Eckert, Jurgen;Bartusch, Birgit;Schurack, Frank;He, Guo;Schultz, Ludwig
Journal of Powder Materials
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v.9
no.6
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pp.394-408
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2002
Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.
A noble technique has been developed for fabricating in situ formed $TiC_p/Al$ composites. In this process, fairly stable TiC particles were in situ synthesized in liquid aluminum by the interfacial reaction between an Al-Ti melt and SiC, which is a comparatively unstable carbide from the view-point of thermodynamics. It is possible in the present process to generate TiC particles of nearly 1 ${\mu}m$ in diameter, even utilizing SiC of 14 ${\mu}m$ as raw material. However, the dispersion behavior of TiC particles in the matrix depends on the size of the raw material SiC. Decomposing finer SiC makes the dispersion of TiC particles more uniform and the mechanical properties of composites are improved accordingly. The structure of in situ composites and their mechanical properties are affected by the fabrication temperature and the stirring time. It has been found that the most suitable condition for fabrication should be applied depending on the size of the raw material, even if the same kinds of carbide are used. Furthermore, although Al-Ti-Si system intermetallic compounds are detected in a $TiC_p/Al-Si$ composite which is fabricated by conventional melt-stirrng method, these compounds can not be observed in a $TiC_p/Al-Si$ composite made by this in situ production method. Hence the mechanical properties of the in situ $TiC_p/Al-Si$ composite are superior to those of the conventional $TiC_p/Al-Si$ composites.
In this study, a new concept of aluminum-matrix composites and the possibility of in-situ processing are suggested, and preliminary results on AI- Ti system are presented. Fine powders of AI-lO% Ti were prepared by the gas atomization so that fine $Al_3Ti$ formed into flake shape. A 25v/o $Al_3Ti/Al$ composite sample was made by the powd er metallurgy process involving hot extrusion. Microstructure and mechanical behavior both at room temperature and high temperatures were analysed by OM, SEM, TEM and tension test. Microstructural characteristics and mechanical properties of the composites exhibited similar behavior to those of $SiC_w/2124$ composites. Merits and drawbacks of the $Al_3Ti/Al$ composites are discussed together with a possibility of further improvement.
A semi-solid forming has a lot of advantages compared to the die casting. squeeze casting and conventional forging. therefore, semi-solid forming process is now becoming industrial interest for the production of metal components and metal matrix composites. However the material behaviour in the semi-solid temperature range is not sufficiently known although it controls the whole process through forces and geometry evolutions because the behaviour of metal slurries is complex. The semi-solid materials(SSMs) fabricated under electric-magnetic stirring condition is necessary to be applicated in forming process. A reheating conditions were studied with the reheating time holding time and reheating temperatures. The microstructure of SSM(specimen size : d39${\times}$h85) at the condition of heating time 10min and heating temperature 590${\circ}C$ is the most globular and finest one. The microstructure of SSM(specimen size : d76${\times}$h60) reheated under the three step reheating conditions is most globular and finest.
A finite element model for the process of squeeze casting for metal matrix composites (MMCs) in cylindrical mold is developed. The fluid flow and the heat transfer are the fundamental phenomena in the squeeze casing process. To describe heat transfer with solidification of molten aluminum, the energy equation in terms of temperature and enthalpy are applied to two dimensional axisymmetric model which is similar to the experimental system. And one dimensional flow model is employed to simulate the transient metal flow. The direct iteration technique was used to solve the resulting nonlinear algebraic equations. A computer program is developed to calculate the enthalpy, temperature and fluid velocity. Cooling curves and temperature distribution during infiltration and solidification are calculated for pure aluminum. The temperature is measured and recorded experimentally. At two points of the perform inside and one point of the mold outside, thermocouple wire are installed. The time-temperature data are compared with the calculated cooling curves. The experimental results show that the finite element model can estimate the solidification time and predict the cooling process.
In this paper, study about property evaluation for the metal matrix composites fabricated by low pressure infiltration process. Aluminum alloy composite which is reinforced by Metal fiber preform was fabricated by low pressure casting process. Infiltration condition was changed the pressure infiltration time of 1 sec, 2 sec and 5 sec under a constant pressure of 0.4 MPa. The molten alloy completely infiltrated the FeCrSi metal perform regardless of the increase in the pressure acceleration time. The the porosity in the FeCrSi/AC8A composite was investigated. The porosity was reduced as the pressure acceleration time as shorter. The FeCrSi/AC8A composite was investigated the wear test for to know the relationship between Porosity and wear resistance. FeCrSi/AC8A composite at pressure acceleration time of 1sec is shown excellent wear resistance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2104-2113
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2002
A finite element model is developed for the process of squeeze casting of metal matrix composites (MMCs) in cylindrical molds. The fluid flow and the heat transit. are fundamental phenomena in squeeze casting. To describe heat transfer in the solidification of molten aluminum, the energy equation is written in terms of temperature and enthalpy are applied in an axisymmetric model which is similar to the experimental system. A one dimensional flow model simulates the transient metal flow. A direct iteration technique was used to solve the resulting nonlinear algebraic equations, using a computer program to calculate the enthalpy, temperature and fluid velocity. The cooling curves and temperature distribution during infiltration and solidification were calculated fer pure aluminum. Experimentally, the temperature was measured and recorded using thermocouple wire. The measured time-temperature data were compared with the calculated cooling curves. The resulting agreement shows that the finite element model can accurately estimate the solidification time and predict the cooling process.
Reversed plane bending fatigue tests were conducted on SiC particle reinforced and SiC whisker reinforced aluminum composite. The initiation and growth behaviors of small surface fatigue cracks were continuously monitored by the replica technique and the causes of fracture and fracture mechanism were investigated by SEM. The relationship between da/dn and $K_{max}$ show that da/dn increases in high stress level while decrease and again increases with increasing of $K_{max}$ in low stress level for two materials.
Lin, Yueguo;Lafarie-Frenot, Marie Christine;Bai, Jinbo;Gigliotti, Marco
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.6
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pp.633-652
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2018
The present paper focuses on the development of a model for simulating the thermoelectric behavior of CNTs/CFRP Organic Matrix Composite (OMC) laminates for aeronautical applications. The model is developed within the framework of the thermodynamics of irreversible processes and implemented into commercial ABAQUS Finite Element software and validated by comparison with experimental thermoelectric tests on two types of composites materials, namely Type A with Carbon Nanotubes (CNT) and Type B without CNT. A simplified model, neglecting heat conduction, is also developed for simplifying the identification process. The model is then applied for FEM numerical simulation of the thermoelectric response of aircraft panel structures subjected to electrical loads, in order to discuss the potential danger coming from electrical solicitations. The structural simulations are performed on quasi-isotropic stacking sequences (QI) $[45/-45/90/0]_s$ using composite materials of type A and type B and compared with those obtained on plates made of metallic material (aluminum). For both tested cases-transit of electric current of intermediate intensity (9A) and electrical loading on panels made of composite material-higher heating intensity is observed in composites materials with respect to the corresponding metallic ones.
A semi-solid alloy in which solid and liquid phase are co-existing is obtained by stirring of A17075 molten metal. A semi-solid alloy is dependent on the corresponding temperature within the solid-liquid range, and the process parameters should be controlled accurately to obtain the homogeneous semisolid alloy. The fabrication possibility of fiber-reinforced aluminum alloy containing $Al_2O_3$ short fibers with vigorous agitation of short fibers were obtained by control of stirring time, solid fraction and impeller speed in extrusion billet fabrication processes. The microstructure to extrusion billet fabricated by low pressure casting was investigated for fiber dispersion state. The relationship between the extrustion force and velocity at hot extrustion, the flow strain and extrusion ratio were theoretically described. The surface defects with lubricants and without lubricant after hot extrusion were investigated. The composites materials after hot extrusion were measured by vickers hardness with extrusion ratio. It has become clear that the secondary working such as hot extrusion was very useful to obtained improved the mechanical properties of metal matrix composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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