoxy Composites“, Composite Structures, Vol. 4, No. 1, pp. 15-44, 1985.
[5]  Dry, C., “Procedures Developed for Self-Repair of Polymer Matrix Composite Materials“, Composite structures, Vol. 35, No. 3, pp. 263-269, 1996.
[6]  Dry, C. M. Sottos, N. R., “Passive Smart Self-Repair in Polymer Matrix Composite Materials“, in Proceeding of, International Society for Optics and Photonics, pp. 438-444.
[7]  Files, B. S., “Design of a Biomimetic Self-Healing Superalloy Composite“, 1997.
[8]  Manuel, M. V., “Design of a Biomimetic Self-Healing Alloy Composite“, 2007.
[9]  Manuel, M. V. Olson, G. B., “Biomimetic Self-Healing Metals“, in Proceeding of, 18-20.
[10]Lucci, J. M. Amano, R. Rohatgi, P. Schultz, B., “Self-Healing in an Aluminum Alloy Reinforces With Microtubes“, in Proceeding of, American Society of Mechanical Engineers, pp. 79-88.
[11]Lucci, J. M. Amano, R. Rohatgi, P. Schultz, B., “Experiment and Computational Analysis of Self-Healing in an Aluminum Alloy“, in Proceeding of, American Society of Mechanical Engineers, pp. 1759-1768.
[12]Laha, K. Kyono, J. Sasaki, T. Kishimoto, S. Shinya, N., “Improved Creep Strength and Creep Ductility of Type 347 Austenitic Stainless Ateel Through the Self-Healing Effect of Boron for Creep Cavitation“, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 36, No. 2, pp. 399-409, 2005.
[13]Laha, K. Kyono, J. Shinya, N., “An Advanced Creep Cavitation Resistance Cu-containing 18Cr–12Ni–Nb Austenitic Stainless Steel“, Scripta materialia, Vol. 56, No. 10, pp. 915-918, 2007.
[14]Laha, K. Kyono, J. Shinya, N., “Some Chemical and Microstructural Factors Influencing Creep Cavitation Resistance of Austenitic Stainless Steels“, Philosophical Magazine, Vol. 87, No. 17, pp. 2483-2505, 2007.
[15]Shinya, N. Kyono, J. Laha, K., “Improvement of Creep Rupture Properties of Heat Resisting Steels by the Self-Healing of Creep Cavities“, in Proceeding of, Trans Tech Publ, pp. 1107-1112.
[16]Shinya, N. Kyono, J. Laha, K., “Self-Healing Effect of Boron Nitride Precipitation on Creep Cavitation in Austenitic Stainless Steel“, Journal of intelligent material systems and structures, Vol. 17, No. 12, pp. 1127-1133, 2006.
[17]Zhu, P. Cui, Z. Kesler, M. S. Newman, J. A. Manuel, M. V. Wright, M. C. Brinson, L. C., “Characterization and Modeling of Three-Dimensional Self-Healing Shape Memory Alloy-Reinforced Metal-Matrix Composites“, Mechanics of Materials, Vol. 103, pp. 1-10, 2016.
[18]Ferguson, J. Schultz, B. Rohatgi, P., “Zinc Alloy ZA-8/Shape Memory Alloy Self-Healing Metal Matrix Composite“, Materials Science and Engineering: A, Vol. 620, pp. 85-88, 2015.
[19]Roy, R. K., “Design of Experiments Using the Taguchi Approach: 16 Steps to Product and Process Improvement“,  John Wiley & Sons, 20
[20]Roy, R. K., “A Primer on the Taguchi Method“,  Society of Manufacturing Engineers, 2010.
[21]ASTM, E., Standard test methods for tension testing of metallic materials, Annual book of ASTM standards. ASTM, 2001.