Механика композитных материалов N3 2006
..pdf20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
Рис. 9. То же при выдержке 60 мин.
и времени выдержки объемная плотность существенно не меняется. Однако композитам, изготовленным из порошков SiC с частицами размером
Табл. 3
Плотность, остаточная пористость и ударная прочность композитов
|
|
|
Al/SiCp |
|
|
|
||
|
Плот |
Остаточ |
Ударная |
|
Плот |
Остаточ |
Ударная |
|
Испыта |
ная по |
проч |
Испыта |
ная по |
проч |
|||
ность, |
ность, |
|||||||
ние |
ристость, |
ность, |
ние |
ристость, |
ность, |
|||
г/см3 |
г/см3 |
|||||||
|
% |
кгс/м |
|
% |
кгс/м |
|||
|
|
|
|
|||||
T1 |
2,78 |
3,9 |
0,8 |
T9 |
2,70 |
6,6 |
— |
|
T2 |
2,76 |
4,4 |
— |
Т10 |
2,68 |
7,2 |
— |
|
T3 |
2,73 |
5,6 |
0,5 |
Т11 |
2,80 |
2,8 |
5,5 |
|
T4 |
2,79 |
3,4 |
— |
Т12 |
2,78 |
3,7 |
1 |
|
T5 |
2,81 |
2,8 |
— |
Т13 |
2,77 |
4,0 |
0,8 |
|
T6 |
2,79 |
3,6 |
— |
Т14 |
2,73 |
5,3 |
1 |
|
T7 |
2,67 |
7,7 |
0,7 |
Т15 |
2,77 |
4,0 |
2 |
|
T8 |
2,67 |
7,7 |
— |
Т16 |
2,75 |
4,7 |
0,7 |
|
Среднее |
2,75 ± |
4,887 ± |
|
Среднее |
2,75 ± |
4,787 ± |
|
|
|
0,0547 |
1,92 |
|
|
0,0413 |
1,49 |
|
|
20 мкм, свойственна меньшая остаточная пористость и большая плотность, чем с частицами размером 75 мкм. Ничто не свидетельствует о том, что не полная инфильтрация в образцах, изготовленных из порошков с большими частицами, мешает проведению ударных испытаний полученных компози тов. Однако образцы с большими частицами SiC обнаружили меньшую ударную прочность, чем с меньшим размером частиц SiC. Например, при одинаковом содержании магния в сплаве из SiC с соотношением типов 25/75 и времени выдержки 60 мин у композитов с частицами размером 20 мкм значение ударной прочности было равно 5,5 кгс/м, а с частицами 75 мкм — 1 кгс/м. Аналогично при содержании Mg 9% по массе и времени выдержки 60 мин композит из SiC с соотношением типов 75/25 и размером частиц 20 мкм имел ударную прочность 2 кгс/м, а с частицами 75 мкм — 0,7 кгс/м.
У композитов, изготовленных из порошков SiC с размером частиц 20 мкм, в образцах с содержанием магния 9% по массе в алюминиевом спла ве наблюдали несколько меньшую среднюю остаточную пористость (4,4%) по сравнению с содержащими Mg 6% по массе (5,0%). В некоторой степени этот результат отражает благоприятное воздействие магния в качестве по верхностно-активного элемента [15]. Кроме того, наблюдали, что среднее значение ударной прочности, равное 2,77 кгс/м, у композитов с содержани ем Mg 9 % по массе в четыре раза больше, чем у композитов с содержанием Mg 6% по массе (0,67 кгс/м). Следовательно, небольшое уменьшение сред ней остаточной плотности (с 5 до 4,4%) привело к значительному увеличе нию прочности материала.
Для оценки влияния технологических параметров на ударную прочность композитов выполнен дисперсионный анализ (ANOVA). Этот анализ прове ли для разных пар параметров: размер частиц SiC и содержание магния; раз мер частиц SiC и соотношение типов SiC; размер частиц SiC и время выдер жки; содержание магния и время выдержки (табл. 4). Во всех этих случаях размер частиц SiC имел сравнительно сильное влияние на ударную про чность композитов. Однако содержание магния в сплаве, соотношение ти-
Табл. 4
Данные анализа ANOVA (размер частиц SiC и содержание Mg) для ударной прочности
Столбец |
Параметр |
DF |
Сумма |
Дисперсия |
Р,% |
квадратов |
|||||
1 |
Размер частиц SiC |
1 |
9,245 |
9,245 |
45.5 |
2 |
Содержание Mg |
1 |
11,045 |
11,045 |
54.5 |
|
Сумма |
|
|
|
100 |
П р и м е ч а н и е : DF — степень свободы; Р — вклад в изменение ударной прочности.
А1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Рис. 11. Спектр ЭДР в области волокон на поверхности разрушения композита, изготовленного из порошка SiC с соотношением типов 75/25 при выдержке 60 мин.
арматуре SiC, а светлая фаза — это алюминиевая матрица. Кроме того, вид на фаза нитрида алюминия, морфологически проявляющаяся в виде иголок или волокон. Спектр ЭДР (рис. 11) подтверждает наличие нитрида алюми ния, являющегося термодинамически стабильной фазой в отличие от карби да алюминия. Внешний вид поверхности разрушения свидетельствует о хо рошем сцеплении арматуры SiC с алюминиевой матрицей и хрупком разрушении арматуры SiC и пластическом поведении алюминиевой матрицы во время ударного испытания композитов.
Заключение
Соотношение типов SiC (тип GC/тип С) существенно влияет на микрос труктуру композитов на основе Al/SiC. Большее количество карбида крем ния SiCp с кремнеземом Si02 ограничивает образование нежелательной фазы карбида алюминия даже при продолжительном времени выдержки. Установлено, что содержание магния в алюминиевом сплаве не влияет на образование AI4C3, но влияет на остаточную пористость и, следовательно, ударную прочность композитов. Кроме того, ударная прочность возрастает с уменьшением размера частиц SiC и увеличением содержания магния в сплаве с 6 до 9% по массе. Напротив, наличие фазы AI4C3 уменьшает про чность. Примечательно, что даже небольшое уменьшение остаточной по ристости приводит к значительному увеличению ударной прочности.
Благодарность. Авторы признательны CONACyT за финансовую под держку по контракту 34826-U и компании Microabrasivos de Mexico за по ставку порошков SiC, а также г-же Jose Luis Rodriguez Hernandez за техни ческую помощь в проведении ударных испытаний.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Davis J. R. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM Specialty Handbook, 1998. — P. 160— 179.
2.Suresh S., Mortensen A., and Needleman A. Fundamentals of Metal Matrix Composites. 1st Ed. — Stoneham: Butterworth-Heinemann, 1993.
3.Iseki T., Kameda T., and Maruyama T. Interfacial reactions between SiC and
aluminum during joining // J. Mater. Sci. — 1984. — Vol. 19. — P. 1692— 1698.
4.Laurent V., Chatain D., and Eustathopoulos N. Wettability of SiC by aluminum and Al—Si alloys // J. of Mater. Sci. — 1987. — Vol. 22. — P. 244—250.
5.Lloyd D. J., Lagace H., McLeod A., and Morris P. L. Microstructural aspects of aluminum-silicon carbide particulate composites by a casting method // Mater. Sci. and Eng. A. — 1989. — Vol. A107. — P. 73—80.
6.Kosolapova T. Y Carbides Properties, Production and Applications. — 1st ed. — N.Y.: Plenum, 1971.
7.ParkJ. K. and Lucas J. P. Microstructure effect on SiCp/6061 Al MMC: Dissolution of interfacial A14C3 // Scripta Mater. — 1997. — Vol. 37, No. 4. — P. 511—516.
8.Lin R. Y., Arsenault J., Martins G. P., and Fishman S. G. Interfaces in metal-ceramic composites. — The minerals, metals and materials society, Warrandale PA, 1990.
9.Alonso A., Narciso J., Pamies E., Garcia Cordobilla C., and Louis E. Effect of K2ZrF6 coating on pressure infiltration of packed SiC particulates by liquid aluminum // Scripta Mater. — 1993. — Vol. 29. — P. 1559—1564.
10.Pech-Canul M. /., Katz R. N., and MakhloufM. M. The role of silicon in wetting and pressureless infiltration of SiCp preforms by aluminum alloys // J. of Mater. Sci. — 2000. — Vol. 35. — P. 2167—2173.
11.Pech-Canul M. /., Katz R. N., and Makhlouf M. M. Optimum parameters for wetting silicon carbide by aluminum alloys // Metall. and Mater. Trans. A. — 2000. — Vol. 31A. — P. 565—573.
12.Salvo L.} 'Esperance G. L., Suery M., andLegouxJ. G. Interfacial reactions and age hardening in Al—Mg—Si metal matrix composites with SiC particles // Mater. Sci. and Eng. A. — 1994. — Vol. A177. — P. 173— 183.
13.Lee J. C, Ahn J. P.} Shi Z, Kim Y, and Lee H. /. Modification of the interface in SiC/Al composites // Metall. and Mater. Trans. — 2000. — Vol. 31A. — P. 2361—2368.
14. Shi Z, Yang J. M., Lee J. C, Zhang D., Lee H. /., and Wu R. The interfacial characterization of oxidized SiC(p)/2014 Al composites // Mater. Sci. and Eng. A. — 2001. — Vol. A303. — P. 46—53.
15. Shi Z, Ochiai S., Hojo M., Lee J., Gu M., and Lee H. Joining characteristics of oxidized SiC particles reinforced Al—Mg matrix composite prepared by reaction infiltration processing // J. Mater. Res. — 2001. — Vol. 16, No. 2. — P. 400—406.
16.Urena A., Martinez E., Rodrigo P., and Gil L. Oxidation treatments for SiC particles used as reinforcement in aluminum matrix composites // Composites Sci. and Tech. — 2004. — Vol. 64. — P. 1843— 1854.
17.Lee W. E. and Rainforth W. M. Ceramic Microstructures, Property Control by Processing. — N.Y.: Chapman and Hall, 1994.
18.Aguilar-Martinez J. APech-Canul M. Rodriguez-Reyes, M. and De la Pena J. L. Effect of Mg and SiC type on the processing of two-layer Al/SiCp composites by pressureless infiltration // J. of Mater. Sci. — 2004. — Vol. 39. — P. 1025— 1028.
19.ASTM E23-98 “Standard test methods for notched bar impact testing of metallic materials”
20.Нои Q., Mutharasan R., andKocfoak М. Feasibility of aluminum nitride formation in aluminum alloys // Mater. Sci. and Eng. A. — 1995. — Vol. A195. — P. 121— 129.
21.Levi G., Bamberger M, and Kaplan W. D. Wetting of porous carbonitride by Al—Mg—Si alloys // Acta Mater. — 1999. — Vol. 14. — P. 3927—3934.
22.Srinivasa Rao B. and Jayaram V. Pressureless infiltration of Al—Mg based alloys into A120 3 preforms: mechanisms and phenomenology // Acta Mater. — 2001. — Vol. 49. — P. 2373—2385.
Поступила 11.07.2005 Окончательный вариант поступил 27.02.2006 Received July 11, 2005 (Feb. 27, 2006)
Лагздинь А., Максимов Р. Д., Ш уме Э. Упругость композитов с разноориентирован |
|
ными анизометрическими частицами наполнителя |
285 |
Ванг Б. Л., Хан И. С. Разрушение композитов из пьезоэлектрических волокон с |
|
упругой матрицей |
301 |
Максимук А. В., Щербина Н. Н. Износостойкость тел, защищенных тонким компо |
|
зитным покрытием |
319 |
Нумаир К. С, Хаддад М. А., Аюб А. Ф. Исследование собственных колебаний |
|
композитных балок методом конечных разностей |
331 |
Амензаде Р. Ю., Киясбейли Э. Т., Фатуллаева Л. Ф. Предельное состояние жестко |
|
защемленного нелинейно-упругого многослойного стержня |
347 |
Новиков Н. В., Майстренко А. Л., Кущ В. И., Иванов С. А. Оценка качества металло |
|
алмазных композитов по их теплопроводности и электросопротивлению |
361 |
Максимов Р. Д., Гайдуков С, Зицанс Я., Калнинь М., Плуме Э., Шпачек В., Швигле- |
|
рова П. Нанокомпозиты на основе стирол-акрилового сополимера и органо |
|
монтмориллонита. 1. Механические свойства |
375 |
Винидиктова Н. С, Ермолович О. А., Голъдаде В. А., Пинчук Л. С. Прочность |
|
биоразлагаемых полипропиленовых плоских лент, наполненных модифициро |
|
ванным крахмалом |
389 |
Печ-Канул М. И., Ортега-Челая Ф., Печ-Канул М. А. Влияние кремнезема Si02 в |
|
карбиде кремния SiCp на микроструктуру и ударную прочность композитов |
|
Al/SiCp, изготовленных методом бесконтактной инфильтрации |
401 |
CONTENTS
Lagzdins A., Maksimov R. D., and Plume E. Elasticity of composites with |
irregularly |
|
oriented shape-anisotropic filler particles |
|
285 |
Wang B. L. and Han J. C. Fracture of a piezoelectric fiber/elastic matrix composite |
301 |
|
Maksymuk A. V. and Shcherbyna N. N. Wear resistance of bodies protected by a thin |
||
composite coating |
|
319 |
Numayr K. S., Haddad M. A., and Ayoub A. F. Investigation of free vibrations |
of |
|
composite beams by using the finite-difference method |
|
331 |
Amenzadeh R. Yu., Kiyasbeyli E. T., and Fatullaeva L. F. The limiting state of a rigidly |
||
fixed nonlinearly elastic multilayer rod |
|
347 |
Novikov N. V., Maystrenko A. L., Kushch V. I., and Ivanov S. A. Quality rating of a metal |
||
matrix-diamond composite from its thermal conductivity and electric resistance |
361 |
|
Maksimov R. D., Gaidukovs S., Zicans J., Kalnins M., Plume E., |
Spacek |
V |
and Sviglerova P. Nanocomposites based on a styrene-acrylate copolymer and |
||
organically modified montmorillonite. 1. Mechanical properties |
|
375 |
Vinidiktova N. S., Ermolovich O. A., Goldade V. A., and Pinchuk L'. S. Strength |
of |
|
biodegradable polypropylene tapes filled with modified starch |
|
389 |
Pech-Canul M. I., Ortega-Celaya F., and Pech-Canul M. A. Influence of SiCb in SiCp on
the microstructure and impact strength of Al/SiCp composites fabricated by |
|
pressureless infiltration |
401 |
Вниманию подписчиков!
В2006 г. подписаться на журнал «Механика композитных материалов» можно через каталог “Роспечать” (с. 285)
или ООО “Центроэкс”.
Более подробную информацию Вы можете получить по адресу: 125493 Москва, ул. Смольная, 14. Тел. (095) 456-86-01.
