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Metal matrix composite: structure and technologies
Full text linkI compositi a matrice metallica sono materiali aventi elevate potenzialità di applicazione, i cui punti critici riguardano soprattutto le tecnologie di produzione e le lavorazioni alle macchine utensili.
Un composito a matrice di titanio rinforzato con lunghe fibre unidirezionali in SiC, il Ti6Al4V-SiCf, è candidato per componenti di turbine aeronautiche soggette a medie temperature (fino a 600°C) per lunghi tempi di esposizione. Per questo ne sono state esaminate sia le reazioni di tipo microchimico, le quali accadono soprattutto nell’interfaccia fibra/matrice, sia le proprietà meccaniche. La microstruttura allo stato tal quale e dopo lunghi trattamenti termici (fino a 100 ore e 600°C) è stata esaminata mediante diffrazione ai raggi X (XRD), spettrometria elettronica (SEM/EDS), spettroscopia di fotoemissione (XPS) e spettroscopia Auger (AES). Il comportamento meccanico, anche qui sia allo stato tal quale che dopo trattamenti termici, è stato studiato attraverso prove ad indentazione strumentata (FIMEC), di modulo dinamico, prove di trazione e di fatica. Inoltre sono state eseguite prove di frizione interna per verificare il caratteristico comportamento anelastico del materiale, durante condizioni di elevato stato vibrazionale e di alta temperatura. Lo studio, sviluppato sullo stesso composito prodotto però mediante due processi di fabbricazione differenti come Hot Isostatic Pressure and Roll Diffusion Bonding, ha confermato l’idoneità del materiale alle applicazioni considerate.
Per quanto riguarda lo studio della lavorabilità, sono stati studiati, dal punto di vista dell’operazione di foratura, i materiali compositi a matrice di alluminio rinforzati a fibre corte o particolato, valutando le migliori condizioni di riduzione delle forze di taglio, soprattutto in funzione delle temperatura del pezzo da forare.Metal matrix composites are materials having high application potentiality, whose critical points regards especially production technology and machining.
A titanium matrix composite reinforced by unidirectional SiC fibers, Ti6Al4V-SiCf , is candidate to components of aeronautical turbines subjected at middle temperatures (500-600°C) for long exposure time. It has been examined about the micro-chemical reactions, occurring especially on the fiber-matrix interface, and the mechanical properties. The microstructure, in as-fabricated condition and after long-term heat treatments simulating the work condition has been investigated by means of high-temperature X-ray diffraction (XRD), energy dispersion spectrometry (SEM/EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Auger electron spectroscopy (AES). The mechanical behaviour, in as-fabricated condition and after heat treatments, have been inspected by instrumented indentation (FIMEC), dynamic modulus, tensile and fatigue tests. Moreover, to the verify the characteristic anelastic phenomena for the composite, internal friction probes have been carried out by using a vibrating reed technique with electrostatic excitation and frequency modulation detection of flexural vibration.
The study has been developed on the same composite produced by two different fabrication process, Hot Isostatic Pressure and Roll Diffusion Bonding, confirming the suitable of the material for the considered applications.
About the composite machining, aluminium matrix composite reinforced by short fiber or particle has been studied about drilling operations, evaluating the better condition to reduce the cutting forces (thrust and torque), especially as function of the workpiece temperature (hot drilling
Effects of heat treatments on tungsten for armours in NFR
No full textTungsten is a promising armour material for plasma facing components of nuclear fusion reactors (NFR) because of its low sputtering rate and favourable thermo-mechanical properties (high melting point and good thermal conductivity). This paper reports some results of an experimental campaign carried out for investigating the microstructural characteristics and the mechanical properties of tungsten (99.97% purity; 5% porosity) for fusion applications. Tungsten has been heat treated at 500 °C and 800 °C with increasing soaking time. The samples in as-supplied condition and after each step of the heat treatments have been examined by optical microscopy and TEM observations, X-ray diffraction (XRD) and micro-hardness tests. The original material has a dislocation density of 1.5 × 1010 cm-2 and a mean grain size of 65 μm. Grain size is not affected by the heat treatment at 500 °C which induces only a weak decrease of dislocation density leading to a little smaller hardness. The microstructure can be considered substantially stable even if a weak recovery of dislocations takes place. On the contrary, grain growth is observed after heating at 800 °C: 10 hours of treatment nearly doubles the average grain size. © (2014) Trans Tech Publications, Switzerland
Trattamenti termo-chimici e meccanici d’indurimento superficiale e loro effetti sulla fatica
No full textLe tecnologie per realizzare indurimenti superficiali si pongono l’obiettivo di migliorare le proprietà tribologiche e la durezza che stanno alla base della resistenza a fatica e ad usura di un materiale metallico. I procedimenti adottati si differenziano per il principio fisico, chimico o meccanico adottato. Le caratteristiche tecniche del risultato finale, cioè lo spessore e l’uniformità del rivestimento, insieme al suo livello di durezza e resistenza, dipendono dai parametri di processo come temperatura, pressione, tempo ecc..
Dal punto di vista industriale, l’adozione di trattamenti adibiti all’indurimento in superficie risulta fondamentale laddove ci si trovi di fronte ad applicazioni caratterizzate da carichi ciclici di qualsiasi livello, molto spesso di carattere puntuale. Ne è un esempio la componentistica meccanica, in cui elementi, di solito in acciaio, che operano in condizioni di rotazione e scorrimento (ingranaggi, alberi motore, anelli dei cuscinetti, ecc) devono avere uno strato superficiale indurito resistente all’usura, al grippaggio, al pitting e contemporaneamente un cuore interno tenace per resistere alle sollecitazioni sia statiche che dinamiche. Un esempio è riportato in Fig. 1.
Fig.1 - Esempio di applicazione in cui risulta necessaria l’adozione di trattamenti superficiali d’indurimento.
In altri campi si deve tener conto anche di sollecitazioni uniformi ed estese, in cui i parametri relativi all’attrito e allo scorrimento reciproco delle superfici dei componenti stanno alla base della qualità del prodotto finale (le matrici da estrusione, gli stampi per le materie plastiche, ecc).
Obiettivo di questo capitolo è quello di descrivere ed approfondire i principali processi di indurimento superficiale, in modo da metterne in luce caratteristiche, funzionalità ed effetto specialmente riguardo alla resistenza a fatica. In campo industriale esistono varie tecniche adibite al trattamento di una superficie metallica, alcune delle quali molte volte partecipano insieme ad un unico processo di indurimento.
In via generale i trattamenti più importanti ed utilizzati, su cui è centrato il capitolo, sono:
- pallinatura
- cementazione
- nitrurazione
- carbo-nitrurazione
- trattamenti a bassa temperatura
- trattamenti al plasma
Verranno descritte sia le tecnologie elencate che la conseguenza che queste hanno riguardo alla resistenza a fatica degli acciai
Assessment of the austempering process evolution through tensile testing
No full textThe capability of a constituent equation based on physical parameters to relate the plastic behavior with the microstructure was investigated in Austempered Ductile cast Iron 1050 (ADI 1050) to assess the stability of the residual austenite produced during austempering to obtain the optimum ausferritic microstructure. The critical time-window to interrupt austempering is that when the austempering transformation has come to saturation and an austenitic fraction characterized by maximum stability is produced (Stage I of austempering), before the precipitation of detrimental carbides e' takes place (Stage II of austempering). The ADI 1050 was quenched after different times during austempering, and the quenched samples were deformed through tensile testing at room temperature. The trends of ultimate tensile strengths Rm and elongations to rupture eR were consistent with the observed microstructure, and for very long austempering times a significant reduction in ductility was found, which could be rationalized as the occurring of e' precipitation. However, the Rm and eR data trends showed a large dispersion, so that it was impossible to identify unambiguously the optimum timewindow of austempering. For this reason, tensile flow curves were modelled with a constituent equation based on physical parameters related to the microstructure of materials. These parameters showed a lower dispersion with smooth trends against the austempering times, so they allowed to determine the critical time-window to stop the austempering industrial process for the best ausferrite
Assessment of the microstructure evolution of an austempered ductile iron during austempering process through strain hardening analysis
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Indagine sul livello di informazione in tema di AIDS tra studenti universitari a Viterbo
No full textTensile Properties of a Cast Al-Si-Mg Alloy with Reduced Si Content and Cr Addition at High Temperature
No full textTensile properties of an Al-Si-Mg casting alloy with reduced Si content and Cr addition were investigated at room and high temperatures. It was found that the studied alloy exhibits a remarkable performance up to 200 degrees C, with comparable or slightly higher strength than typical values for Al-Si-Mg-Cu alloys, commonly used for high-temperature applications, and good elongation. This is due to the choice of proper heat treatment and to the formation of dispersoids containing Cr during heat treatment, which are stable at the considered temperatures, as demonstrated by scanning and transmission electron microscopy (STEM) analysis. Interestingly, exposure to 300 degrees C during tensile tests enhanced an additional formation of dispersoids. It is believed that heating the material in T6 condition led to such observed dispersoids formation since precursors were already present in the Al matrix. This is not sufficient to avoid material softening at 300 degrees C, but it represents an interesting point in order to develop alternative heat treatment routes for dispersion-strengthened Al alloys
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