Quasi-static and high strain-rate mechanical behavior of FPTM (α-alumina) long fiber reinforced magnesium and aluminum metal matrix composites

Abstract

oz Bu çalışmada fiber doğrultusunda ve fiber doğrultusuna dik yönlerde FPT uzun fiber takviyeli (%35) Mg kompozitin basma davranışı incelenmiştir. Aynı zamanda bulunan sonuçlar benzer özellikteki Al esaslı kompozit ile karşılaştırılmıştır. Kompozitin akma stresi ve maksimum stres değerlerinin, çalışılan aralıkta (1x1 0`4 to lxl03s_1), fiber doğrultusuna dik yönde uzama oranına duyarlı olduğu tespit edilmiştir. Kırılan numuneler üzerinde yapılan mikroskobik incelemelerde kompozitin kırılmasında kayma bandının baskın olduğu gözlenmiştir. Kırılma yüzeyi civarında yeniden kristallerime tanecikleri gözlenmiş olup, bunların artan uzama oranlarında erken oluşan dinamik yeniden kristallerime taneciklerinin kompoziti yumuşatması sonucu kompozitin tokluğunu düşürdüğü düşünülmektedir. Bunun yanında tüm uzama oranlarında, deforme olmuş kesitlerde, özellikle kayma bandı bölgesinde, ikizlerime gözlenmektedir. Asıl deformasyon mekanizmasının, kırılma yüzeylerinde gözlenen kayma düzlemlerinden anlaşıldığı üzere, kayma olduğu düşünülmektedir. Kompozitin fiber doğrultusuna dik yöndeki kırılma gerilmesinin uzama oranına duyarlılığı aynı yöde test edilen Al esaslı kompozit ile benzerlikler gösterdiği saptanmıştır. Kompozitin statik uzama oranlarında fiber doğrultusunda sapma bantlarının oluşumu ile kırılmasına karşın, dinamik yükler altında sapma bantları oluşumunun yanısıra boyuna ayrılma ile kırıldığı görülmüştür. Fiber doğrultusunda maksimum gerilmenin uzama oranına duyarlı olmadığı gözlenmiştir. Fiber doğrultusuna dik yönlerde olduğu gibi fiber doğrultusundaki testlerde de, dinamik yeniden kristallerime, özellikle sapma bantı bölgelerinde gözlenmiştir. Bu yöndeki uzama oranı duyarsızlığı, dinamik yükler altında adiabatik ısınma ile oluşan dinamik yeniden kristallerime taneciklerine ve basma gerilmesindeki değişkenliğin neden olduğu kompozitin doğal kırılganlığına bağlanabilir.

ABSTRACT The mechanical response of an FP long fiber (35%) Mg composite has been determined in the transverse and longitudinal directions in compression. Results were also compared with those of a similar composite of Al matrix. It was found that the composite in the transverse direction exhibited strain rate sensitivity of the flow stress and maximum stress within the studied strain rate range (1(H to lxl03s~l). However the increase in strain rate decreased the failure strain. Microscopic observations on the failed samples have shown that the composite failed predominantly by shear banding. Near to the fracture surface DRX grains were observed within the shear band and it was proposed that the lower ductility of the composite at increasing strain rates was due to the early DRX grain formation which softened the composite and resulted in lower ductility. Although twinning was observed in the deformed cross-sections of the samples at all strain rates particularly near the shear band region, it was proposed that the main deformation mechanism was slip which was evidenced by the slip lines on the fracture surface. The strain rate sensitivity in fracture stress of the composite in transverse direction was also found to be similar to that of the Al composite tested in the same direction. In the longitudinal direction, the composite failed by kink formation at quasi-static strain rates, while kinking and splitting at high strain rates. The maximum stress in the axial direction was however found to be strain rate insensitive. In this direction similar to transverse direction DRX grain formation was observed in the kink region. The lack of strain rate sensitivity in this direction was attributed to DRX grain formation at high strain rates combined with adiabatic heating and the brittle nature of the composite leading to fluctuatiton in the compressive strength. IV