بررسی رفتار مکانیکی کامپوزیت‌ Al A356- B4C/TiB2 تولیدشده به روش ریخته‌گری گردابی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 4، دوره 33، شماره 2 - شماره پیاپی 26، شهریور 1401، صفحه 41-58   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.74511.1037

نویسندگان

علی علیزاده^{* 1}؛ مهدی عبدالهی²

¹مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، تهران، ایران

²دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهرا ن، تهران، ایرا ن

چکیده

در تحقیق حاضر، تاثیر افزودن میکروذرات کاربید بور (B4C) و نانوذرات دی‌بورید تیتانیم (TiB2) بر ریزساختار، استحکام کششی و سختی کامپوزیت زمینه آلومینیوم A356 مورد مطالعه قرار گرفت. تقویت‌کننده‌ B4C با درصدهای حجمی 5/2، 5 و 5/7 و تقویت‌کننده TiB2 با %5/2 حجمی به روش ریخته‌گری گردابی در دمای C° 1000 تحت فرآیند درجا به زمینه اضافه شدند. نانوذرات TiB2 با روش درجا به‌وسیله پیش مواد کریولیت (Na3AlF6) و اکسید تیتانیم (TiO2) و پتاسیم تترا فلورو بوراید (KBF4) در مذاب آلومینیوم فرآوری شد و میکروذرات B4C بصورت مستقیم وارد مذاب شد. به‌منظور بررسی ریزساختار و فرایند شکست، از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. همچنین از آزمون کشش و سختی به منظور بررسی رفتار مکانیکی کامپوزیت‌ استفاده شد. نتایج نشان داد افزودن B4C ابتدا باعث کاهش و سپس باعث افزایش استحکام کششی نهایی نسبت به نمونه بدون تقویت‌کننده شد. همچنین، بیشترین میزان استحکام کششی مربوط به نمونه حاوی %5/2 حجمی B4C و %5/2 حجمی TiB2 است که نسبت به نمونه بدون تقویت‌کننده 235 درصد بهبود نشان داد. اما استحکام کششی نمونه حاوی فقط %5/2 حجمی B4C نسبت به نمونه بدون تقویت‌کننده 35 درصد کاهش یافت. نتایج حاصل از آزمون سختی افت خواص در کامپوزیت حاوی %5/2 حجمی B4C را نشان داد. بیشترین بهبود سختی نیز مانند استحکام کششی در نمونه حاوی %5/2 حجمی B4C و %5/2 حجمی TiB2 بود که در مقایسه با نمونه بدون تقویت‌کننده 33 درصد افزایش پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها

آلومینیوم A356؛ دی‌بورید تیتانیم؛ کاربید بور؛ ریخته‌گری گردابی

مراجع

1. Alizadeh, A. and Abdollahi, M., "Investigation on the microstructure and tensile properties of Al5083-TiB2 nanocomposites produced by stir casting method", Journal of Advanced Materials and Technologies (JAMT), (2020).
2. Arpatappeh, F. A., Azghan, M. A. and Eslami-Farsani, R., "The effect of stacking sequence of basalt and Kevlar fibers on the Charpy impact behavior of hybrid composites and fiber metal laminates", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 234, pp. 3270-3279, 2020.
3. Kaczmar, J., Pietrzak, K. amd Włosiński, W, The production and application of metal matrix composite materials. Journal of materials processing technology , 106, pp. 58-67, (2000).
4. Rawal S.P., "Metal-matrix composites for space applications", Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, 53,pp.14-17, (2001).
5. Hosseini Abbandanak, S.N and Abdollahi, M., "Effect of graphene on the interfacial and mechanical properties of hybrid glass/Kevlar fiber metal laminates", Journal of Industrial Textiles, (2020).
6. Mazahery, A. and Shabani M.O, "Characterization of cast A356 alloy reinforced with nano SiC composites", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22, pp. 275-280, (2012).
7. Ibrahim, I., Mohamed, F. and Lavernia, E., "Particulate reinforced metal matrix composites a review", Journal of materials science, Vol. 26, pp. 1137-1156, (1991).
8. Kennedy, A., Karantzalis, A. and Wyatt, S., "The microstructure and mechanical properties of TiC and TiB2-reinforced cast metal matrix composites", Journal of Materials Science, Vol 34, pp. 933-940, (1999).
9. Xin-min, M., Rui-Juan, X., Hao, W. and Wei-min, W., "Electronic structure and chemical bond of titanium diboride", Journal of Wuhan University of Technology-Mater, Vol. 18, pp.11-14, (2003).
10. Wang, Y., Fang, C., Zhou, , Hashimoto, T., Zhou, X., Ramasse, Q. and Fan, Z., "Mechanism for Zr poisoning of Al-Ti-B based grain refiners", Acta materialia, Vol. 164, pp. 428-439, (2013).
11. Ghasali, E., "Preparation of mullite/B4C composites: a comparative study on the effect of heating methods", Ceramics International, Vol. 44, pp. 18743-18751, (2018).
12. Topcu, I., "Processing and mechanical properties of B₄C reinforced Al matrix composites", Journal of Alloys and Compounds, 482, pp. 516-521, (2019).
13. Souri, A., shanaghi, A., "Talezari A Effect of etching process of SiC particles on microstructure and mechanical properties of electromagnetic stir casting process of A357−SiC nanocomposite", Advanced Ceramics Progress, (2019).
14. Hedayatian, M., Vahedi, Kh., Nezamabadi, A.R. and Momeni, A., "Effect of graphene oxide reinforcement on the ballistic properties of Al6061- nanocomposites", Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, pp. 401-410, (2019).
15. Wang, Y., Fang, C., Zhou, L., Hashimoto, T., Zhou, X., Ramasse, Q. and Fan, Z., "Mechanism for Zr poisoning of Al-Ti-B based grain refiners", Acta materialia, Vol. 164, pp. 428-439, (2019).
16. Chen, Z., Wang, T., Zheng, Y., Zhao, Y., Kang, H. and Gao, L., "Development of TiB2 reinforced aluminum foundry alloy based in situ composites–Part I: An improved halide salt route to fabricate Al–5 wt% TiB2 master composite", Materials Science and Engineering, Vol. 605, pp. 301-309, (2014).
17. Suresh, S., Shenbag, N., Moorthi, V., "Aluminium-titanium diboride (Al-TiB₂) metal matrix composites: challenges and opportunities", Procedia Engineering, 38, pp. 89-97 , (2012).
18. ASTM E8/E8M, "Standard test method for tension testing of metallic materials, Annual Book of ASTM Standards", ASTM International, West Conshohocken, PA, (2015).
19. [19] Harichandran, R., Selvakumar, N., "Effect of nano/micro B4C particles on the mechanical properties of aluminium metal matrix composites fabricated by ultrasonic cavitation-assisted solidification process", Archives of Civil and Mechanical Engineering, 16, pp.147-158 , (2016).
20. Singh, G., Singh, H., Singh, K., Vardhan, S. and Mohan, S., "Mechanical characterizations of the fabricated AA 6061 based composites reinforced with B4C particulates", Materials Today: Proceedings, (2022).
21. Sathiyaraj, S., Senthilkumar, A., Ameen, P. M., Sundar, R. and Saseendran, V., "Experimental investigations on mechanical properties of Al-B4C metal matrix composites", Materials Today: Proceedings, Vol. 45, pp. 6372-6376, (2021).
22. Bhowmik, A., Dey, D. and Biswas, A., "Comparative study of microstructure, physical and mechanical characterization of SiC/TiB2 reinforced aluminium matrix composite", Silicon, Vol. 13, pp. 2003-2010, (2021).