본 연구는 알루미늄 합금(AC8A)과 금속복합재료 (A1/A12O3) 및 혼합금속 복합재료(A1/A12O3/A12O3p)의 피로시험 결과 비교와, 일정진폭 피로 하중으로부터 예측한 수명과 실험으로부터 얻은 피로 수명의 비교하는 것이고, 음향방출(Acoustic Emission, AE) 방법을 이용하여 피로 시험 시 균열 발생의 측정 및 예측을 하고자 하였다. 노치재의 실험결과에 따르면, 세라믹 보강재의 첨가로 인해 기지재 보다 연성이 저하된 하이브리드 금속 복합재료와 단일 금속 복합재료의 피로 수명은 두 가지 하중 조건에서 모두 기지재 보다 더욱 짧은 수명을 나타내었다. 또한 누적피로수명평가 방법을 통해 예측된 피로수명은 랜덤하중 하에서 실험을 통해 얻어진 피로 수명과 거의 일치하였다.
The fiber orientation distribution and interface bonding in hot extrusion process have an effect on the maechanical properties of metal matrix composites(MMC's). Aluminium alloy matrix composites reinforced with alumina short fibers are fabricated by compocasting method. MMC's billets are extruded at high temperature through conical and curved shaped dies with various extrusion ratios and temperature. This present study was directed to describe the systematic correlation between extrusion die shape and subsequent results such as fiber breakage, fiber orientation and tensile strength to hot extruded MMC's billet. Extrusion load, tensile strength and hardness for variation of extrusion ratios and temperature are investigated to examine mechanical properties of extruded MMC's SEM fractographs of tensile specimens are observed to analyze the fracture mechanism.
The wear behavior for the two types of composites, those are epoxy matrix composites filled with silica particles and aluminium matrix composites filled with SiC particles, were compared to investigate the wear mechanism for these composites. Especially, the effect of the volume fraction for the epoxy matrix composites and the particle size for the aluminium matrix composites according to the apply load and sliding velocity were investigated. Wear tests of the pin-on-disc mode were carried out and followed by scanning electron microscope observations for the worn surface. The addition of the fillers in the composites were improved the wear resistance significantly and changed the wear mechanism for the both composites. These results were identified by the observation of the worn surface after testing.
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 research trends for metal matrix composites have been on basic mechanical properties, fatigue behavior after aging and fractographic observations. In this study, the fatigue crack initiation as well as the fatigue crack growth behavior and the fracture mechanism were investigated through observations of the fracture surface on silicon carbide particles reinforced aluminum metal matrix composites(SiCp/Al). Based on the fractographic study done by scanning electron microscope and replica, crack growth path model and fracture mechanism are presented. The mechanical properties, such as the tensile strength, yield strength and elongation of SiCp/Al composites are improved in a longitudinal direction, however, the fatigue life is shorter than the basic Al6061 alloys. From fractographic observations, it is found that the failure mode is ductile in basic Ai6061 alloys. And because some SiC particles were pulled out from the matrix and a few SiC particles could be seen on the fracture surface of SiCp/Al, crack growth paths are believed to follow the interface of the matrix and its particles.
A closed form solution of a composite mechanics system is performed for the investigation of elastic-plastic behavior in order to predict fiber stresses, fiber/matrix interfacial shear stresses, and matrix yielding behavior in short fiber reinforced metal matrix composites. The model is based on a theoretical development that considers the stress concentration between fiber ends and the propagation of matrix plasticity and is compared with the results of a conventional shear lag model as well as a modified shear lag model. For the region of matrix plasticity, slip mechanisms between the fiber and matrix which normally occur at the interface are taken into account for the derivation. Results of predicted stresses for the small-scale yielding as well as the large-scale yielding in the matrix are compared with other theories. The effects of fiber aspect ratio are also evaluated for the internal elastic-plastic stress field. It is found that the incorporation of strong fibers results in substantial improvements in composite strength relative to the fiber/matrix interfacial shear stresses, but can produce earlier matrix yielding because of intensified stress concentration effects. It is also found that the present model can be applied to investigate the stress transfer mechanism between the elastic fiber and the elastic-plastic matrix, such as in short fiber reinforced metal matrix composites.
본 연구에서는 교반기술에 의하여 얻어진 반응고상태의 금속에 단섬유를 첨가 하여 복합재료를 제조하였다. 그리고 제조되어진 복합재료에 있어서 섬유의 분산상 태및 기지재와의 접합관계를 조사하여 압연가공에 필요한 반응고상태인 금속복합재료 의 제조방법을 확립하였다. 균일하게 분실되어진 반용융상태의 단섬유강화형 금속복 합재료를 직접 압연하여 박판을 제조할 수 있는 가능성을 검토하였으며, 또한 제조되 어진 박판의 인장시험에 의하여 기계적 성질을 조사하였다.
Metal matrix composites had generated a lot of interest in recent times because of significant in specific properties, it was also highlighted as the material of frontier industry because strength, heat-resistant, corrosion-resistant and wear-resistant were superiored. In recent years, the study of metal matrix composite has increased by aluminum alloy. The study is based on the tribological properties of AC4CH that is a part of the mechanical property of metal matrix composites. Metal matrix composite that is produced from matrix material AC4CH and reinforcement SiO$_2$, Al$_2$O$_3$ and TiO$_2$ are added to the metal matrix composite fur strength so binding among the whisker can take place. Each metal matrix composite is produced using the squeeze casting method. To test for tribe a pin-on-disk machine and lubricant is used without paraffine 8.2CST at room temperature which is 40$\^{C}$. As the results of this study, the tribological properties of each specimen are more improved than AC4CH. The variation of coefficient resistance is more stable at the AC4CH and TiO$_2$, but the variation rates are higher at the inanimate binder.
The purpose of this study is to investigate the lubricated wear properties of Saffil/Al, Saffil/$Al_2O_3/Al$ and Saffil/SiC/Al hybrid metal matrix composites fabricated by squeeze casting method. Wear tests were done on a pin-on-disk friction & wear tester with long sliding distance. The wear properties of the three composites were evaluated in many respects. The effects of Saffil, $Al_2O_3$ particles and SiC particles on the wear behavior of the composites under lubricated conditions were elucidated. Wear mechanisms were analyzed by observing the worn surfaces of the composites. The variation of coefficient of friction (COF) during the wear process was recorded by using a computer. Comparing with the dry sliding condition, all three composites showed excellent wear resistance when lubricated by liquid paraffin. Under intermediate load, Saffil/Al showed best wear resistance among them, and its COF value is the smallest. The dominant wear mechanism of the composites was microploughing, but microcracking also occurred for them to different extent.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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