Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi
رحمت اله عمادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farhad Saremi naeini
فرهاد صارمی نائینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Fabrication and Characterization of Aluminium Based Composite by Squeeze Infiltration of Melt into the Preforms of Coated Steel Fibers
Due to their special properties such as high strength, good wear resistance, low thermal expansion coefficient, and high oxidation resistance, aluminum matrix composites have found great applications in automobile, military, and aerospace industries nowadays. One of the new methods for the manufacturing of aluminum matrix composite materials is the infiltration of the melt into the metallic preforms through squeeze casting. In this research aluminum matrix composites reinforced with steel fiber preforms were produced through squeeze casting method. To prevent hazardous chemical reactions between steel fibers and aluminum base and also to increase the wettability of the fibers, a Ni-P coating was applied on the fibers by electroless process. Then, steel-aluminum composites with different weight percentages of steel fibers were prepared. The samples were cast at 750 0 C pouring temperature under 50, 75, 100, and 125 MPa pressures. Then, the physical and mechanical properties of the composites containing 3, 5, and 7 weight percent of steel fibers were studied in contrast to commercial pure aluminum. The results showed that by an increase in squeeze casting pressure from 50 MPa to 125 MPa, the porosity percentage of the pure aluminum sample reached zero and the specific strength or the ratio of strength to the weight of the composite containing 7 weight percent of steel fibers was about twice that of the pure aluminum. Also, hardness reached 52 Brinell for the composite sample with 7 weight percent of the fibers at 125 MPa from 19 Brinell for pure aluminum at 50 MPa. Moreover, by an increase in the weight percent of the steel fibers, the increased porosity and ductility are reduced. To study the tribology behavior of the samples, the wear tests were performed by the pin-on-disk machine. Wear tests were performed in dry conditions and under 1, 2, and 3 newton loads at sliding rate of 0.14 m/s. To recognize the dominant wear mechanism, the contact areas and the wear particles were studied by scanning electron microscope. The results obtained from the wear tests showed that the composite samples with more reinforcement enjoyed higher wear resistance attributed to an increase in resistance to plastic deformation of the composite samples in the presence of reinforcement steel fibers. Finally, it can be concluded that in applications requiring hardness, strength, or resistance to high wear, the use of pure aluminum-based composites containing proper weight percent of Ni-P coated steel fibers is logical and economically justified. Keywords : Aluminium matrix composite, Steel preform, Squeeze casting, Nickel-Phosphorous electroless plating, Physical and mechanical properties, Wear
امروزه کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی به دلیل خواصی همچون استحکام ویژه بالا، مقاومت به سایش خوب، ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا مصرف زیادی را در صنعت خودروسازی، صنایع نظامی و صنایع هوافضا پیدا کرده‌اند. یکی از روش‌های جدید ساخت مواد کامپوزیتی زمینه آلومینیومی روش نفوذدهی مذاب به درون پیش ساخته های فلزی، توسط ریخته‌گری کوبشی است. در این پژوهش کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با پیش ساخته هایی از الیاف فولادی توسط روش ریخته گری کوبشی تولید گردید. به منظور جلوگیری از انجام واکنش های شیمیایی مضر بین الیاف فولادی و زمینه آلومینیومی و نیز افزایش قابلیت ترشوندگی الیاف، با استفاده از فرایند الکترولس بر روی الیاف، پوشش نیکل- فسفراعمال شد. سپس کامپوزیت های آلومینیوم- فولاد با درصدهای وزنی مختلف از الیاف فولادی تهیه شدند. نمونه‌ها در دمای بارریزی 750 درجه سانتی‌گراد، تحت فشارهای MPa 50، 75، 100 و 125 ریخته‌گری شدند. در ادامه خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های حاوی 3، 5 و 7 درصد وزنی الیاف فولادی در مقایسه با آلومینیوم خالص تجارتی بررسی گردید. نتایج نشان داد با افزایش فشار ریخته‌گری کوبشی از MPa 50 به MPa 125، درصد تخلخل نمونه آلومینیوم خالص به صفر می رسد و استحکام ویژه یا نسبت استحکام به وزن کامپوزیت حاوی 7 در صد وزنی الیاف فولادی حدود دو برابر آلومینیوم خالص شد. همچنین سختی، از 19 برینل برای آلومینیوم خالص در فشار MPa 50، به 52 برینل برای نمونه ی کامپوزیتی با 7 در صد وزنی الیاف در فشار MPa 125 می رسد. علاوه بر این با افزایش درصد وزنی الیاف فولادی، تخلخل افزایش یافته و انعطاف پذیری کاهش می یابد. به منظور بررسی رفتار تریبولوژیکی نمونه ها، آزمایش های سایش با استفاده از دستگاه پین روی دیسک انجام شد. آزمایش های سایش در شرایط خشک و تحت بار های 1، 3 و 5 نیوتن و با سرعت لغزش m/s 14/0 صورت گرفت. جهت تشخیص مکانیزم غالب سایش، سطوح تماس و ذرات سایش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آزمایش های سایش نشان می دهد که نمونه های کامپوزیتی با در صد بیشتر تقویت کننده از مقاومت سایش بالاتری برخوردار بوده که این امر را می‌توان به افزایش مقاومت به تغییر شکل پلاستیک نمونه‌های کامپوزیتی در اثر حضور الیاف فولادی تقویت کننده نسبت داد. در نهایت می توان چنین نتیجه گرفت که درکاربردهایی که سختی، استحکام یا مقاومت به سایش بالا مد نظر باشد، استفاده از کامپوزیت های با زمینه ی آلومینیوم خالص و حاوی درصد وزنی مناسب الیاف فولادی پوشش کاری شده با پوشش نیکل- فسفر، منطقی و دارای توجیه اقتصادی خواهد بود. کلمات کلیدی: کامپوزیت زمینه آلومینیوم، پیش ساخته ی فولادی، ریخته‌گری کوبشی، پوشش الکترولس نیکل- فسفر، خواص فیزیکی و مکانیکی، سایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی