مطالعه و آزمایش تجربی بارگذاری خستگی در نانوکامپوزیت‌های ذره‎‌ای آلومینیم 7075 با ذرات سیلیکون کارباید

آلومینیوم تقویت‌نشده خواص مطلوبی برای استفاده در صنایع حساس نظیر صنایع هوایی و صنایع دریایی ندارد، اما وقتی با ذرات تقویت‌کننده به کامپوزیت تبدیل می‌شود، خواص مکانیکی و دیگر خواص آن بهبود می‌یابد. به منظور دست یابی به مقادیر بهینه تنش تسلیم، استحکام نهایی کشش، شکل‌پذیری و طول عمر خستگی تحت تاثیر دو پارامتر اندازه ذرات و کسر جرمی ذارت تقویت‌کننده، در این پژوهش ابتدا آلومینیوم 6t7075 به عنوان فاز زمینه و از ذرات سیلیکون‌کارباید به عنوان فاز تقویت‌کننده استفاده شد. طبق طراحی آزمایش انجام شده، سیلیکون‌کارباید با سه اندازه ذره مختلف، در مقیاس‌های نانومتر، زیرمیکرون و میکرون تهیه شد. پودر سیلیکون‌کارباید با کسر جرمی‌های مختلف با آلومینیوم، به روش ریخته‌گری گردابی توسط کوره مقاومتی مجهز به کویل الکترومغناطیسی و پمپ خلا ترکیب، و نمونه‌های کامپوزیتی طبق طراحی آزمایش انجام شده، ریخته‌گری شدند. سپس نمونه‌ها تحت عملیات انحلال قرار گرفتند. در ادامه عملیات حرارتی 6 tبر روی نمونه‌ها انجام شد. در انتها آزمون‌های کشش و خستگی بر روی نمونه‌های آزمایشی تهیه شده، طبق استانداردهای مربوطه انجام شد. با توجه به نتایج به‌دست آمده، تقویت کردن آلومینیوم 6t7075 با ذرات سیلیکون‌کارباید منجر به بهبود خواصی مانند استحکام تسلیم، استحکام نهایی کشش و عمر خستگی شد؛ اما ازدیاد طول و شکل‌پذیری نمونه‌ها کاهش یافت. بهترین نتیجه مربوط به نمونه 1 درصد با اندازه ذرات نانو است که 33/21 درصد استحکام نهایی کشش را بهبود بخشیده است، همچنین بیشترین استحکام خستگی را نیز نمونه 1 درصد با اندازه ذرات نانو داشته است.

Analytical and experimental study of fatigue in 7075 aluminum nanocomposite reinforced with silicon carbide particles produced by vortex method

While bare Aluminum does not have the desired properties for aerospace and naval industries, when converted to composite by reinforcing materials, the desired mechanical and other properties are achieved. In this study, Aluminum 7075T6 was selected as the base phase and Silicon Carbide (SiC) particles were used as the reinforcing phase for the composite for the experiments on the yield strength, ultimate tensile strength, and fatigue life. According to the experiment design, the SiC was prepared with three different particle sizes, in nanometer, submicron and micron scales. SiC powder with different mass fractions with Aluminum was cast by vortex casting by a resistive furnace equipped with an electromagnetic coil and a vacuum pump, and the composite samples were cast according to the experimental design. The samples were then subjected to dissolution. Afterward, T6 heat treatment was performed on the samples. Ultimately, the prepared experimental samples were subjected to tensile and fatigue tests, followed by the relevant standards. According to the results, reinforcement of aluminum 7075T6 with SiC particles improved properties such as yield strength, ultimate tensile strength, and fatigue life, but reduced the elongation and ductility of the samples. The results indicate that 1% sample with nanoparticle size has improved the final tensile strength by 21.33% and has the highest fatigue strength.