Effect of the SiC Particle Orientation Anisotropy on the Tensile Properties of a Spray-Formed SiCp/Al-Si Composite

Abstract

The effects of the SiC particle orientation anisotropy on the tensile properties of spray-formed SiCp/Al-Si composites was investigated and compared with that of the unreinforced matrix alloy. The addition of SiC particles increased the elastic modulus but decreased ultimate tensile strength and elongation of an Al–Si alloy under peak-aged conditions. Microstructure disolayed a preferred orientation of the reinforcement particles, which were inclined to align parallel to the extrusion axis. Meanwhile, the degree of orientation anisotropy turned to be higher with larger reinforcement sizes particle. The elastic modulus, tensile strength and elongation in the longitudinal orientation (parallel to the extrusion axis) were higher than those in the transverse orientation (perpendicular to the extrusion axis). The fracture mechanism in a composite with 4.5 m particles was attributed to interfacial debonding between SiC and matrix in the two orientations. However, in case of aluminum reinforced wild 20 m particles, both cracking of SiC particles in the longitudinal orientation and the interfacial debonding in the transverse orientation played an important role in fracture.

Исследовано влияние анизотропии, определяемой ориентацией SiC частиц, на механические свойства при растяжении SiCp/Al-Si композита, полученного методом напыления. Результаты исследования SiCp/Al-Si композита сопоставлены с таковыми сплава с неупрочненной матрицей. При растяжении Аl-Si сплава в условиях максимального старения благодаря введению SiC частиц модуль упругости увеличивается, а предел прочности и удлинение уменьшаются. При определении характеристик микроструктуры было установлено, что упрочняющие частицы преимущественно ориентированы в направлении, параллельном оси экструзии. При значительном упрочнении степень анизотропии, определяемой ориентацией частиц, более высокая. Значения модуля упругости, предела прочности и удлинения при растяжении в продольном направлении (параллельно оси экструзии) оказываются выше, чем в поперечном (перпендикулярно оси экструзии). Признаком механизма разрушения композита с частицами размером 4,5 мкм полагают граничное разделение между SiC частицами и матрицей в двух направлениях. В случае упрочненного алюминия с частицами размером 20 мкм растрескивание SiC частиц в продольном направлении и граничное разделение в поперечном направлении играют важную роль в процессе разрушения.

Досліджено вплив анізотропії, що визначається орієнтацією SiC частинок, на механічні властивості при розтязі SiCp/Al-Si композита, отриманого методом напилення. Результати дослідження SiCp/Al-Si композита зіставляли з такими сплава, що має незміцнювану матрицю. При розтязі Al-Si сплаву в умовах максимального старіння завдяки введенно SiC частинок модуль пружності збільшується, а границя міцності і подовження зменшуються. Визначення характеристик мікроструктури показало, що зміцнювані частинки переважно орієнтовані у напрямку, паралельному осі екструзії. При значному зміцненні ступінь анізотропії, що визначається орієнтацією частинок, значно вища. Значення модуля пружності, границі міцності і подовження при розтязі в поздовжньому напрямку (паралельно осі екструзії) більші, аніж у поперечному (перпендикулярно до осі екструзії). Ознакою механізму руйнування композита з частинками розміром 4,5 мкм вважають граничний розподіл між SiC частинками і матрицею у двох напрямках. У випадку зміцненого алюмінію з частинками розміром 20 мкм розтріскування SiC частинок у поздовжньому напрямку і граничний розподіл у поперечному напрямку відіграють важливу роль у процесі руйнування.