Evaluation of Microstructure, Physical and Mechanical Properties of Functionally Graded Al-Cu Fabricated by Horizontal Centrifugal Casting

Document Type : Original Research Article

Authors

1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

2 Department of Engineering, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.

3 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.

Abstract

In the present study, an investigation of coefficient of thermal expansion, elastic modulus, yield strength of compression, wear resistance and hardness of 3 layers called inner, intermediate and outer are investigated for functionally graded Al based cylindrical shell containing 26 wt.% Cu and 8 wt.% Si. The microstructure is studied by using TESCAN MIRA3 field emission scanning electron microscopy (FESEM) and TITAN scanning transmission electron microscope (STEM) is revealed that intermetallic compound content reaches its maximum volume fraction at the inner layer with 33.3 Vol.% and then reduces gradually to 26.4 Vol.% at outer layer. In addition, wear rate was 5.4gr/m2 and hardness was 153 HV at inner layer and then gradual increase by 7.07 gr/m2 and decrease by 149 HV, respectively at outer layer. Moreover, the value of yield strength of compression is determined 275, 460 and 415 MPa at outer, intermediate and inner layers, respectively.

Keywords

Main Subjects

References

[1]  Naebe M., Shirvanimoghaddam K., Functionally graded materials: A review of fabrication and properties, Applied Materials Today, 2016, 5 (Supplement C), 223-245.
[2]  Campbell J., Castings (Second Edition). Oxford: Butterworth-Heinemann, 2003, p. 117-177.
[3]  Campbell J. Complete Casting Handbook, Oxford: Butterworth-Heinemann; 2011, p. 255-390.
[4]  حلوائی ا.، تیمورنژاد ج.، بررسی و تحقیق بر روی تغییرات پارامترهای موثر بر تولید لوله‌های آلیاژی غیر آهنی به روش ریخته‌گری گریز از مرکز از جنس برنز، قلع و آلومینیم. طرح پژوهشی دانشگاه تهران. 1386.
[5]  طالبی ع.، حلوائی ا.، تاثیر پارامترهای فرآیند بر جدایش ماکروسکوپی سرب در ریخته‌گری گریز از مرکز افقی برنز قلع 92200C، فصل‌نامه مهندسی متالورژی، 1377، 2، 23-31.
[6]  طالبی ع.، حلوائی ا.، بررسی و تحقیق بر روی پارامترهای مؤثر بر ریخته‌گری بوش‌های برنزی پر آلیاژ به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی دانشگاه تهران. 1388.
[7]  شهبازی‌خانی ح.، صمدی ا.، بررسی ریزساختار و رفتار هدف‌مند مواد  Al-Al2Cuتولید شده به روش ریخته‌گری گریز از مرکز درجا، سومین همایش مشترک بیست و یکمین سمینار سالانه انجمن علمی ریخته‌گری ایران و سیزدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، دانشگاه شهید باهنر کرمان، 1388.
[8]  Watanabe Y., Kurahashi M., Kim I.S., Miyazaki S., Kumai S, Sato A, Fabrication of fiber-reinforced functionally graded materials by a centrifugal in situ method from Al–Cu–Fe ternary alloy, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2006, 37(12) 2186-2193.
[9]  Melgarejo Z.H., Suárez O.M., Sridharan K. Microstructure and properties of functionally graded Al–Mg–B composites fabricated by centrifugal casting, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2008, 39(7) 1150-1158.
[10]   Bhattacharyya M., Kumar A.N., Kapuria S., Synthesis and characterization of Al/SiC and Ni/Al2O3 functionally graded materials, Materials Science and Engineering: A, 2008, 487(1) 524-35.
[11]   Ekici R., Apalak M.K., Yildirim M., Indentation behavior of functionally graded Al–SiC metal matrix composites with random particle dispersion, Composites Part B: Engineering. 2011, 42(6) 1497-1507.
[12]   Gupta M., Loke C.Y., Synthesis of free standing, one dimensional, Al-SiC based functionally gradient materials using gradient slurry disintegration and deposition, Materials Science and Engineering: A., 2000, 276(1) 210-217.
[13]   Nai S.M.L., Gupta M., Influence of stirring speed on the synthesis of Al/SiC based functionally gradient materials, Composite Structures, 2002, 57(1–4) 227-233.
[14]   Übeyli M., Balci E., Sarikan B., Öztas M.K., Camuşcu N., Yildirim R.O., The ballistic performance of SiC–AA7075 functionally graded composite produced by powder metallurgy, Materials & Design, 2014, 56, 31-36.
[14]   کلوند ح.، آقامیری س. ا.، وحدت س. ا.، ارتباط بین سختی و ریزساختار آلیاژ بابیت در ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، مجله ریخته‌گری، پاییز و زمستان 1393، 106، 48 -59.
[16]   Nardone V.C., Prewo K.M., Comment on “a comparison of PM vs melted SiC/Al composites”, Scripta Metallurgica. 1989, 23(2) 291-332.
[17]   Mahmoodian R., Hassan M.A., Hamdi M., Yahya R., Rahbari R.G., In situ TiC–Fe–Al2O3–TiAl/Ti3Al composite coating processing using centrifugal assisted combustion synthesis, Composites Part B: Engineering, 2014, 59 (Supplement C) 279-284.
[18]   Lin X., Liu C., Xiao H., Fabrication of Al–Si–Mg functionally graded materials tube reinforced with in situ Si/Mg2Si particles by centrifugal casting, Composites Part B: Engineering, 2013, 45(1) 8-21.
[19]   ماهر ج.، زند ا.، کلوند ح.، بررسی ریزساختار اتصال بین لایه‌های برنز و فولاد در یاتاقان ژورنال تولید شده به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، مجله ریخته‌گری، 1394، 110، 1-7.
[20]   Davis J., Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International. Handbook Committee, 1993.
[21]   Chen C.L., Richter A., Thomson R.C., Mechanical properties of intermetallic phases in multi-component Al–Si alloys using nanoindentation, Intermetallics, 2009, 17(8), 634-641.
[22]   Chen C.L., Richter A., Thomson R.C., Investigation of mechanical properties of intermetallic phases in multi-component Al–Si alloys using hot-stage nanoindentation, Intermetallics, 2010, 18(4) 499-508.
[23]   Westbrook J., Fleischer R., Intermetallic compounds [Vol. 2], Basic mechanical properties and lattice defects of intermetallic compounds, Wiley, 2000.
[24]   وحدت س. ا.، ناطق س.، میردامادی ش.، استفاده از مدلی بر اساس مکانیزم بیرون کشیدن ذرات M23C6 در زمینه فولاد ابزار 1.2542 به منظور تخمین چقرمگی و استحکام، مهندسی متالورژی و مواد، پاییز و زمستان ۱۳۹۴، 1، 39-50.
[25]   Nikhilesh C., Chawla K.K. Metal matrix composites. Springer, New York, NY, USA; 2006.
Founding Research Journal
Volume 1, Issue 1 - Serial Number 1
September 2017
Pages 47-58

Files

History

  • Receive Date: 09 November 2017
  • Revise Date: 27 December 2017
  • Accept Date: 31 December 2017

Share

How to cite

Statistics