KFUPM ePrints

Thixoforging of Aluminum Nano-composites Synthesized by Ultrasonic Stir Casting

l Thixoforging of Aluminum Nano-composites Synthesized by Ultrasonic Stir Casting. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 01 January 2015.

6Mb

Arabic Abstract

اظهرت المواد المؤلفه بمصفوفة من المركبات معدنية معززة بجسيمات متناهية الصغر اهميه لما لها من خصائص فيزيائية وكيميائية عالية .ان دمج هذه المركبات لتشكيل اجزاء هندسية معقدة يعتبر تحدي كبير. عملية ال THIXOFORGING هي تقنية جذابه حيث يتم تشكيل المعدن عند درجة حرارة شبه- الصلابة والتي تعادل اعلى جزء للصلابة بسبب الخصائص المتاصلة فيها مثل حمل التشكيل المنخفض وزيادة عمر القالب والحد من خطوات التشكيل . ان ال THIXOFORGING تستخدم على نطاق واسع في تصنيع الاجزاء المعقدة في مصانع السيارات والالكترونيات والتي تتكون من سبائك الالومنيوم. ان تطبيق هذه التقنية في المواد المركبه ذات المصفوفية المعدنية توفر مزايا اضافية مثل تحسين السلوك الميكانيكى وقدرة افضل على التشكيل. ان الهدف من هذا البحث هو تطوير مواد مركبه الالومنيوم متناهية الصغر وTHIXOFORGING للشكل المطلوب. من اجل تحقيق ذلك تم استخدام سبائك الالومنيوم (A356) والمعززة بجزيئات متناهية الصغر من كربيد السيلكون وعمل صب له باستخدام الصب التقليبى باستخدام المعالجة بالموجات الفوق صوتية والتي استخدمت كمادة خام لعملية ال THIXOFORGING. المادة المركبة التى تم الحصول عليها بعد عملية الصب تم تسخينها بشكل منتظم باستخدام جهاز تسخين بالحث ونقلها مباشرة الى مكبس البثق باستخدام عينتين متختلفتين بنسبة 50 % و 60 % ويتم ايضا اعادة تسخينهما لمدة تتراوح من دقيقة الى دقيقتين. تم استخدام تراكيز مختلفة من كربيد السيلكون وذلك لاظهار الخصائص الميكانيكية للمواد المركبه. دراسة الخصائص المجهرية تمت دراستها باستخدام تقنيات متعددة مثل المجهر الضوئى والمجهر الالكترونى, وتحليل للعناصر باستخدام الاشعة السينية, اما السلوك الميكانيكي فتمت دراسته باستخدام اجهزة فحص الصلادة والشد. اظهرت النتائج ان اضافة جزيئات كربيد السيلكون تساعد في تنعيم البنية المتجمدة. كما تم ملاحظة التوزيع الجيد والتحسن في الخصائص الميكانيكية للعينات التي تمت معالجتها باستخدام الموجات الفوق صوتية بشدة بقدرة 80 وات لكل سنتيمتر مربع. تغيرت البنية المجهرية من بنية غير شجرية الى بنية كروية بعد التسخين بالحث. تم الحصول على ظروف افضل لاعادة التسخين وذلك عند استخدام طاقة حث متوسطة لمدة دقيقتين. المواد المركبة باستخدام THIXOFORGING اظهرت ان نسبة كبيرة من كربيد السيلكون موجودة بعيدا عن مركز العينة . صلادة المواد المركبة متناهية الصغر زادت بزيادة كربيد السيلكون كما لوحظ زيادة مرونة المواد المركبة متناهية الصغر بعد عملية THIXOFORGING عند نسبة صلب 50 % اظهرت امتلاء كامل للقالب وكثافة عالية وكذلك مقاومة شد افضل.

English Abstract

Metal matrix composites reinforced with nanoparticles have shown great potential due to their excellent physical and mechanical properties. However incorporation of these composites in forming complex engineering parts is a great challenge. Thixoforging is an attractive technique where metal is deformed at a semi-solid temperature corresponding to higher solid fraction. Due to its inherited advantages like lesser forming load with increase in die life and reduction in forming steps, thixoforging is widely used in making complex parts of automobile and electronic industries mainly from aluminum alloys. Applying this technique to metal matrix composites provide additional advantages like improved mechanical behavior and better forming capabilities. The aim of this research is to develop aluminum based nanocomposite and subsequently thixoforged it to a required shape. In order to achieve this, aluminum alloy (A356) reinforced with SiC nanoparticles was stir casted using ultrasonic treatment as a feed stock material for thixoforging operation. The composite obtained after casting was uniformly heated using induction heating device and quickly transported to forging press for thixoforging operation at two different solid fraction of 60% and 50% using reheating holding time of 1 and 2 minutes. Different concentration of SiC was used to characterize the microstructure and mechanical properties of the composite. The microstructure characterization was carried out using optical micrograph, scanning electron microscopy (SEM) associated with energy dispersive x-ray analysis (EDX) and mechanical behavior was studied using hardness and tensile testing measurements. The results revealed that addition of SiC particles aided in refining the solidifying microstructure. Good distribution of reinforcement and better mechanical properties were observed in stir cast samples treated with 80W/cm2 ultrasonic intensity. The microstructure changed from non-dendritic rosette to near globular morphology after induction heating. Better reheating conditions were obtained with using intermediate power of induction with holding time of 2 minutes. The microstructure of thixoforged nanocomposite showed more SiC particles agglomerated away from the center of the thixoforged part. The hardness of the nanocomposite increased with increase in amount of SiC content. Increase in ductility of nanocomposite was observed after thixoforging operation. Thixoforging at solid fraction of 50% gave complete die filling, high densification, high hardness and better tensile results.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Abu-Dheir, Numan Abu-Dheir
Committee Members:Khan, Shafique Khan and AbdelRahman , AbdelRahman N.Shuaib
ID Code:139099
Deposited By:MOHAMMED ABDUL AZEEM (g201004640)
Deposited On:25 Feb 2014 11:37
Last Modified:25 Feb 2014 11:37

Repository Staff Only: item control page