Microstructure and tensile properties of composites with high strength aluminium alloys matrix reinforced with Saffil™ fibers

• Autorzy: Morgiel J. , Naplocha K. , Pomorska M. , Kaczmar J.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i wytrzymałość kompozytów o osnowie z wysokowytrzymałych stopów aluminium wzmacnianych włóknami SAFFIL™

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Metal matrix composites (MMC) were produced by the force infiltration of Saffil™ fiber preforms with high strength AA2024, AA6061 and AA7075. The preforms with ˜ 10 vol.% of fibers were bonded by dipping in liquid glass and heat treated at 800°C/2 hours. Next, the preforms were placed in a mould and the liquid alloy was forced into it. The composites microstructure was investigated using scanning xL30 and transmission Tecnai FEG (200 kV) electron microscopes. The tensile strength was tested with an Instron machine. The microstructure observations confirmed that after heat treatment, the Na2SiO3(H2O) binding phase turns to amorphous silica. The liquid AA2024 reacts with the silica, substituting part of the binder with a fine-crystalline mixture of MgO, Θ-Cu2Al and silicon crystallites. The AA6061also reacts with the SiO2 binder, but replaces it with a porous amorphous aluminium oxide. However, the infiltration with AA7075 left the binder mostly intact with discontinuous precipitates of MgO at the silica/matrix interface. The mechanical tests of the AA6061/Saffil™ were inconsistent due to a large scatter of results, but for the other composites they showed that the Saffil™ fibers helped to increase the tensile strength of the castings from 230 to 330 MPa and from 420 to 590 MPa for the AA2024/ Saffil™and AA7075/ Saffil™ composites (T6 conditions) respectively.

PL

Kompozyty o osnowie metalicznej zostały otrzymane poprzez ciśnieniową infiltrację wysokowytrzymałymi stopami AA2024, AA6061 oraz AA7075 preform zawierających ˜ 10% obj. włókien Saffil™. Preformy zanurzano w roztworze z tzw. ciekłego szkła Na2SiO3(H2O), suszono, a następnie wypalano w 800°C/2 godz. Następnie ceramiczne preformy osadzano we wlewnicy, którą napełniano ciekłym stopem wtłaczanym do niej z wykorzystaniem prasy. Kompozyt badano metodami mikroskopii skaningowej (xL30) oraz transmisyjnej (Tecnai FEG 200kV). Własności wytrzymałościowe mierzono z wykorzystaniem urządzenia Instron. Obserwacje mikrostruktury wykazały, że po obróbce cieplnej ciekłe szkło ulega przemianie do amorficznej krzemionki (SiO2). Zalanie reformy ciekłym stopem AA2024 powoduje jego reakcję z krzemionką, a w konsekwencji jej zastąpienie drobnokrystaliczną mieszaniną MgO, Θ-Cu2Al oraz α-Si. Również AA6061 reaguje z krzemionką, ale w rezultacie w jej miejsce tworzy się porowaty i amorficzny Al2O3. Jedynie przy infiltracji preform stopem AA7075 większa część fazy krzemionkowej pozostawała w mostkach między włóknami, ale w jej granicy z osnową pojawiały się już warstwy MgO. Pomiary własności mechanicznych dla AA6061/ Saffil™ miały zbyt duży rozrzut, ale w przypadku dwu pozostałych kompozytów stwierdzono, że ich wytrzymałość na rozciąganie rośnie z 230 do 330 MPa oraz z 420 do 590 MPa odpowiednio dla AA2024/ Saffil™ and AA7075/ Saffil™ (po obróbce T6).

Słowa kluczowe

EN

MMC; AA2024/Saffil™; AA6061/Saffil™; AA7075/Saffil™; nanocomposites

PL

nanokompozyty; AA2024/Saffil™; AA6061/Saffil™; AA7075/Saffil™

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 2
• Strony: 136--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Morgiel J.

autor

Naplocha K.

autor

Pomorska M.

autor

Kaczmar J.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Vaucher S., Beffort O., Bonding and interface formation in metal matrix composites, MMC-Assess Thematic Network, EMPA, TU Wien 1998-2001.
• [2] Automotive Data Sheet Overview, Honda Motor Company, www.saffil.com/pdfs/automotive/data/mmcprop.pdf
• [3] Cayron C., TEM studies of interfacial reactions and precipitation mechanisms in Al2O3 short fiber or high volume fraction SiC particle reinforced Al4Cu1Mg0.5Ag squeeze cast composites, Ph. D thesis, Lausane 2000.
• [4] Long S., Beffort O., Moret, Thevoz Ph, Processing of Al based MMCs by Indirect Squeeze Infiltration of Ceramic Preforms on a Shot-Control High Pressure Die casting machine, Aluminium 2000, 76, 82-89.
• [5] Lacom W., Degisher H. P., Schulze P., Properties of Continuous Fiber Reinforced Al and Mg Matrix Composites Produced by Gas Pressure Infiltration, Key Engineering Materials 1997, 127-131, 99-110.
• [6] Dudek H. J., Wang S., Fiber-matrix interaction in the i- Al2O3 fiber reinforced aluminium piston alloy, Materials Science and Engineering A 1996, 205, 180-186.
• [7] Veersh Kumar G. B., Rao C. S. P., Selvaraj N., Bhagyashekar M. S., Studies on AA6061-SiC and AA7075-AlO3 Metal matrix Composites, Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering 2010, 9, 43-55.
• [8] Hajjari E., Divandari M., An investigation on the microstructure and tensile properties of direct squeeze cast and gravity die cast 2024 wrought Al alloy, Materials and Design 2008, 29, 1685-1689.