مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اثر درصد نانو SiC و دما بر رفتار دینامیکی و استاتیکی نانوکامپوزیت Mg-SiC ساخته شده با متالورژی پودر

نویسندگان
کاوه رحمانی 1
غلامحسین مجذوبی 2
1 دانشگاه بوعلی سینا
2 عضو هیئت علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه بوعلی سینا
چکیده
در این مطالعه روش متالورژی پودر بر پایه تراکم شبه استاتیکی برای تولید نانوکامپوزیت Mg-SiC به کار گرفته شده است. جهت ساخت نمونه‌های نانوکامپوزیتی از درصد حجمی مختلفی از نانو SiC به عنوان فاز تقویت کننده و پودر منیزیم با سایز میکرون به عنوان زمینه، استفاده شده است. سپس، مخلوط پودر برای هر درصد SiC به صورت مکانیکی اسیاب شده است. پودر مخلوط در یک قالب ریخته می شود و با استفاده از دستگاه Instron در دماهای مختلف متراکم می‌گردد. MoS2 به عنوان روانکار برای کاهش اصطکاک بین نمونه ساخته شده و قالب استفاده شده است. افزایش دما منجر به بهبود تف‌جوشی موردنیاز شده که باعث تولید نمونه‌های ساخته شده با کیفیت بالا می‌شود. چگالی، سختی و استحکام فشاری در نرخ کرنش های بالا و پایین برای نمونه های فشرده در درصددهای مختلف SiC و دماهای 25، 250 و 450 درجه سانتی گراد مقایسه گردید. مشخص شد که با افزایش درصد نانو ذره، چگالی نسبی نمونه‌های فشرده کاهش می‌یابد، درحالی‌که میکرو سختی و استحکام نمونه‌ها روند افزایشی را نشان می‌دهد. علاوه‌براین، دمای بالا منجر به افزایش تراکم و کاهش سختی می‌شود. همچنین، نتایج حاصل از آزمایش فشار دینامیکی و استاتیکی نشان داد که نمونه‌های نانو کامپوزیت تولید شده در نرخ کرنش‌های بالا خواص بهتری از خود نشان می‌دهند. به گونه‌ای که استحکام دینامیکی 55 درصد بیشتر از استحکام شبه استاتیکی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
نانوکامپوزیت منیزیم
تراکم شبه استاتیکی
خواص مکانیکی
میله هاپکینسون فشاری

عنوان مقاله English

An investigation on SiC volume fraction and temperature on static and dynamic behavior of Mg-SiC nanocomposite fabricated by powder metallurgy

نویسندگان English

Kaveh Rahmani 1
Gholam-Hossein Majzoobi 2
1 Bu Ali Sina University
چکیده English

In this study, quasi-static compaction is employed to produce Mg-SiC nanocomposite samples. Different volume fractions of SiC nano reinforcement and micron-size magnesium (Mg) powder as the matrix are used to fabricate nanocomposite specimens. The powder mixture for each percent of SiC are mechanically milled. The mixed powder is then placed into a mold and is consolidated at different temperatures using Instron machine. MoS2 is utilized as a lubricant to decrease the friction between the fabricated specimen and the mold. It is found that with the increase of temperature the sintering requirements is met and higher quality samples are fabricated. The density, hardness, compressive strength in high and low strain rate of the compacted specimens are compared for different volume faction of SiC at 25, 250 and 450 oC. It was found that by increasing the content of nano reinforcement, the relative density of the compacted samples decreases, whereas, the micro-hardness and the strength of the samples enhance. Furthermore, higher densification temperatures lead to density increase and hardness reduction. Additionally, it is shown that the compressive strength at high strain rate compared to low strain rate is significantly improved by increasing the SiC nano reinforcement so that dynamic strength for the same level of SiC was 55% higher than the quasi-static strength.

کلیدواژه‌ها English

Mg-SiC nanocomposite
quasi-static compaction
Mechanical properties
Split Pressure Hopkinson Bar
[1] S. Hassan, M. Gupta, Effect of different types of nano-size oxide particulates on microstructural and mechanical properties of elemental Mg, Materials Science, Vol. 41, No. 8, pp. 2229-2236, 2006.
[2] G. Majzoobi, A. Atrian, M. Enayati, Tribological properties of Al7075-SiC nanocomposite prepared by hot dynamic compaction, Composite Interfaces, Vol. 22, No. 7, pp. 579-593, 2015.
[3] Q. B. Nguyen, M. Gupta, T. S. Srivatsan, On the role of nano-alumina particulate reinforcements in enhancing the oxidation resistance of magnesium alloy AZ31B, Materials Science and Engineering: A, Vol. 500, No. 1, pp. 233-237, 2009.
[4] M. Gupta, M. Lai, D. Saravanaranganathan, Synthesis, microstructure and properties characterization of disintegrated melt deposited Mg/SiC composites, Materials Science, Vol. 35, No. 9, pp. 2155-2165, 2000.
[5] C. Goh, J. Wei, L. Lee, M. Gupta, Development of novel carbon nanotube reinforced magnesium nanocomposites using the powder metallurgy technique, Nanotechnology, Vol. 17, No. 1, pp. 7, 2005.
[6] H. Ferkel, B. L. Mordike, Magnesium strengthened by SiC nanoparticles, Materials Science and Engineering: A, Vol. 298, No. 1, pp. 193-199, 2001.
[7] E. Francis, N. E. Prasad, D. MILAC-nbn, C. Ratnam, P. S. Kumar, V. V. Kumar, Synthesis of nano alumina reinforced magnesium-alloy composites, Synthesis, Vol. 27, pp. 35–44, 2011.
[8] C. Mayencourt, R. Schaller, Mechanical-stress relaxation in magnesiumbased composites, Materials Science and Engineering: A, Vol. 325, No. 1, pp. 286-291, 2002.
[9] C. Suryanarayana, N. Al-Aqeeli, Mechanically alloyed nanocomposites, Progress in Materials Science, Vol. 58, No. 4, pp. 383-502, 2013.
[10] Q. Jiang, H. Wang, B. X. Ma, Y. Wang, F. Zhao, Fabrication of B 4 C particulate reinforced magnesium matrix composite by powder metallurgy, Alloys and Compounds, Vol. 386, No. 1, pp. 177-181, 2005.
[11] S. K. Thakur, G. T. Kwee, M. Gupta, Development and characterization of magnesium composites containing nano-sized silicon carbide and carbon nanotubes as hybrid reinforcements, Materials Science, Vol. 42, No. 24, pp. 10040-10046, 2007.
[12] G. Majzoobi, H. Bakhtiari, A. Atrian, M. Pipelzadeh, S. Hardy, Warm dynamic compaction of Al6061/SiC nanocomposite powders, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Materials: Design and Applications, Vol. 230, No. 2, pp. 375-387, 2016.
[13] A. Atrian, G. Majzoobi, M. Enayati, H. Bakhtiari, Mechanical and microstructural characterization of Al7075/SiC nanocomposites fabricated by dynamic compaction, Minerals, Metallurgy, and Materials, Vol. 21, No. 3, pp. 295-303, 2014.
[14] A. Atrian, G. Majzoobi, M. Enayati, H. Bakhtiari, A comparative study on hot dynamic compaction and quasi-static hot pressing of Al7075/SiC np nanocomposite, Advanced Powder Technology, Vol. 26, No. 1, pp. 73-82, 2015.
[15] G. H. Majzoobi, A. Atrian, M. K. Pipelzadeh, Effect of densification rate on consolidation and properties of Al7075–B4C composite powder, Powder Metallurgy, Vol. 58, No. 4, pp. 281-288, 2015.
[16] K. S. Tun, M. Gupta, Improving mechanical properties of magnesium using nano-yttria reinforcement and microwave assisted powder metallurgy method, Composites Science and Technology, Vol. 67, No. 13, pp. 2657- 2664, 2007.
[17] ASTM E384, Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2000.
[18] G. H. Majzoobi, F. Freshteh-Saniee, S. Faraj Zadeh Khosroshahi, H. Beik Mohammadloo, Determination of materials parameters under dynamic loading. Part I: Experiments and simulations, Computational Materials Science, Vol. 49, No. 2, pp. 192-200, 2010.
[19] A. Simchi, G. Veltl, Behaviour of metal powders during cold and warm compaction, Powder Metallurgy, Vol. 49, No. 3, pp. 281-287, 2006.
[20] M. J. Yi, H.Q. Yin, J. Z. Wang, X. J. Yuan, X. H. Qu, Comparative research on high-velocity compaction and conventional rigid die compaction, Frontiers of Materials Science in China, Vol. 3, No. 4, pp. 447-451, 2009.
[21] T. Iwaoka, M. Nakamura, Effect of compaction temperature on sinterability of magnesium and aluminum powder mixtures by warm compaction method, Materials Transactions, Vol. 52, No. 5, pp. 943-947, 2011.
[22] D. Lloyd, Particle reinforced aluminium and magnesium matrix composites, International Materials Reviews, Vol. 39, No. 1, pp. 1-23, 1994.
[23] K. Hokamoto, S. Tanaka, M. Fujita, S. Itoh, M. Meyers, H.C. Chen, High temperature shock consolidation of hard ceramic powders, Physica B: Condensed Matter, Vol. 239, No. 1, pp. 1-5, 1997.
[24] H. Hafizpour, A. Simchi, S. Parvizi, Analysis of the compaction behavior of Al–SiC nanocomposites using linear and non-linear compaction equations, Advanced Powder Technology, Vol. 21, No. 3, pp. 273-278, 2010.
[25] Z. Zhang, D. Chen, Consideration of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites: A model for predicting their yield strength, Scripta Materialia, Vol. 54, No. 7, pp. 1321-1326, 2006.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 3
خرداد 1397
صفحه 361-368