Mechanical properties of aluminum-matrix composites, fabricated by dispersion of fine SiC particulates of which size was less than 1 ${\mu}m$ into 2024 and 7075 aluminum alloys, have been investigated. Homogeneous mixing between the matrix and SiC particulates could be achieved by jar milling for 8 hours with appropriate processing agent. At temperatures below 473K, high-temperature tensile strength of the composites was higher than that of the 2024 and 7075 aluminum alloys which were used as matrix materials. However, tensile strength of the composites was approximated to that of the matrix materials at 573K. Thus, it could be suggested that effects of particle dispersion on tensile strength of aluminum alloys was diminished at temperatures higher than 573K.
Fatigue strength of NiAl and Ni$_3$Al particulate reinforced aluminum alloy composites fabricated by the diecasting method was examined at room and elevated temperatures. The results were compared wit h that of SiC particulate reinforced one. The particulate reinforced composites showed some improvement in the static and fatigue strength at elevated temperatures when compared with that of Al alloy. The composites reinforced by intermetallic compound particles showed good fatigue strengths at elevated temperatures especially $Ni_3AI_{p}/Al$ alloy composite showed good fatigue limit up to high temperature of 30$0^{\circ}C$. Adopting intermetallic compound particle as a reinforcement phase, it will be possible to develop MMC representing better fatigue property at elevated temperature.
Aluminum alloy 2024 matrix composites reinforced with $Al_2O_3$ particles, were prepared by rheo-compocasting, a process which consists of the incoporation distribution of reinforcement by stirring within a semi-solid alloy. The microstructures and characteristics of the interfaces have been studied using optical microscope and scanning electon microscope in 2024 aluminum alloy composites reinforced with $Al_2O_3$ particles. The main results are as follows: (1) $Al_2O_3$ particles were well distributed in composites by using rheo-compocasting. (2) As the addition of $Al_2O_3$ particle increases, the average dendrite numbers and the hardness were increased. (3) Interaction between $Al_2O_3$ particles and alloy 2024 resulted in the formation of Mg and Cu element rich region around the $Al_2O_3$ particles.
This study presents a mathematical model predicting the stress-strain behavior of fiber reinforced (FMMCs) and fiber/particle reinforced metal matrix composites (F/P MMCs). MMCs were fabricated by squeeze casting method using Al2O3 short fiber and particle as reinforcement, and A356 aluminum alloy as matrix. The fiber/particle ratios of F/P MMCs were 2:1, 1:1, 1:2 with the total reinforcement volume fraction of 20 vol.%, and the FMMCs were reinforced with 10 vol,%, 15 vol. %, 20 vol. % of fibers. Tensile tests were conducted and compared with predictions which were derived using laminate analogy theory and multi-failure model of reinforcements. Results show that the tensile strength of FMMCs with 10 vol.% of fiber was well matched with prediction, and as the fiber volume increases, predictions become larger than experimental results. The difference between the prediction and experiment is considered to be a result of matrix allowance of fiber damage in tensile loading. As the fiber volume fraction in FMMCs increases, the fiber damage increases and so that the tensile strength is reduced. The strength of F/P MMCs approaches more closely to the prediction than FMMCs reinforced with 20 vol.% of fibers because F/P MMCs contains small quantity of fibers and thus has a positive effect in fiber strengthening.
Aluminum based metal matrix composites(MMCs) are well known for their high specific strength, stiffness and hardness. They are gaining further importance because of their high wear resistance. In this study, Al/Saffil-20%, Al/Saffil-5%/Al2O3(particle type)-15% and Al/Saffil-5%/SiC(particle type)-15% hybird MMCs' wear behavior were characterized by the pin-on-disk test under various normal load The superior wear resistance was exhibited at Al/Saffil-5%/SiC(particle type)-15% MMCs. And this MMCs' predominant wear mechanism is subsurface cracking in the low load wear regime. Others(Al/Saffil-20%, Al/Saffil-5%/Al2O3(particle type)-15%) showed the similar wear resistance with each other at the same test condition. In the low load & room temperature condition, the wear resistance was improved due to the high hardness of the ceramic reinforcements. As the test load increased, the wear properties were governed by the wear properties of matrix.
본 연구는 섬유/입자 혼합금속복합재료의 강화기구를 분석하는 이론적 해석방법을 제시하였다. 혼합금속복합재료의 인장강도 및 탄성계수는 같은 보강재의 부피분율 가진 단섬유복합재료에 비해서 강도가 최대 20%까지 증가한다. 이러한 증가효과는 본 연구에서 새로이 제안된 클러스터 모델을 도입한 후 이에 따른 강화효과를 Modified Rule of Mixture을 적용하여 분석하였다. 해석결과 클러터구조는 인장강도에 대해서 섬유의 효율을 탄성계수에 대해서는 배향인자를 증가시키는 것으로 나타났다. 이론적 해석 결과는 $Al_2O_3$섬유/입자 예비성형체에 AC8A를 침투시켜 제조한 금속복합재료에 대한 실험결과와 비교되었으며 이를 통해 해석이론이 타당함을 확인하였다.
Aluminium-silicon alloy(JIS AC8A) matrix composites reinforced with SiC particles were fabricated by spray-cast forming process, and the microstructure of powders and preforms produced were studied by using an optical and scanning electron microscopy. SiC particles were co-sprayed by mixed phase injection method during the spray casting process. Most of the composite powders formed by this mixed phase injection method exhibit morphology of particle-embedded type, and some exhibits the morphology of particle attached type due to additional attachment of the SiC particles on the surface of the powders in flight. The preforms deposited were resulted in dispersed type microstructure. The pre-solidified droplets and the deposited preform of SiC-reinforced aluminium alloy exhibit finer equiaxed grain size than that of unreinforced aluminium alloy. Eutectic silicons of granular type are crystallized at the corner of the aluminum grains in the preforms deposited, and some SiC particles seem to act as nucleation sites for primary/eutectic silicon during solidification. Such primary/eutectic silicons seem to retard grain growth during the continued spray casting process. It is envisaged from the microstructural observations for the deposited preform that the resultant distribution of SiC injected particles in the Al-Si microsturcture is affected by the amount of liquid phase in the top part of the preform and by the solidification rate of the preform deposited.
본 연구는 SiC 입자 강화된 알루미늄기 복합재료와 SiC 휘스커 강화된 알루미늄기 복합재료를 이용해서 평면굽힘피로시험을 행했다. 표면미소피로균열의 발생 및 진전거동은 레프리카법으로 연속관찰을 했고 파괴원인과 파괴기구를 규명하기 위해서 주사전자현미경을 이용했다. 두 재료 모두 da/dn - $K_{max}$ 관계에서 고응력 레벨에서는 $K_{max}$의 증가에 따라 da/dn이 증가 했지만, 저응력 레벨에서는 da/dn이 감소하다가 증가하는 것을 알 수 있다.
Creep tests of the TiC particulate reinforced Al composite have been conducted in the temperature ranges from 200 to $500^{\circ}C$. The steady-state cree rate of the composite depended strongly on the temperature and ap' plied stress. The stress exponent for the steady state creep rate of the composites was approximately 17.5 and the activation anergy was calculated to be 390KJ/mol. The steady-state creep equation could be written as $\acute{\varepsilon}_{ss}$$$(s^{-1})=1.5{\times}10^{-9}\;{\sigma}^{17.5}\exp(-390000/RT)$$. Fracture surface examination showed that the fracture mode of the particulate reinforced composite was ductile by plastic tearing of the aluminum matrix and TiC particle interfaces were offered as sites for crack.
본 연구는 SiC입자를 20% 강화된 알루미늄기 복합재료를 이용해서 평면굽힘피로시험을 향했다. 표면미소피로균열의 발생 및 진전거동은 레프리카법으로 연속관찰을 했고 파괴원인과 파괴기구를 규명하기 위해서 주사전자현미경을 이용했다. da/dn-$K_{max}$ 관계에서 저응력 레벨에서는 여러 개의 균열이 진전하고, 합체 등이 일어나는 것으로부터 진전속도는 꽤 분산(흐트러짐)이 심하고, 고응력 레벨에서는 비교적 흐트러짐은 적게 나타나는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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