The influence of SiC particle size on mechanical properties of aluminium matrix composites

• Autorzy: Wąsik A. , Leszczyńska-Madej B. , Madej M.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mafe.2017.43.1.41

Warianty tytułu

PL

Wpływ wielkości cząstek fazy umacniającej SiC na właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie aluminium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of this study was to determine the influence of SiC particle size on the mechanical properties of aluminum matrix composites. The reinforcing phase was introduced into the aluminum matrix in two different particle sizes: a coarse fraction with particle size ranging from 40 to 60 μm, and a fine fraction with particle size of less than 2 μm. The SiC particles were added in various quantities equal to 2.5, 5, 7.5, and 10 wt% in order to determine the influence of different contents of the reinforcing phase on the density, hardness, and compressive strength of the obtained composite materials. By using scanning electron microscopy (SEM), the microstructure observations were performed and allowed for defining the influence of matrix/reinforcement particle size ratio (PSR) on the distribution of reinforcement particles in the matrix. The Al-SiC composites were prepared through the conventional powder metallurgy technique, including compaction under a pressure of 300 MPa and a sintering process in a nitrogen atmosphere at 600°C. Applying the reinforcing phase with the particle size (40–60 μm) similar to matrix (<63 μm) allowed us to obtain a more-uniform distribution of SiC particles in the matrix than after introducing the fine fraction of reinforcement (2 μm). The mechanical properties of the Al-SiC composites increased with increases in the weight fraction of the reinforcing phase, wherein this effect is more visible for composites reinforced with SiC particles of finer gradation.

PL

Celem badań było określenie wpływu wielkości cząstek fazy umacniającej SiC na właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie aluminium. Do aluminiowej osnowy wprowadzono fazę SiC o różnej wielkości cząstek, tworzących tzw. frakcję drobną (2 μm) oraz grubą (40–60 μm). Celem zbadania wpływu zawartości cząstek węglika krzemu w osnowie na gęstość, twardość oraz wytrzymałość na ściskanie otrzymanych kompozytów udział wagowy cząstek SiC określono odpowiednio na poziomie: 2,5; 5; 7,5 oraz 10% wag. Przeprowadzono również obserwacje mikrostrukturalne przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), które pozwoliły na określenie wpływu stosunku wielkości cząstek materiału osnowy oraz fazy umacniającej na rozkład cząstek SiC w aluminiowej osnowie. Materiał został wytworzony metodą konwencjonalnej metalurgii proszków, obejmującą proces prasowania pod ciśnieniem 300 MPa oraz spiekania w atmosferze azotu w temperaturze 600°C. Zastosowanie cząstek fazy umacniającej o wielkości (40–60 μm) zbliżonej do rozmiaru cząstek materiału osnowy (<63 μm) pozwoliło uzyskać bardziej równomierny rozkład cząstek fazy umacniającej SiC w osnowie niż w przypadku wprowadzenia cząstek SiC o drobnej frakcji (poniżej 2 μm). Właściwości mechaniczne kompozytów Al-SiC wzrosły wraz ze wzrostem udziału wagowego fazy umacniającej, przy czym efekt ten jest bardziej widoczny w przypadku umocnienia cząstkami SiC o mniejszej gradacji.

Słowa kluczowe

EN

aluminum matrix composites; particle size ratio (PSR); powder metallurgy; silicon carbide; compression test

PL

kompozyty na osnowie aluminium; SWC; stosunek wielkości cząstek; metalurgia proszków; węglik krzemu; ściskanie

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Metallurgy and Foundry Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 43, no. 1
• Strony: 41--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wąsik A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Department of Materials Science and Non-Ferrous Metals Engineering, Krakow, Poland

autor

Leszczyńska-Madej B.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Department of Materials Science and Non-Ferrous Metals Engineering, Krakow, Poland

autor

Madej M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Department of Physical and Powder Metallurgy, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Duosheng Li, Yingwei Yu, Qing H.Qin, Xianliang Zhou, Aihua Zou, Xiaozhen Hua, Jianyun Zhang, Wenzheng Wu: Size Effect of SiC Particle on Microstructures and Mechanical Properties of SiCp/Al Composites. Proceedings of Fourth International Conference of Smart Materials and Nanotechnology in Engineering, Gold Coast, Australia, July 10, 2013, 8793, 87931I
• [2] Yueguang Wei: Particulate size effects in the particle-reinforced metal-matrix composites, Acta Mechanica Sinica,17, 1 (2001), 45–58
• [3] Ogel B., Gurbuz R.: Microstructural characterization and tensile properties of hot pressed Al-SiC composites prepared from pure Al and Cu powders. Materials Science and Engineering A, 301 (2001), 213–220
• [4] Cerit A.A., Karamis M.B., Nair F., Yildizli K.: Effect of reinforcement particlae size and volume fraction on wear behavior of metal matrix composites. Tribology in Industry, 30, 3–4(2008), 31–36
• [5] El-Kady O., Fathy A.: Effect of SiC particle size on the physical and mechanical properties of extruded Al matrix nanocomposites. Materials and Design, 54 (2014), 348–353
• [6] Spowart J., Maruyama B., Miracle D.: Method for improving tensile properties of AlSiC composites. United States Patent 6.12.2005, US 6972109 B1
• [7] Fathy A., Sadoun A., Abdelhameed M.: Effect of matrix/reinforcement particle size ratio (PSR) on the mechanical properties of extruded Al-SiC composites. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 73, 5 (2014), 1049–1056
• [8] Jamaati R., Amirkhanlou S., Toroghinejad M.R., Niroumand B.: Effect of particle size on microstructure and mechanical properties of composites produced by ARB process. Material Science and Engineering A, 528 (2011), 2143–2148
• [9] Siva Prasad D., Chintada S.: Experimental evaluation onto the damping behavior of Al/SiC/RHA hybrid composites. Journal of Materials Research and Technology, 178 (2015), 1–8
• [10] Chandrasekhar G.L., Vijayakumar Y., Nagaral M.: Investigations on Mechanical Properties of Al-4.5% Cu-SiC and Al-4.5% Cu-Graphite Composites. European Journal of Engineering Research and Science, 1, 1 (2016), 30–33
• [11] Parvin N., Rahimian M.: The characteristics of alumina particle reinforced pure Al matrix composite. Acta Physica Polonica A, 121 (2012), 108–110
• [12] Aribo S., Omotoyinbo J.A., Folorunso D.P.: High Temperature Mechanical Properties of Silicon Carbide Particulate Reinforced Cast Aluminium Alloy Composite. Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies, 18 (2011), 9–16

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)