Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi
رحمت اله عمادي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farhad Saremi naeini
فرهاد صارمي نائيني

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
چکيده امروزه کامپوزيت‌هاي زمينه آلومينيومي به دليل خواصي همچون استحکام ويژه بالا، مقاومت به سايش خوب، ضريب انبساط حرارتي پايين و مقاومت به اکسيداسيون بالا مصرف زيادي را در صنعت خودروسازي، صنايع نظامي و صنايع هوافضا پيدا کرده‌اند. يکي از روش‌هاي جديد ساخت مواد کامپوزيتي زمينه آلومينيومي روش نفوذدهي مذاب به درون پيش ساخته هاي فلزي، توسط ريخته‌گري کوبشي است. در اين پژوهش کامپوزيت هاي زمينه آلومينيومي تقويت شده با پيش ساخته هايي از الياف فولادي توسط روش ريخته گري کوبشي توليد گرديد. به منظور جلوگيري از انجام واکنش هاي شيميايي مضر بين الياف فولادي و زمينه آلومينيومي و نيز افزايش قابليت ترشوندگي الياف، با استفاده از فرايند الکترولس بر روي الياف، پوشش نيکل- فسفراعمال شد. سپس کامپوزيت هاي آلومينيوم- فولاد با درصدهاي وزني مختلف از الياف فولادي تهيه شدند. نمونه‌ها در دماي بارريزي 750 درجه سانتي‌گراد، تحت فشارهاي MPa 50، 75، 100 و 125 ريخته‌گري شدند. در ادامه خواص فيزيکي و مکانيکي کامپوزيت هاي حاوي 3، 5 و 7 درصد وزني الياف فولادي در مقايسه با آلومينيوم خالص تجارتي بررسي گرديد. نتايج نشان داد با افزايش فشار ريخته‌گري کوبشي از MPa 50 به MPa 125، درصد تخلخل نمونه آلومينيوم خالص به صفر مي رسد و استحکام ويژه يا نسبت استحکام به وزن کامپوزيت حاوي 7 در صد وزني الياف فولادي حدود دو برابر آلومينيوم خالص شد. همچنين سختي، از 19 برينل براي آلومينيوم خالص در فشار MPa 50، به 52 برينل براي نمونه ي کامپوزيتي با 7 در صد وزني الياف در فشار MPa 125 مي رسد. علاوه بر اين با افزايش درصد وزني الياف فولادي، تخلخل افزايش يافته و انعطاف پذيري کاهش مي يابد. به منظور بررسي رفتار تريبولوژيکي نمونه ها، آزمايش هاي سايش با استفاده از دستگاه پين روي ديسک انجام شد. آزمايش هاي سايش در شرايط خشک و تحت بار هاي 1، 3 و 5 نيوتن و با سرعت لغزش m/s 14/0 صورت گرفت. جهت تشخيص مکانيزم غالب سايش، سطوح تماس و ذرات سايش توسط ميکروسکوپ الکتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج حاصل از آزمايش هاي سايش نشان مي دهد که نمونه هاي کامپوزيتي با در صد بيشتر تقويت کننده از مقاومت سايش بالاتري برخوردار بوده که اين امر را مي‌توان به افزايش مقاومت به تغيير شکل پلاستيک نمونه‌هاي کامپوزيتي در اثر حضور الياف فولادي تقويت کننده نسبت داد. در نهايت مي توان چنين نتيجه گرفت که درکاربردهايي که سختي، استحکام يا مقاومت به سايش بالا مد نظر باشد، استفاده از کامپوزيت هاي با زمينه ي آلومينيوم خالص و حاوي درصد وزني مناسب الياف فولادي پوشش کاري شده با پوشش نيکل- فسفر، منطقي و داراي توجيه اقتصادي خواهد بود. کلمات کليدي: کامپوزيت زمينه آلومينيوم، پيش ساخته ي فولادي، ريخته‌گري کوبشي، پوشش الکترولس نيکل- فسفر، خواص فيزيکي و مکانيکي، سايش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی