Влияние объемной доли керамических частиц на локализацию пластической деформации и разрушение металлокерамических композитов. Численный анализ
УДК 539.374:519.6
Аннотация
Исследовано механическое поведение металлокерамического композита при действии различных термомеханических нагрузок. Неоднородная структура композитов учитывается в расчетах в явном виде. Для описания механической реакции алюминиевой матрицы использовалась изотропная упругопластическая модель, а для керамических частиц — упруго-хрупкая модель. Рассмотрен представительный объем композиционного материала, содержащий несколько частиц карбида бора, находящихся в микрообъеме алюминиевого сплава 6061T6. Созданы две структуры с различным содержанием керамических частиц. Установлено, что прочность структуры с меньшей объемной долей частиц выше, чем прочность структуры с большей объемной долей. Решаются два типа задач: 1) растяжение с учетом остаточных напряжений и 2) растяжение без учета остаточных напряжений. Для учета остаточных напряжений в расчетах используются соотношения Дюамеля-Неймана. Исследовано влияние остаточных напряжений на разрушение частиц в мезообъемах. Динамические краевые задачи решаются методом конечных элементов в программном пакете ABAQUS/Explicit.
Скачивания
Metrics
Литература
Ravi Chandran K.S., Panda K.B., Sahay S.S. TiBw-Reinforced Ti Composites: Processing, properties, application prospects, and research needs // JOM. 2004. Vol. 56. № 5. DOI: 10.1007/s11837-004-0127-1.
Garg P., Jamwal A., Kumar D., et al. Advance research progresses in aluminium matrix composites: manufacturing & applications // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8. № 5. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.06.028.
Singh H., Brar G. S., Kumar H., Aggarwal V A review on metal matrix composite for automobile applications // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 43. Part 1. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.11.670.
Ramanathan A., Pradeep K. K., and Rajaraman M. A review on the production of metal matrix composites through stir casting — Furnace design, properties, challenges, and research opportunities // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 42. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.04.017.
Auradi V, Rajesh G.L., and Kori S.A. Processing of B4C Particulate Reinforced 6061Aluminum Matrix Composites by Melt Stirring Involving Two-step Addition // Procedia Materials Science. 2014. Vol. 6. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.07.177.
Tang F., Anderson I.E., Biner S.B. Solid state sintering and consolidation of Al powders and Al matrix composites // Journal of Light Metals. 2002. Vol. 2. Iss. 4. DOI: 10.1016/ S1471-5317(03)00004-X.
Fomin V.M., Golyshev A.A., Kosarev V.F., Malikov A.G., Orishich A.M., Filippov A.A. Deposition of Cermet Coatings on the Basis of Ti, Ni, WC, and B4C by Cold Gas Dynamic Spraying with Subsequent Laser Irradiation // Physical Mesomechanics. 2020. Vol. 23. DOI: 10.1134/S1029959920040025.
Dinesh Kumar S., Ravichandran M., Jeevika A., Stalin B., Kailasanathan C., Karthick A. Effect of ZrB2 on microstructural, mechanical and corrosion behaviour of aluminium (AA7178) alloy matrix composite prepared by the stir casting route // Ceramics International. 2021. Vol. 47. Issue 9. DOI: 10.1016/j. ceramint.2021.01.158.
Zhu J., Jiang W, Li G., Guan F., Yu Y., Fan Z. Microstructure and mechanical properties of SiCnp/Al6082 aluminum matrix composites prepared by squeeze casting combined with stir casting // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 283. DOI:10.1016/j.jmatprotec.2020.116699.
Muvvala G., Karmakar D.P., Nath A.K. Online assessment of TiC decomposition in laser cladding of metal matrix composite coating // Materials and Design. 2017. Vol. 121. № 5. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.02.061.
Choudhary A., Sadhu A., Sarkar S., Nath A.K., Muvvala G. Laser surface polishing of NiCrSiBC — 60WC ceramic-metal matrix composite deposited by laser directed energy deposition process // Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 404. № 25. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126480.
Kadolkar P.B., Watkins T.R., De Hosson J.Th.M., Kooi B.J., Dahotre N.B. State of residual stress in laser-deposited ceramic composite coatings on aluminum alloys // Acta Materialia. 2007. Vol. 55. Iss. 4. DOI: 10.1016/j. actamat.2006.07.049.
Pachaury Y., Shin Y. C. Assessment of sub-surface damage during machining of additively manufactured Fe-TiC metal matrix composites // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 266. DOI: 10.1016/j. jmatprotec.2018.11.001.
Venkatesan K., Ramanujam R., and Kuppan P. Parametric modeling and optimization of laser scanning parameters during laser assisted machining of Inconel 718 // Optics & Laser Technology. 2016. Vol. 78. Part B. PDOI: 10.1016/j. optlastec.2015.09.021.
Zhirong Liao, Ali Abdelhafeez, Haonan Li, Yue Yang, Oriol Gavalda Diaz, Dragos Axinte. State-of-the-art of surface integrity in machining of metal matrix composites // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2019. Vol. 143. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2019.05.006.
Dongfeng Cao, Qingfeng Duan, Shuxin Li, Yucheng Zhong, Haixiao Hu. Effects of thermal residual stresses and thermal-induced geometrically necessary dislocations on size-dependent strengthening of particle-reinforced MMCs // Composite Structures. 2018. Vol. 200. № 15. DOI: 10.1016/j. compstruct.2018.05.129.
Bouafia F., Serier B., and Bachir Bouiadjra B. A. Finite element analysis of the thermal residual stresses of SiC particle reinforced aluminum composite // Computational Materials Science. 2012. Vol. 54. DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.10.030.
Muvvala G., Karmakar D.P., Nath A.K. Monitoring and assessment of tungsten carbide wettability in laser cladded metal matrix composite coating using an IR pyrometer // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 714 № 15. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.04.254.
Balokhonov R.R., Kulkov A.S., Zemlyanov A.V, et al. Evolution of Residual Stresses and Fracture in Ther-momechanically Loaded Particle-Reinforced Metal Matrix Composites // Physical Mesomechanics. 2021. Vol. 24. DOI: 10.1134/S1029959921050015.
Balokhonov R.R., Evtushenko E.P., Romanova V.A., et al. Formation of Bulk Tensile Regions in Metal Matrix Composites and Coatings under Uniaxial and Multiaxial Compression // Physical Mesomechanics. 2020. Vol. 23.
Copyright (c) 2022 Александр Викторович Землянов , Диана Дамировна Гатиятуллина , Руслан Ревович Балохонов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
