TYSSÄYSLÄMPÖTILA = 450°C
10. YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET
Teoriaosassa esiteltiin muovattavuuden mittausmenetelmiä, alumiinimatriisikompo- siittien aineosia ja yleisimpiä valmistusmenetelmiä sekä alumiinikomposiittien muovattavuuteen vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi käsiteltiin komposiittien pursotukseen ja takomiseen liittyviä erityispiirteitä.
Kokeellisessa osassa tutkittiin jauhemetallurgisesti valmistetun AA6061-20til.%
SiCp-F komposiitin ja valetusta aihiosta pursotetun AA6061-15til.% А^Озр-Е komposiitin muovattavuusominaisuuksia sekä huoneenlämpötilassa (20 °C) että korotetuissa lämpötiloissa (200 ja 450 °C). Vertailumateriaalina käytettiin lujittamatonta jauhemetallurgisesti valmistettua seosta AA6061-F .
Yksiaksiaalisten veto- ja kuumavetokokeiden avulla määritettiin koemateriaalien myötö- ja murtolujuudet sekä murtovenymät ja murtokuroumat. Lisäksi määritettiin materiaalien muokkauslujittumiskykyä kuvaavien parametrien n ja K:n arvot kylmä- muovausolosuhteissa. Tasopintojen välisillä tyssäyskokeilla määritettiin materi
aalien kriittiset korkeusreduktiot ja tyssäysnäytteiden murtumatyypit. Myös materiaalien kovuudet ja mikrorakenteet määritettiin.
Vetokoetulosten mukaan piikarbidilujitus lisäsi jauhemetallurgisesti valmistetun AA6061-seoksen myötö- ja murtolujuutta. Samalla kuitenkin materiaalin murtovenymän ja murtokurouman sekä muokkauslujittumiseksponentin arvot laskivat merkittävästi.
Kuumavetokokeiden mukaan lämpötilan nostaminen laski kaikkien tutkittujen materiaalien myötö- ja murtolujuuksia materiaalien välisten lujuuserojen samalla pienentyessä selvästi. Murtovenymän ja murtokurouman arvot näyttivät kasvavan lämpötilan mukana, joskin koepisteiden niukkuuden vuoksi varmojen johto
päätösten teko ei ollut mahdollista. Asian varmistamiseksi tulisi suorittaa kuuma- vetokokeita esim. lämpötilavälillä 300 - 400 °C.
Tyssäyskokeiden perusteella SiC-lujitteiden lisääminen AA6061-seokseen pienensi materiaalin kriittistä korkeusreduktiota. Tyssäyslämpötilan nosto puolestaan kohotti kaikkien tutkittujen materiaalien kriittistä reduktiota. Kummallakin komposiitilla paras tyssättävyys saavutettiin lämpötilassa 450 °C. Tällöin päästiin AA6061- 20til.% SiCp komposiitilla n. 70 % ja AA6061-15til.% AI2O3P komposiitilla n.
74 % kriittisiin korkeusreduktiotioihin.
Tyssätyissä näytteissä havaitut murtumatyypit olivat pitkittäis-, viisto- ja sekamurtumia. Pitkittäiset murtumat esiintyivät lähinnä suurilla ja muut pienemmillä kriittisillä korkeusreduktioilla.
Vetosauvoille suoritetujen murtopintatarkasteluiden mukaan lujittamaton AA6061- seos murtui sekä makroskooppisesti että mikroskooppisesti katsottuna sitkeästi.
Komposiitti AA6061-20til.% SiCp murtui makroskooppisesti katsottuna lähinnä hauraasti kaikissa tutkituissa lämpötiloissa. Mikroskooppisesti katsottuna kompo
siitti murtui kuitenkin matriisin alueelta sitkeästi kaikissa lämpötiloissa.
Koetulosten ja kiijallisuuden perusteella komposiiteille sopisivat ilmeisesti parhaiten sellaiset massiivimuovausmenetelmät, joissa hydrostaattinen puristus toteutuisi mahdollisimman hyvin; esimerkiksi pursotus ja muottitaonta. Koska komposiittien muovattavuus huoneenlämpötilassa on hyvin rajallinen tulisi niiden muovaus suorittaa ensisijaisesti korkeissa lämpötiloissa, jolloin myös muovaamisessa tarvittava voimantarve on pienempi.
2. Gurganus, T.B. et al. Composites technology - parameters influencing production, properties and use:l. Industrial Heating LVII( 1990)2, s. 46-50.
3. Gurganus, T.B. et al. Composites technology - parameters influencing production, properties and use:2. Industrial Heating LVII(1990)4, s. 46-49.
4. Lloyd, D.J. Metal matrix composites- an overview. In: Wilkinson, D.S.
(toim.). Advanced Structural Materials. New York 1989, Pergamon Press.
S. 1-21.
5. Jokinen, A. & Rauta, V. Alumiinimatriisikomposiitit. Kemia-Kemi 18(1991)1, s. 7-10.
6. Toaz, M.W. Discontinuous Ceramic Fiber MMCs. in:
Engineered materials handbook, Volume 1, Composites, 1 ed. Ohio 1987, ASM International. S. 903-910.
7. Dieter, G.E. Overview of workability. In: Dieter, G.E. (toim.). Workability testing technigues. Ohio 1984, American Society for Metals. S. 1-20.
8. Dieter, G.E. (toim.). Workability testing techniques. Ohio 1984, American Society for Metals. 324 s.
9. Metals Handbook, Volume 14, Forming and Forging. 9th ed. Ohio 1988 American Society for Metals. 978 s.
10. Kleemola, H., Korhonen, A. ja Ranta-Eskola, A. Metallisten ohutlevyjen kylmämuovattavuus. TKY, opetusmoniste 368, Espoo, Otakustantamo,
1976. 145 s.
11. Polmear, I.J. Light alloys, Metallurgy of the Light Metals. 2nd ed. London 1989, Edward Arnold. 278 s.
12. Hatch, J.E. (toim.). Aluminum: Properties and Physical Metallurgy. Ohio 1984, American Society for Metals. 424 s.
14. Kleemola, H.J. Ohutlevyn kylrmmuovattavuus. Vuoriteollisuus 32(1974)2, s.101-107.
15. Kudo, H. et al. On cold forgeability test. Annals of the C.I.R.P 16(1968)4, s. 309-318.
16. Kudo, H. The international collective calibration test program of cold upsettability test. (1975). Julkaisematon.
17. Kuhn, H.A. Workability testing and analysis for bulk forming processes.
In: Niemeier, B.A. et al. (toim.). Formability Topics - Metallic Materials, ASTM STP 647. Philadelphia 1978, American Society for Testing and Materials. S. 206 - 219
18. Viikko, S. Kaksoistyssäysmenetelmän soveltaminen terästen kylmä- muokattavuustutkimukseen. Diplomityö. НК Tl", vuoriteollisuusosasto.
Otaniemi 1980, 153 s.
19. Kivivuori, S. Kylmämuovattavuuden tutkiminen tyssäyskokeella.
Diplomityö. HTKK, vuoriteollisuusosasto. Otaniemi 1976, 89 s.
20. de Meester, M. & Tozawa, Y. Cold upsettability tests. Annals of the C.I.R.P 28(1979)2, s. 577-580.
21. Dannenman, E. & Blaich, M. Method for determining cold heading suitability. Wire 29(1980)2, s. 84-88.
22. Kanetake, N. Deformation behavior and upsettability of particle dispersed aluminum matrix composites. Advanced Technology of Plasticity 1990, vol.l, s. 53-58.
Takeda, Y. et al. Hot forgeability of hot extruded P/M Al-Si-Fe-X alloys.
In: Gummerson, U.P. & Gustafson, D.A. (toim.). Modern developments in powder metallurgy. Vol. 19. Princeton 1988, Metal Powder Industries Federation. S. 533-545.
23.
25. Kivivuori, S. & Sulonen, M. Formability limits and fracturing modes of uniaxial compression specimens. Annals of the CIRP 27(1978)1, s. MI
MS.
26. Terry, В & Jones, G. Metal Matrix Composites. Oxford 1990, Elsevier Advanced Technology. 154 s.
27. El Baradie, M.A. Manufacturing aspects of metal matrix composites.
Journal of Materials Processing Technology 24(1990) s. 261-272.
28. Stacey, M.H. Production and Characterisation of Fibres for metal matrix composites. Materials Science and Technology 4(1988)3, s. 227-230.
29. Jokilaakso, A. Epäorgaaniset komposiitit - valmistaminen. Espoo 1988, Teknillinen korkeakoulu, Materiaalitieteen ja vuoritekniikan laitos. Report TKK-V-C75. 83 s.
30. Lähteenmäki, J. & Mäntylä, T. Kuparimatriisikomposiidt. Tampere 1986, Tampereen teknillinen korkeakoulu, Materiaaliopin laitos, Raportti 57/1986.
Mis.
31. Girot, F.A et al. Discontinuously-reinforced aluminum matrix composites.
Composites Science and Technology 30(1987)3, s. 155-184.
32. Kuruvilla, A.K. et al. Effect of different reinforcements on composite
strengthening in aluminium. Bulletin of Materials Science 12(1989)5, s.
495-505.
33. Majumdar, B.S. et al. Strength and fracture behaviour of metal matrix particulate composites. Materials Science and Engineering 68(1984) s. 85- 96.
34. Lee, J.A. & Mykkänen, D.L. Metal and polymer matrix composites. New Jersey 1987, Noyes Data Corporation. 205 s.
36. Willis, T.C. Spray deposition process for metal matrix composites manu
facture. Metals and Materials 4(1988)8, s. 485-488.
37. Anon. Advanced Materials & Processes 138(1990)3, s. 23.
3 8. Rack, H. J. Powder technigues in processing of metal matrix composites.
In: Everett, R.K. & Arsenault, R.J. (toim.). Metal Matrix Composites:
Processing and Interfaces. Boston 1991, Academic Press. S. 83-101.
39. Ritvas, J. Alumiinimatriisikomposiitin valmistaminen jauhemetallurgisesti.
Diplomityö. Tampere 1988, Tampereen Teknillinen Korkeakoulu, Konetek
niikan osasto. 97 s.
40. McKimpson, M.G. & Scott, T.E. Processing and properties of metal matrix composites containing discontinuous reinforcement. Materials Science and Engineering A107(1989) s. 93-106.
41. Cox, M. Production methods for metal matrix composites. An overview.
BNF 7th International Conference The materials revolution through the 90's. Powders, metal matrix composites, magnetics". 3 - 5 July, 1989, Oxford, England. Paper 31. 13 s.
42. Harris, S.J. Cast metal matrix composites. Materials Science and Technology 4(1988)3, s. 231-239.
43. Mortensen, A. et al. Solidification processing of metal-matrix composites.
Journal of Metals 40(1988)2, s. 12-19.
44. Bhagat, R.B. Casting fiber-reinforced metal matrix composites. In: Everett, R.K. & Arsenault, R.J. (toim.). Metal Matrix Composites: Processing and Interfaces. Boston 1991, Academic Press. S. 43-82.
45. Rauta, V. Valettavat alumiinikomposiitit. Valimotekniikkapäivät. Tampere 14 - 15.11.1990. INSKO. 19 s.
composite fabrication. In: Masounave, J. & Hamel, F.G. (toim.). Fabri
cation of particulates reinforced metal composites. Ohio 1991, ASM International. S. 41 - 46.
48. Altan, T., Oh, S-I. & Gegel, H.L. Metal Forming, Fundamentals and Applications. Ohio 1983, American Society for Metals. 353 s.
49. Kalpakjian, S. Manufacturing Processes for Engineering Materials. Rea
ding, Massachusetts 1984, Addison-Wesley Publishing Company. 839 s.
50. Humphreys, F.J. Deformation and annealing mechanisms in discontinuous- ly reinforced metal matrix composites. In: Andersen, S.I. & Pedersen, O.B.
(toim.). Mechanical and Physical Behaviour of Metallic and Ceramic Composites. Risö National Laboratory, 1988. S. 51-74.
51. Nair, S.V. et al. SiC-Reinforced Aluminium Metal Matrix Composites.
International Metals Reviews 30(1985)6, s. 275-290.
52. McDanels, D.L. Analysis of stress-strain, fracture, and ductility behavior of aluminum matrix composites containing discontinuous SiC reinforcement.
Metallurgical Transactions A 16A(1985)6, s. 1105-1115.
53. Flom, Y. & Arsenault, R.J. Effect of particle size on fracture toughness of SiC/Al composite material. Acta Metallurgica 37(1989)9, s. 2413-2423.
54. Ravichandran, K.S. & Dwarakadasa, E.S. Advanced Aerospace A1 Alloys.
Journal of Metals 39(1987)5, s. 28-32.
55. Mancharan, M. & Lewandowski, J.J. Crack initiation and growth toughness of an aluminum metal-matrix composite. Acta Metallurgica Materialla 38(1990)3, s. 489-496.
56. Lewandowski, J.J. et al. Microstructural effects on the micromechanics in 7XXX A1 P/M-SiC particulate metal matrix composites. In. Kumar, K. et al.
57. Hunt Jr, W.H. et al. Fracture initiation in particle hardened materials with high volume fraction. In: Matthews, F.L. et al (toim.). Sixth International Conference on Composite Materials. Vol. 2. London 1987, Elsevier. S.
209-223.
58. Arsenault, RJ. et al. Strengthening of composites due to microstructural changes in the matrix. Acta Metallurgica et Materi alia 39(1991)1, s. 47-57.
59. Brown, C.W. & Miller, W.S. The mechanical and physical properties of silicon carbide reinforced AA 2124 and AA 8090 manufactured using a powder metallurgy route. In: Benson, S. et al. (toim.). Materials and Processing - Move into the 90's. Amsterdam 1989, Elsevier. S.321-325.
60. Yang, J. et al. Effects of damage on the flow strength and ductility of a ductile A1 alloy reinforced with SiC particulates. Acta Metallurgica et Materiatia 38(1990)12, s. 2613-2619.
61. Dutta, I. et al. Effect of hot working on the microstructure and properties of a cast 5083 Al-SiCp metal matrix composite. Scripta Metallurgica et
Materiatia 24(1990)7, s. 1233-1238.
62. Harrigan, W.C. et al. The effects of hot rolling on the mechanical properties of SiC-reinforced 6061 aluminum. In: Hack, J.E. & Amateau, M.F.
(toim.). Mechanical Behavior of Metal Matrix Composites. Warrendale, PA 1983, TMS-AIME. S. 169-180.
63. Phillips, W.L. Elevated temperature properties of SiC whisker reinforced aluminum. In: Noton et al. (toim.). Second International Conference on Composite Materials. New York 1978, Metallurgical Society of AIME. S.
567-576.
64. Almas, M. & Humphreys, F.J. Thermomechanical processing of aluminium alloy-SiC particulate composites. In: Kettunen, P.O. et al. (toim.). Strength of metals and alloys. Vol. 3. Oxford 1989, Pergamon Press. S. 1395-1400.
66. Pickens, J.R. et al. A study of the hot working behaviour of SiC-Al alloy composites and their matrix alloys by hot torsion testing. Metallurgical Transactions A 18A(1987)2, s. 303-312.
67. Suzuki, K. et al. Workability of SiCw reinforced aluminum alloy and its application to die forging. In: Advanced Technology of Plasticity 1990. Vol.
1. The Japan Society for Technology Of Plasticity. S. 229-234.
68. Fujita, Y et al. Effects of processing parameters on mechanical properties of SiC whisker reinforced aluminum alloys. In: Matthews, F.L. et al. Sixth International Comference on Composite Materials. Vol. 2. London 1987, Elsevier. S. 340-349.
69. Evangelista, E. et al. Hot formability of AA 6061 PM aluminium alloy.
Journal of Materials Processing Technology 24(1990) s. 323-332.
70. Tuler, F.R. et al. Deformation mechanism mapping of SiC/Al metal matrix composite materials. In: Fishman, S.G. & Dhingra; A.K. (toim.). Cast rein
forced metal composites. Metals Park, Ohio 1988. ASM. S. 321-325.
71. Demetry, C. et al. High temperature deformation of metal matrix
composites. In: Wilkinson, D.S. (toim.). Advanced Structural Materials.
New York 1989, Pergamon Press. S. 33-39.
72. Tuler, F.R. & Klimowicz, T.F. Deformation processing of alumina-
aluminum metal matrix composites. In: Bhagat, R. B. et al. (toim.). Metal &
ceramic matrix composites: processing, modeling & mechanical behavior.
Warrendale, PA 1990, The Minerals, Metals & Materials Society. S. 271- 280.
Dieter, G.E. Mechanical Metallurgy. 3rd ed. New York 1986, McGraw- Hill. 751 s.
73.
75. Mu, Mu-Y. & Sherby, O.D. Superplasticity in a silicon carbide whisker reinforced aluminum alloy. Scripta Metallurgica 18(1984)8, s. 773-776.
76. Nieh, T.G. et al. Superplasticity at high strain rates in a SiC whisker reinforced A1 alloy. Scripta Metallurgica 18(1984)12, s. 1405-1408.
77. Vasudevan, A.K. & Richmond, O. The influence of hydrostatic pressure on the ductility of Al-SiC composites. Materials Science and Engineering A107(1989) ,s. 63-69.
78. Liu, D.S. et al. Effects of superimposed hydrostatic pressure on the fracture properties of particulate reinforced metal matrix composites. Scripta Metal
lurgica 23(1989)2, s.253-256.
79. Zok, F. & Embury, J.D. Forming of low-ductility materials under
hydrostatic pressure. Journal of Materials Shaping Technology 8(1990)2, s.77-81.
80. Mahajan, Y.R. et al. Fabrication of aluminium matrix composites containing discontinuous silicon carbide reinforcements. In: Trivedi, R. et al. (toim.).
Principles of solidification and materials processing. Vol. 2. Aedermanns- dorf 1990, Trans Tech Publications. S. 613-630.
81. Kuhn, H.A. & Lynn Ferguson, B. Powder forging. Princeton 1990, Metal Powder Industries Federation. 270 s.
82. Vaccari, J.A. Processing metal-matrix composites. American Machinist 129(1985)3, s. 95-97.
83. Humphreys, F.J et al. Microstructural development during thermomechani
cal processing of particulate metal-matrix composites. Materials Science and Technology 6(1990)11, s. 1157-1166.
84. Jansson, F. Tankopuristus. In: Ihalainen, E. et ai. (toim.). Valmistus
tekniikka, 3. painos. Espoo 1991, Otakustantamo. S. 347-356.
86. Wick, C. et al (toim.). Tool and manufacturing engineers handbook, Volume П, Forming, 4th ed. Dearborn, Michigan 1984. Society of Manufacturing Engineers.
87. Altenpohl, D. Aluminum viewed from within. Düsseldorf 1982, Aluminium-Verlag. 225s.
88. Hains, R.W. et al. Extrusion of aluminum metal matrix composites. In:
Wilkinson, D.S. (toim.). Advanced Structural Materials. New York 1989, Pergamon Press. S. 53-60.
89. Jeffrey, P.W. & Holcomb, S. Extrusion of particulate-reinforced aluminum matrix composites. In: Masounave, J. & Hamel, F.G. (toim.). Fabrication of particulates reinforced metal composites. Ohio 1990, ASM, International.
S. 181-186.
90. Rack, H.J. & Niskanen, P.W. Extrusion of discontinuous metal matrix composites. Light Metal Age 42(1984)1-2, s. 9-12.
91. Schuster, D.M. et al. Production and semi-fabrication of an aluminum composite material. Light Metal Age, Feb. 1989, s. 15-19.
92. Evans, D.G. et al. Production Extrusion of AA6061-SÍC metal matrix composites. Fourth International Aluminum Extrusion Technology Seminar, Chicago, Illinois, April 11-14, 1988.
93. Brusethaug, S. et al. Extrusion of particulate-reinforced aluminium billets made by D.C. casting. In: Masounave, J. & Hamel, F.G. (toim.). Fabri
cation of particulates reinforced metal composites. Ohio 1990, ASM Inter
national. S. 173-179.
94. Cook, J.L. & Mohn, W.R. Whisker-Reinforced MMCs. In: Reinhart, T.J et al. (toim.). Engineered Materials Handbook, Volume 1, Composites, 2nd ed. Ohio 1988, ASM International. 983s. . ‘¿^(o - lo X.
155-168.
96. Arsenault, RJ. et al. Localiced deformation of SiC-Al composites.
Materials Science and Engineering A131( 1991) s. 55-68.
97. Xiong, Z et al. Investigation of high-temperature deformation behavior of a SiC whisker reinforced 6061 aluminium composite. Composites Science and Technology 39(1990) s. 117-125.
02150 ESPOO