The aluminar short fiber reinforced composite materials for hot extrusion were fabricated by semi-solid stirring method, and extruded at extrusion temperature $400^{\circ}C$ with various extrusion ratio. The hot extrusion load of volume fraction 15% metal matrix composites and base alloy Al7075 has been compared. The fiber length distribution, fiber breakage and fiber orientation are investiged to know the fiber behaviour in before and after hot extrusion. The tensile strength of the hot extruded billet are experimentally determined for different of extrusion ratios, and compared with theorically calculated strength.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.495-496
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2006
The kneading process and formulations of feedstock obviously affect the quality of MIM products. In the present work, the rheological behaviour of the composite MIM feedstock, metal matrix (Cu) with few additions of ceramic powders $(Al_2O_3)$, was measured by a self-designed/manufactured simple capillary rheometer. Experimental results show that the distribution between powders and binder is more uniformly when blending time increased. Though high powder loading will increase the feedstock viscosity, the fluidity reveals relatively stable through the load curves of extrusion. Besides, the temperature-dependence of viscosity of the feedstock approximately follows an Arrehnius equation. Basing on Taguchi's method, the kneading optimization conditions and the rheological model of the feedstock were established, respectively.
This paper describes a study on the effects of $Mg_2Si_{(p)}$ addition on the microstructure, porosity, and mechanical properties namely hardness and tensile properties of AA332 composite. Each composite respectively contains 5, 10, 15, and 20 wt% reinforcement particles developed by a stir-casting. The molten composite was stirred at 600 rpm and melted at $900^{\circ}C{\pm}5^{\circ}C$. The $Mg_2Si$ particles were wrapped in an aluminum foil to keep them from burning when melting. The findings revealed that the microstructure of $Mg_2Si_{(p)}/AA332$ consists of ${\alpha}$-Al, binary eutectic ($Al+Mg_2Si$), $Mg_2Si$ particles, and intermetallic compound. The intermetallic compound was identified as Fe-rich and Cu-rich, formed as polygonal or blocky, Chinese script, needle-like, and polyhendrons or "skeleton like". The porosity of $Mg_2Si_{(p)}/AA332$ composite increased from 8-10% and the density decreased from 9-12% from as-cast. Mechanical properties such as hardness increased for over 42% from as-cast and the highest UTS, elongation, and maximum Q.I were achieved in the sample of 10% $Mg_2Si$. The study concludes that combined with AA332, the amount of 10 wt% of$Mg_2Si$ is a suitable reinforcement quantity with the combination ofAA332.
Mechanical property enhancing mechanisms of $Al_2O_3-ZrO_2$ two phase ceramic composites were studied for several compositions of different $ZrO_2$/$Al_2O_3$ ratio. Microstructural analysis of $Al_2O_3-ZrO_3$(pure) composites indicated that pre-existing microcrack due to larger $ZrO_2$ particle at grain boundary extended along alumina grain boundaries within process zone. Microcracks also nucleated when very small $ZrO_2$ particles at the grain boundaries transformed to monoclinic phase at near of main crack tip. These types of microcracks could contribute to the toughening achieved by creating additional crack surface area during crack propagation. Microstructural analyses also showed that the average grain size and abnormal grain size of $Al_2O_3$ were decreased with increasing $ZrO_2$ vol% in $Al_2O_3$ matrix. As a result it could be concluded as follows In TEX>$Al_2O_3-ZrO_3$(pure) system 1. Microcrack nucleation (stress-induced microcracking) and extension was effective mechanism for absorpiton of fracture energy 2, More narrow distribution and smaller grain size of $Al_2O_3$ due to $ZrO_2$particles mainly contributed to main-tatin the strength and hardness.
A process has been successfully used to manufacture 6061/Graphite composite material and the Graphite particles are distributed uniformly within the Al alloy matrix. The 6061 powders was mixed with natural Graphite particles in a ball milling blender and cold compacted specimens were extruded into rods 15mm in diameter at 450$^{\circ}C$. The results showed that tensile properties of the composites with Graphite content have been reduced. The emergence of fine microstructures appeared to be related to the graphite volume. Heat-treated composites were found to possess good mechanical properties as compared with those of non heated composites. A model was used that the tensile strength of the composites would be estimated from the theoretical calculation and experimental data.
형상기억복합재료는 복합재료내에 압축잔류응력을 발생시킴으로써 재료의 인장강도를 증가시키는데 사용되어 지고 있다. 본 연구에서는 형상기억복합재료를 제조하기 위하여 TiNi 강화재와 A16061 기지재를 사용하였으며 핫프레스 방법에 의해 TiNi/A16061 형상기억복합재료를 제조하였다. 그러나 핫 프레스 방법에 의해 제조된 형상기억복합재료는 하중을 받을 시 강화재와 기지재 사이에 계면손상현상이 발생하였으며 이를 위하여 내간압연을 실시하였다. 냉간압연을 받은 시험편은 냉간압연을 받지 않은 시험편에 비하여 인장강도가 현저히 증가하였다. 또한 본 연구에서는 고온에서 형상기억복합재료의 미시적 손상을 평가하기 위하여 음향방출기법을 이용하였다.
Aluminum matrix composites reinforced with SiC particles(AMC) are one of the candidate materials for the weight reduction of rolling stock brake discs. It is known that weight reduction of about 40% is possible when they replace conventional cast iron brake discs. But casting is not easy because of bad wettability of SiC with Al alloy. We developed two AMC brake discs with SiC volume fraction of 20% by a new casting method. It was found the developed method produced brake discs of good quality.
금속복합재료 개발을 위한 고온가압 성형공정은 기지재료의 비탄성거동과 성형체 내부의 기공에 대한 충진 과정을 수반하며 이러한 강화공정은 압력, 온도 그리고 강화재와 모재의 상대부피분률과 같은 공정변수의 영향을 받게 된다. 특히 티타늄금속기 복합재료의 강화공정은 강화재와 모재 사이의 기계적 혹은 열적 특성 차이 및 생산환경으로 인한 다양한 형태의 손상이 발생할 수 있으며 따라서 이들을 극복하기 위한 재료특성, 작용압력, 온도, 시간조건 등과 공정에 따른 조직의 진전 등 미소역학적 연구가 수반된 최적의 고온가압강화공정의 개발이 요구되어진다. 이를 위하여 본 연구는 VHP방식을 이용한 SiC/Ti-6Al-4V 연속섬유강화 금속기 복합재료의 강화공정실험을 수행하였으며 특히 미시역학적 접근에 따른 다공성 재료의 구성방정식을 이용하여 보강재와 기지재료의 변형거동과 고온가압공정에 필요한 다양한 조건들을 실험결과와 비교 연구하였으며 유한요소해석을 통해 공정변수와 그에 따른 결과들을 고찰하였다.
Recent development in composites containing phase-transforming particles, such as vanadium dioxide or barium titanate, reveals the overall stiffness and viscoelastic damping of the composites may be unbounded (Lakes et al. 2001, Jaglinski et al. 2007). Negative stiffness is induced from phase transformation predicted by the Landau phase transformation theory. Although this unbounded phenomenon is theoretically supported with the composite homogenization theory, detailed stress analyses of the composites are still lacking. In this work, we analyze the stress distribution of the Hashin-Shtrikman (HS) composite and its two-dimensional variant, namely a circular inclusion in a square plate, under the assumption that the Young's modulus of the inclusion is negative. Assumption of negative stiffness is a priori in the present analysis. For stress analysis, a closed form solution for the HS model and finite element solutions for the 2D composite are presented. A static loading condition is adopted to estimate the effective modulus of the composites by the ratio of stress to average strain on the loading edges. It is found that the interfacial stresses between the circular inclusion and matrix increase dramatically when the negative stiffness is so tuned that overall stiffness is unbounded. Furthermore, it is found that stress distributions in the inclusion are not uniform, contrary to Eshelby's theorem, which states, for two-phase, infinite composites, the inclusion's stress distribution is uniform when the shape of the inclusion has higher symmetry than an ellipse. The stability of the composites is discussed from the viewpoint of deterioration of perfect interface conditions due to excessive interfacial stresses.
Carbon nanotubes (CNTs) have received increased interest in reinforcing research for polymer matrix composites due to their exceptional mechanical characteristics. Its high surface area/volume ratio and aspect ratio enable polymer-based composites to make the most of its features. This study focuses on the experimental tensile testing and fabrication of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) beams, exploring various micromechanical models. By examining the performance of these models alongside experimental results, the research aims to better understand and optimize the mechanical properties of CNTRC materials. Tensile properties of neat epoxy and 0.3%; 0.4% and 0.5% by CNT reinforced laminated single layer (0°/90°) carbon fiber composite beams were investigated. The composite plates were produced in accordance with ASTM D7264 standard. The tensile test was performed in order to see the mechanical properties of the composite beams. The results showed that the optimum amount of CNT was 0.3% based on the tensile capacity. The capacity was significantly reduced when 0.4% CNT was utilized. Moreover, the experimental results are compared with Finite Element Models using ABAQUS. Hashin Failure Criteria was utilized to predict the tensile capacity. Good conformance was observed between experimental and numerical models. More importantly is that Young' Moduli of the specimens is compared with the prediction Halpin-Tsai and Mixture-Rule. Although Halpin-Tsai can accurately predict the Young's Moduli of the specimens, the accuracy of Mixture-Rule was significantly low.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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