Investigating the Effect of Al2O3 Reinforcement on the Microstructure and Mechanical Properties of Al-Si Alloy Using Wire Arc Additive Manufacturing

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Wire-arc additive manufacturing (WAAM) is a common metal 3D printing technique that offers several benefits, including the high rate of deposition, relatively low price, and efficiency to prepare complex parts. WAAM has demonstrated its ability to meet the demands of manufacturing components on medium-to-large sizes made of aluminium for the automotive and other related industries. Even though that, it cannot currently be used as a complete production procedure due to some practical issues such as mechanical properties that are not matched and the presence of significant residual stresses. The additive manufacturing (AM) technologies offer promising new benefits with the Metal Matrix Composite (MMCs) as a solution for some challenges. This dissertation studies the effect of adding ceramic particles (Al2O3) with different percentages to the Al-5Si alloy (type 4043) on the mechanical and microstructural properties. These reinforcement particles were added to the Al-5Si alloy, and the composite material was prepared by stir casting. The material was then rolled to get the required wires with a diameter of (2.5) mm. TIG welding machine and WAAM device were developed especially for this study to build 3D walls with dimensions of (250,110) mm with single-pass width. An Al-alloy (1xxx) with dimensions of (300x150x15) mm was used as a substrate to build three walls. The results of this study showed that the deposit 4043 Al-alloy without Al2O3 has a distinctive microstructure transition: coarse grain, columnar, and fine at the bottom, middle, and upper regions of the wall respectively. The alumina addition promoted the columnar to equiaxed grain transition, and the grains were significantly refined; the variation of the Al2O3 fraction had a great influence on the microstructure of the deposited layer. When 5% Al2O3 particles were added, the structure gradually transformed from columnar grains to coarse grains; when 10% Al2O3 particles were added, the grain size gradually decreased and became more evenly distributed. The hardness levels showed significant differences from one region to another (32-63 HV) for the same sample and from one sample to another with different Al2O3 particle additions. This can be attributed to the differences in the microstructure. The addition of alumina particles decreased the differences in hardness levels between different regions. As the fraction of Al2O3 particles is increased, the difference in hardness decreases until the values are almost equal. Furthermore, the overall level of hardness increased by increasing the fraction of Al2O3 particles. The vertical and horizontal specimens of the prepared wall without adding alumina particles showed a clear difference in their behaviour under the tensile test. Nonetheless, this difference decreased significantly with the addition of alumina particles, and with the increase of the percentage of alumina particles to 10%, the behaviour of the horizontal and vertical samples became very close.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

0ebb70cd-a5d3-4e35-b31e-bb87bcf32ed3

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

995425_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تقصي تأثير التقوية بدقائق الألومينا على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لسبيكة Al-Si باستخدام التصنيع بالإضافة نوع سلك - قوس كهربائي

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"باسم محسن محمد الزبيدي","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"علي هوبي حليم","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"نور حمود عذاب جياد","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Investigating the Effect of Al2O3 Reinforcement on the Microstructure and Mechanical Properties of Al-Si Alloy Using Wire Arc Additive Manufacturing

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

يعتبر التصنيع بالإضافة باستخدام القوس (WAAM) أحد الطرق الشائعة لتقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد للمعادن، والتي توفر العديد من الفوائد بما في ذلك معدل الترسيب العالي، والسعر المنخفض نسبياً، والكفاءة في تحضير الأجزاء المعقدة. على الرغم من أن (WAAM) قد أثبتت قدرتها على تلبية متطلبات تصنيع المكونات ذات الأحجام المتوسطة إلى الكبيرة المصنوعة من الألومنيوم المستخدمة في صناعة السيارات والصناعات الأخرى ذات الصلة، إلا أنه حالياً لا يمكن استخدام هذه التقنية كإجراء إنتاج كامل بسبب بعض المشكلات العملية مثل الخواص الميكانيكية غير المتطابقة ووجود إجهادات متبقية عالية. تقدم تقنيات التصنيع بالإضافة مزايا جديدة وواعدة مع المواد المركبة المعدنية (MMCs) كحل لبعض هذه التحديات. هذا البحث يدرس تأثير إضافة مواد سيراميكية (أوكسيد الألومنيوم) بنسب مختلفة إلى سبيكة الألومنيوم 4043 على الخواص الميكانيكية والبنية المجهرية. تمت إضافة الدقائق السيراميكية إلى سبيكة الألومنيوم 4043 عن طريق السباكة (stir casting)، ثم تمت درفلة المواد للحصول على الأسلاك المطلوبة بقطر (2.5 مم). تم استخدام مكينة لحام (TIG) وجهاز تم تصنيعه خصيصاً لهذه الدراسة لبناء جدران بأبعاد (250، 110) ملم مع سمك شوط واحد، وتم استخدام سبيكة الألومنيوم (1XXX) بأبعاد (300، 150، 15) ملم كركيزة لبناء الجدران الثلاثة. أظهرت نتائج هذه الدراسة أن الجدران المصنعة بدون إضافة 3O2Al تحتوي على بنية مجهرية مميزة حيث تنتقل بين الحبيبات الخشنة في المنطقة السفلية من الجدار إلى الحبيبات الطولية في المنطقة الوسطية، وأخيراً الحبيبات الناعمة في المناطق العليا. إن إضافة الدقائق السيراميكية تعزز الانتقال من الحبيبات الطولية إلى الحبيبات المتساوية المحاور، بالإضافة إلى تنعيم الحبيبات بشكل كبير. كان لاختلاف نسبة 3O2Al المضافة تأثير كبير على البنية المجهرية للطبقة المترسبة، حيث عند إضافة نسبة 5% تحول الهيكل تدريجياً من حبيبات عمودية إلى حبيبات خشنة، بينما عند إضافة نسبة 10% من 3O2Al، انخفض حجم الحبيبات تدريجياً وأصبح توزيعها أكثر توازناً. أظهرت مستويات الصلادة اختلافات واضحة من منطقة إلى أخرى في نفس العينة، ومن عينة إلى أخرى مع إضافات الألومينا المختلفة. يمكن أن يُعزى هذا إلى الاختلافات في البنية المجهرية. أدت إضافة 3O2Al إلى تقليل الفروق في مستويات الصلادة بين المناطق المختلفة. مع زيادة نسبة 3O2Al يقل الفرق في الصلادة حتى تتساوى القيم تقريباً. علاوة على ذلك، زاد المستوى العام للصلادة بزيادة الكسر الحجمي للألومينا. أظهرت العينات العمودية والأفقية للجدار المحضر بدون إضافة 3O2Al اختلافاً واضحاً في سلوكها تحت اختبار الشد، مع ذلك انخفض هذا الاختلاف بشكل كبير مع إضافة جزيئات الألومينا، ومع زيادة نسبة جزيئات الألومينا إلى 10% أصبح سلوك العينات الأفقية والعمودية متقارباً جداً.

كلمات الباحثين

Additive manufacturing, WAAM, Metal Matrix Composites, MMCs, Al-4043 alloy, Aluminum oxide, Microstructure, Mechanical properties, Rolling, Welding, 3D walls

إشراف وإعداد

الإشراف

باسم محسن محمد الزبيدي, علي هوبي حليم

الإعداد

نور حمود عذاب جياد

الاقتباسات الببليوغرافية