Metal matrix composites(MMC) consist of metal matrix into which is distributed a second solid phase. The normal intension is to develop a material with superior mechanical properties (for example increased toughness, stiffness and wear resistance) compared to those inherent in the matrix component. In this study, WC-12%Co/low carbon steel MMC overlays have been prepared by Gas Metal Arc Welding(GMAW) according to feeding rate of WC-12%Co grit. The macro and microstructures were examined using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy(SEM) each other. The characteristics of hardness and wear resistance have been investigated. WC-12%Co/low carbon steel MMC overlays which have been taken good beads without porosity and cracks were manufactured by method of GMAW. Matrix of overlayed surface was seen as fish bone and faceted dendrite structures. It was known that structures were iron tungsten carbides, Fe$_{6}$W$_{6}$C which have been occurred by melting of WC-12%Co grits. After MMC had been tested by block-roll wear test it was known that WC-12%Co/low carbon steel MMC has a excellent wear resistance by exiting Fe6w6c and WC-12%Co grit. The consequence was that region of overlay with Fe$_{6}$W$_{6}$C phase has been showed a model of adhesive wear, but region of overlay with WC-12%Co grit was restrained as a result of mechanism that wear of WC-12%Co grit is not adhesive but fracture.racture.
The protection of steel surfaces against wear is a practical problem far agricultural, mining and manufacturing industries. Commercial processes are available in which a hard tungsten carbides rich steel layer is formed on the surface of carbon steel digging, drilling and gouging tools to improve their wear resistance. The nature of the interaction of the tungsten carbide with the steel matrix is important in determining the wear and corrosion properties of the resulting metal matrix composites(MMC). In the study, WC-12%Co/low carbon steel MMC overlays have been prepared by gas metal arc welding(GMAW) according to size of WC-12%Co grits. The characteristics wear resistance and wear mechanism have been investigated in relation to the experiment conditions each other. After MMC overlay had been tested by rubber wheel abrasion test, it was known that MMC overlay has a excellent wear resistance. Fe$_{6}$W$_{6}$C carbides of matrix in overlays were not important to restrain rubber wheal abrasion wear. Wear loss is proportioned to a applied load according to time. On the case of low load, wear occurred severely in the matrix of overlay more than WC-12%Co grit, on the contrary it is reverse on the case of high load because of fracture of WC-12%Co grits.its.
Intermetallic compound matrix composites have been expected to be established as high temperature structural components. $Ni_3Al$ is a representative intermetallic alloy, which has excellent ductility even at room temperature by adding certain alloying elements. $Ni_3Al$ matrix composites with aluminum oxide particles, which are formed by the in-situ reaction between the alloy and aluminum borate whiskers, are fabricated by a powder metallurgical method. The addition of aluminum borate whiskers disperses the synthetic aluminum oxide particles during sintering and dramatically increases the strength of the composite. The uniform dispersion of reaction synthesized aluminum oxide particles and the uniform solution of boron in the matrix seem to play an important role in the improvement in strength. There is a dramatic increase in strength with the addition of the whisker, and the maximum value is obtained at a 10 vol% addition of whisker. The $Ni_3Al$ composite with 10 vol% aluminum oxide particles $0.3{\mu}m$ in size and with 0.1 wt% boron powder fabricated by the conventional powder metallurgical process does not have such high strength because of inhomogeneous distribution of aluminum oxide particles and of boron. The tensile strength of the $Ni_3Al$ with a 10 vol% aluminum borate whisker reaches more than twice the value, 930 MPa, of the parent alloy. No third phase is observed between the aluminum oxide and the matrix.
This study has been conducted with the purpose of examining the fatigue crack growth characteristics of $Al_2O_3$ short fiber reinforced aluminum matrix composites made by squeeze casting process with different applied pressure and binder amount. Fatigue crack growth experiments have been performed under constant load amplitude method with a fixed load ratio. The rate of crack propagation was decreased with binder amount as well as applied pressure. Also fatigue crack growth path in matrix was changed from flat to rough mode with an increase of applied pressure. In the composites, fatigue crack was propagated to interface between matrix and reinforcement at 10MPa, but it was propagated to reinforcement at 20MPa. The major reason of thee result was considered that interfacial bonding force and microstructure of matrix were improved due to an increase of applied pressure. Localized ductile striation in the composites was observed at low growth rate region and such a phenominon was remarkable with an increase of applied pressure. At high growth rate region, the propensity of fracture appearance was changed from interfacial debonding to reinforcement fracture with an increase of applied pressure.
AC8A matrix composites reinforced with Ni-aluminide were fabricated by squeeze casting process, and the characteristics and nature of the growth of Ni-aluminide phases at the interface between nickel and aluminurn were investigated. In the as-cast composites, the reaction layer between Ni skeleton and aluminum matrix was found to be $NiAl_3$, regardless of the casting temperatures and the kinds of preforms. During high temperature solution treatment the $NiAl_3$ layer grew and formed new $Ni_2Al_3$ layer. Because of presence of the porosity formed by Kirkendall effect at the interface between $NiAl_3$ and aluminum matrix, the tensile strength of composites was inferior to that of AC8A matrix alloy. However, the composites exhibited superior wear resistance due to the formation Ni-aluminide intermetallic phases. Composite A, of which Ni skeleton was fully transformed into Ni-aluminide, shows better wear resistance than that of composite B which still possessed some unreacted Ni skeleton.
Various ceramic particulate such as TiC, $TiB_2$, $Al_2O_3$ reinforced SUS431 matrix composites were successfully fabricated by a novel liquid pressing infiltration process. Microstructures of the SUS431 composite were analyzed to determine manufacturability of composites. $Al_2O_3$-SUS431 composite had lots of defects due to poor wettability between the $Al_2O_3$ and steel matrix. On the other hand, TiC was uniformly dispersed in the SUS431 matrix than $TiB_2$ and $Al_2O_3$ due to good wettability and interfacial properties.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.1
s.94
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pp.227-237
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1999
As the interface bonding phenomenon between the matrix and the reinforcements has a large effect on the mechanical properties of MMCs, a sugestion of the strength analysis technique considering the residual stress and the interface bonding phenomenon is very important for the design of pans and the estimation of fatigue behavior. In this paper the three dimensional finite element anaysis is performed during the elasto-plastic deformation of the particulate reinforced metal matrix composites. It was analyzed with the volume fractions in view of microscale. Bonding strength. interface separation and matrix void growth between the matrix and the reinforcements will be predicted on deformation under tensile loading. An interface seperation is estimated by the fracture criterion which is a critical value of generalized plastic work per unit volume. The shape of the reinforcement is assumed to be a perfect sphere. And the type of the reinforcement distribution is assumed as FCC array. The thermal residual stress in MMCs is induced by the heat treatment. It is included at the simulation as an initial residual stress. The element birth and death method of the ANSYS program is used for the estimation of the interface bonding strength, void generation and propagation. It is assumed that the fracture in the matrix region begin to occur under the external loading when the plastic work per unit volume is equal to the critical value. The fracture strain will be defined. The experimental data of the extruded $SiC_p$>/606l Al composites are compared with the theoretical results.
A manufacturing technology of carbon fiber composites with thermoplastic polymer pellets and continuous woven fiber was investigated using a compression molding process. To secure the impregnation of resin into the porosity of fabric the composite specimens were prepared with general injection-molding grade polypropylene pellets and low viscosity polycarbonate pellets. Tensile tests of polypropylene and polycarbonate composites were performed. Polycarbonate composites showed higher fracture strength than that of polypropylene composites because of the difference of matrix properties. However, the increase rate of strength was lower than that of polypropylene composites due to the difference of coherence between matrix and reinforcement. To investigate the effect of carbon fiber volume fraction on the fracture strength variation polypropylene composites with different volume fraction were compression molded and tensile tests were performed together. It was shown that the fracture strength of the polypropylene composites increased by 3.2, 5.4 and 6.9 times with the increase of carbon fabric volume fraction of 0.256, 0.367, and 0.480, respectively.
Ultra-high temperature ceramics (UHTC) such as $ZrB_2$, ZrC, $HfB_2$, HfC and TaC has been recently actively investigated for the application as components such as nose-cone, rocket nozzle and leading edge of hypersonic systems. However, the application has been limited by various reasons. The brittleness of the materials and consequent low thermal shock resistance is one of the reasons. The property can be improved through the fabrication of ceramic matrix composites. In this paper, the concept of UHTC and the fabrication process and testing of UHTC-based ceramic matrix composites (UHTC-CMC) were briefly reviewed. Also, international activities regarding the fabrication of UHTC-CMC were summarized and a UHTC-CMC project, which was performed in Korea, was introduced.
Densification occurs by the inelastic flow of the matrix materials during the consolidation processes at high temperature for MMCs, and the results depend on many process conditions such as applied pressure, temperature and volume fraction of fiber and matrix materials. This is particularly important in titanium matrix composites since material failure may occur by either the applied conditions or microstructural parameters through the processes, and thus a generic model based on micro-mechanical approaches enabling the evolution of density over time to be predicted has been developed. The mode developed is then implemented into FEM so that practical process simulation has been carried out. Further the experimental investigation of the consolidation behavior of SiC/Ti-6Al-4V composites using vacuum hot pressing has been performed, and the results obtained are compared with the model predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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