علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

ساخت و بررسی خواص مکانیکی مواد مرکب زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف کوتاه‌ کربن به روش متالورژی پودر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علی علیزاده 1
محسن حیدری بنی 2
محمدرضا زحمتکش 3
جعفر اسکندری جم 4
1 دانشیار،مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.
2 دانشجوی دکتری،مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.
3 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای سـاخت، دانشــگاه صــنعتی مالــک اشــتر، تهــران.
4 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.
10.22068/jstc.2024.2015820.1871
چکیده
هدف از پژوهش حاضر، ساخت و بررسی خواص مکانیکی مواد مرکب زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف کوتاه‌ کربن به روش متالورژی پودر بود. در این پژوهش از الیاف کوتاه کربن به عنوان تقویت کننده با درصد‌های دو، چهار، شش و هشت درصد در زمینه‌ی آلومینیوم 5083 به روش پرس گرم، با فشار 100 مگاپاسکال، دمای 500 درجه‌ی سانتی گراد، به مدت یک ساعت و در محیط گاز آرگون استفاده شد. از آسیاب کم انرژی به منظور اخطلاط مواد اولیه‌ی پودری در زمان‌های آسیاب کاری بهینه شده استفاده گردید. سپس چگالی نمونه‌های مرکب حاصله محاسبه گشت و آزمون‌های مکانیکی از جمله سختی سنجی، تنش کششی و تنش خمشی مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت مقاطع شکست نمونه‌های کشش مورد مطالعه قرار گرفت. بهترین نتایج برای نمونه‌ی مرکب با چهار درصد حجمی تقویت کننده با چگالی نسبی 4/98 در زمان اخطلاط بهینه‌ی چهار ساعت، استحکام کششی 360.28 مگاپاسکال، استحکام خمشی 423.77 مگاپاسکال و سختی 101.6 ویکرز با سازکار شکست بیرون کشیده شدن الیاف و پل زدن ترک از روی الیاف، بدست آمد.
کلیدواژه‌ها
مواد مرکب زمینه فلزی
الیاف کوتاه کربن
پرس گرم
خواص مکانیکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Manufacturing and investigation of mechanical properties of aluminum matrix composite materials reinforced with short carbon fibers using powder metallurgy method

نویسندگان English

Ali Alizadeh 1
Mohsen Heydari Beni 2
Mohammadreza Zahmatkesh 3
Jafar Eskandari Jam 4
1 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
3 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
4 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In this research, short carbon fibers are used as reinforcement with percentages of two, four, six and eight percent in aluminum 5083 by hot pressing method, with a pressure of 100 MPa, a temperature of 500 degrees Celsius, for one hour and in an argon gas environment. used. A low-energy mill was used to mix powdered raw materials in optimized milling times. Then the density of the resulting composite samples was calculated and mechanical tests such as hardness measurement, tensile stress and bending stress were investigated and finally the fracture sections of the tensile samples were studied. The best results for the composite sample with four percent by volume of reinforcement with a relative density of 98.4 in the optimal mixing time of four hours, tensile strength 360.28 MPa, bending strength 423.77 MPa and hardness 6.101 Vickers with the failure mechanism of pulling out the fibers and the bridging of the cracks on the fibers was obtained. Came.

کلیدواژه‌ها English

Metal matrix composite materials
short carbon fibers
hot pressing
mechanical properties
[1] Chawla, N. and Chawla, K.K., “Metal Matrix Composites,” Springer Science, 1st Edition, 2006.
[2] Guo, X. and Derby, B., “Solid state fabrication and interfaces of fiber reinforced metal matrix composites,” Progress in Materials Science, Vol. 39, p.p. 411-495, 1995.
[3] Kainer, K.U., “Basics of Metal Matrix Composites,” Metal Matrix Composites, WILEY-VCH Verlag GmbH, 1st Edition, pp.1-54, 2006.
[4] Composite Materials Handbook, Department of Defense United State of America, Vol. 4, MIL-HDBK-17-3E, 2002.
[5] Nishida, Y., “Fabrication and recycling of aluminum metal matrix composites,” Metal and Ceramic Matrix Composites, Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia, 2nd Edition, 2004.
[6] Miracle, D.B., “Metal matrix composites – From science to technological significance,” Composites Science and Technology, Vol. 65, p.p. 2526–2540, 2005.
[7] Akhlaghi, F., “Composites,” Booklet of M.Sc., 2005.
[8] German, R.M., “Powder Metallurgy Science”, University of Minnesota, 2nd Edition, pp. 45- 83, 1984.
[9] Lenel, F.V., “Powder Metallurgy: principles and application,” Metal powder industries federation, 2nd Edition, 1980.
[10] Mortensen, A., SanMarchi, C., Degischer, H.P., “Glossary of terms specific to Metal Matrix Composites,” MMC-Assess Consortium, pp. 1-22, AC 20-107A, 2000.
[11] Hort, N., Kainer, K.U., “Powder Metallurgic ally Manufactured Metal Matrix Composites,” Metal Matrix Composites, WILEY-VCH Verlag GmbH, 1st Edition, pp.1-54, 2006.
[12] Okura, A., Motoki, K., “Rate of Formation of Intermetallic Compounds in Aluminum Matrix-Carbon Fiber Composites,” Composites Science and Technology, Vol. 24, pp. 243-252, 1985.
[13] Tang, Y., Liu, L., Li, W., Shen, B., Hu, W., “Interface characteristics and mechanical properties of short carbon fibers/Al composites with different coatings,” Applied Surface Science, Vol. 255, pp. 4393–4400, 2009.
[14] BhavSingha, B., Balasubramanianb, M., “Processing and properties of copper-coated carbon fiber reinforced aluminum alloy composites,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, pp. 2104–2110, 2009.
[15] Jafari, R., “Production and Characterization of Carbon Fiber-Reinforced Aluminum Alloy Composites,” In Persian, Faculty of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Master's Thesis, IRAN, 2014.
[16] Deshpande, M., Gondil, R., Murty, S. N., & Kalal, R. K., “Studies on 7075 aluminium alloy MMCs with milled carbon fibers as reinforcements. Transactions of the Indian Institute of Metals”, 71, pp. 993-1002, 2018.
[17] Kumar, N., Chittappa, H. C., & Vannan, S. E., “Development of aluminium-nickel coated short carbon fiber metal matrix composites”, Materials Today: Proceedings, 5(5), pp. 11336-11345,2018.
[18] Rams, J., Uren, A., Escalera, M.D., Sanchez M., “Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminum matrix composites,” Composites: Part A, Vol. 38, pp. 566–575, 2007.
[19] Sanchez, M., Rams, J., Urena, A.,” Fabrication of aluminum composites reinforced with carbon fibres by a centrifugal infiltration process,” Composites: Part A, Vol. 41, pp. 1605–1611, 2010.
[20] Tavousi, M., “Performance of Al2O3-TiB2/Fe Reinforcements in Aluminum Matrix Composites,” In Persian, Scientific Research Journal of Advanced Materials in Engineering,Vol. 36, No. 1, pp. 23-38, 2016.
 [21] Rezavi Tousi, S. S., “Modeling the Effect of Alumina Nanoparticle Distribution on Grain Growth in Nanostructured Composites,” In Persian, 7th Congress of Iranian Ceramics, 2009.
 [22] Mandal, D., Dutta, B.K, Panicrha, C.S., “Effect of copper and nickel coating on short steel fiber reinforcement on microstructure and mechanical properties of aluminum matrix composites,” Materials Science and Engineering, Vol 492, pp. 346–352, 2008.
 [23] Mattheus, R. D. and Rawlings, L. F., “Science and Engineering of Composite Materials,” In Persian, 1st Edition, Translated by Shokouhfar, A., Haddad Sabzevari, M., Hayerian Ardekani A., Ferdowsi University of Mashhad Publications, 2005.
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 10، شماره 4
زمستان 1402
صفحه 2334-2347