Particle-reinforced metal matrix composites via the Osprey spray casting process were fabricated by injecting second phase particles of $Al_2O_3$(<$40{\mu}m$) and W($6{\mu}m$) into the spray of Cu droplets, and the thermal behaviors of the composite droplets during flight were considered theoretically on the basis of mixing modes between the Cu droplets and the reinforced particulates injected. It was found that the W-injected spray is comprised of particle-embedded droplets, and the $Al_2O_3-injected$ spray comprises particle-attached droplets. From the predicted results of the thermal behaviors of the composite droplets and preforms produced, it is concluded that the thermal behaviors of the composite droplets during flight, and during the subsequent deposition are strongly influenced by its mixing modes between the reinforced particulates and Cu droplets during flight.
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.
The hot deformation behavior of SiCp/AA2024 composites reinforced with different sizes of SiCp reinforcements (1, 8, 15, 36, and 44${\mu}{\textrm}{m}$) was investigated by hot torsion tests. The hot restoration of the composites depending on the SiCp reinforcements particle size was studied from the effective stress - strain curves. Dynamic recrystallization (DRX) was occurred in the SiCp/AA2024 composites during the hot deformation at 320 - 43$0^{\circ}C$ under a strain rate of 1.0/sec. Also, the critical strain for DRX decreased with decreasing the reinforcement size of SiCp from 44 to 8${\mu}{\textrm}{m}$. The composite reinforced with SiCp of 8${\mu}{\textrm}{m}$ showed the highest flow stress (265 MPa) and the work hardening rate at 32$0^{\circ}C$ under a strain rate of 1.0/sec.
Gacsi, Zoltan;Gur, C.Hakan;Makszimus, Andrea;Pieczonka, Tadeusz
한국분말야금학회:학술대회논문집
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한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1303-1304
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2006
The type, volume fraction, size, shape and arrangement of embedded particles influence the mechanical properties of the particle reinforced metal matrix composites. This presents the investigation of the SiC particle and porosity distributions in various aluminum matrix composites produced by cold- and hot-pressing. The microstructures were characterized by optical microscopy and stereological parameters. SiC and porosity volume fractions, and the anisotropy distribution function were measured to establish the influence of the consolidation method.
SiC particulate reinforced magnesium matrix composites were fabricated by melt stirring method. The effet of several factors on mechanical properties and the efficiency of melt stirring method from the viewpoint of these properties were investigated. The tensile strength increased and the elongation decreased with decrease of the particle size or the increase of the paticulate volume fraction for pure magnesium matrix and Mg-5%Zn alloy matrix composites. A longer stirring time improved the tensile strength of these composites. The tensile strength of Mg-5%Ca alloy matrix composites which shows no uniform paticulate distribution was a little lower than that of matrix alloy. Rapid solidification rate is preferred for the improved tensile strength of these composites. The pure magnesium matrix and Mg-5%Zn alloy matrix composites have tensile strength of about 400MPa. This value agrees with the tensile strength of some magnesium matrix composites fabricated by liquid infiltration method or powder metallurgy method at the same volume fraction of reinforcements of whisker or particle. Therefore, the melt stirring method which has the advantages of simple process is considered to be efficient in fabricating magnesium matrix composites.
본 논문은 금속복합재료를 반용융상태로 재가열하여 Thixoforming을 하는데 필요한 소재를 제공하기 위한 장비 설계와 제조방법 등에 관한 내용을 소개하고 있다. 장비 설계에서 기지재내에 강화재가 균일하게 분산되도록 하기 위하여 강화재의 연속주입 방법과 강화재의 온도를 제어하는 방법을 소개하고 있다. 일정한 양의 강화재를 기지재료 내에 분산시키는 것은 균일 혼합을 위하여 필요한 기술이다. 또한 분산시 강화재의 수분제거를 위하여 강화재의 온도를 제어하면서 연속적으로 강제분산시키는 것은 균일분산을 위하여 필요하다. 기지재의 초정 $\alpha$의 크기가 강화재의 분산성에 크게 영향을 미치기 때문에 기지재의 초기 온도가 초정$\alpha$의 크기에 미치는 영향 등을 검토하여 복합재료 빌렛트의 제조조건에 이용하였다.
$Al_2O_3$, SiC reinforced Al matrix composites were fabricated by centrifugal spray casting method and their wear resistance characteristics have been studied. Particles are generally uniformly distributed in the microstructure of as-cast specimens. In order to investigate the effect of secondary deformation, hot rolling was performed for each specimen of pure Al matrix composites with a reduction of 10, 20, 30, 40 and 50% at $400{\sim}500^{\circ}C$, respectively. Microstructure of specimen showed that particle distribution density and hardness increased because of increasing of reduction ratio. Wear test with a various sliding velocity of 1.98, 2.38, 2.88 and 3.53m/sec showed that the wear resistance characterization of composite improved remarkably compared to the normal alloy and performs without reinforced particles. Microstructural observation for the worn surface of pure Al specimens without particles showed that a change in wear mechanism seemed to separate layer by surface fatigue. In other case of Al composite reinforced with $Al_2O_3$ and SiC, the grinder type of wear mechanism was shown.
Particle reinforced composites are materials that have enhanced physical properties by adding particle reinforcements to polymer materials and have been applied to a wide range of fields such as the aerospace, bio-technology and automative industry. In this study, particle reinforced composites were prepared by mixing $SiC/Al_2O_3$ to the vinyl ester as the thermoset resin. The purpose of this study is to evaluate mechanical properties and fracture behavior by the tensile test and single edge notch specimen according to the addition ratio of reinforcement. Addition of 1 and 2 wt% of the particle reinforcement to the vinyl-ester resin was effective for the strength improvement. However, when it was more than 3 wt%, its strength was decreased. Also the highest elastic modulus obtained as 3.19 GPa was found at the 2 wt% addition of reinforcement. Futhermore the fracture toughness was evaluated by the energy release rate and the maximum critical energy release rate was obtained when 1 wt% reinforcement. The results show that the limit of adding of $SiC/Al_2O_3$ for improvement of the mechanical and fracture performance is 2 wt% reinforcement particles.
$Al_2O_3$/SiC particulate reinforced (Metal Matrix Composites) MMCs which were produced by using stir casting process, bending strength and hardening behaviour were obtained using an analysis of variance (ANOVA) technique that uses full factorial design. Factor variables and their ranges were: particle size $2-60{\mu}m$; the stirring speed 450 rpm, 500 rpm and the stirring temperature $620^{\circ}C$, $650^{\circ}C$. An empirical equation was derived from test results to describe the relationship between the test parameters. This model for the tensile strength of the hybrid composite materials with $R^2$ adj = 80% for the bending strength $R^2$ adj = 89% were generated from the data. The regression coefficients of this model quantify the tensile strength and bending strengths of the effects of each of the factors. The interactions of all three factors do not present significant percentage contributions on the tensile strength and bending strengths of hybrid composite materials. Analysis of the residuals versus was predicted the tensile strength and bending strengths show a normalized distribution and thereby confirms the suitability of this model. Particle size was found to have the strongest influence on the tensile strength and bending strength.
The effects of additional Mg content, the size and volume fraction of reinforcement phase on the mechanical properties of ceramic particle reinforced aluminium matrix composites fabricated by pressureless metal infiltration process were investigated. The hardness of $SiC_p/AC8A$ composites increased gradually with an increase in the additive Mg content, while the bending strength of $SiC_p/AC8A$ composites increased with an increase in additive Mg content up to 5%. However, this decreased when the level of additive Mg content was greater than 5% due to the formation of coarse precipitates by excessive Mg reaction and an increase in the porosity level. The hardness and strength of the composites increased with decreasing the size of SiC particle. It was found that the composites with smaller particles enhanced the interfacial bonding than those with bigger particles from fractography of the composites. The hardness of $Al_2O_{3p}/AC8A$ composites increased gradually with an increase in the volume fraction, however, the bending strength of $Al_2O_{3p}/AC8A$ composites decreased when the volume fraction of alumina particle was greater than 40% owing to the high porosity level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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