ZTA(지르코니아 강화 알루미나) 세라믹 입자로 강화된 고크롬 주철(HCCI) 매트릭스 복합재의 열 응력을 줄이기 위해 유한 요소 시뮬레이션이 수행되어 세라믹의 기하학적 구성을 최적화합니다. 이전 모델은 세라믹 입자 프리폼의 전체 구조를 단순화하고 경계 조건을 추가하여 입자를 시뮬레이션하므로 결과에 제어할 수 없는 오류가 발생합니다. 이 작업에서 등가 입자 모델은 실제 프리폼을 설명하는 데 사용되어 실제 실험 결과에 더 가까운 시뮬레이션 결과를 만듭니다. 복합 재료의 응고 과정을 시뮬레이션하고 용철과 세라믹 입자 사이의 침투를 실현합니다. 응고과정에서의 열응력과 압축응력분포를 구한다. 결과는 프리폼에 10mm 원형 구멍을 추가하면 복합재의 성능을 향상시킬 수 있으며, 이는 균열을 방지하고 재료의 가소성을 높이는 데 도움이 된다는 것을 보여줍니다.
산업화 과정의 지속적인 발전으로 기존의 단일 내마모성 재료는 야금, 전력 및 건축 자재 분야에서 내마모성 부품의 성능 요구 사항을 충족하기가 점차 어려워졌습니다[1, 2]. 지르코니아 강화 알루미나(ZTA) 세라믹 입자로 강화된 고크롬 주철(HCCI) 매트릭스 복합재와 같은 세라믹 입자 강화 금속 매트릭스 복합재(HCCI/ZTAP라고 함) 복합재료 이하)는 가장 인기 있는 내마모성 재료 중 하나로 ZTA 세라믹의 높은 경도와 HCCI의 뛰어난 인성을 완벽하게 결합하고 이 둘 사이의 상호 보완적인 관계를 최대한 활용하여 금속 매트릭스에 우수한 내마모성을 제공합니다. 합성 [3, 4].
HCCI/ZTAP 복합재료는 여전히 약간의 균열 경향이 있어 생산의 외관과 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다[5,6,7]. 복합 재료의 균열은 가소성 및 응력 조건과 관련이 있습니다. 우수한 가소성과 낮은 열 응력은 복합 재료의 균열 가능성을 줄일 수 있습니다[8]. 세라믹 입자와 금속 사이의 열팽창 계수의 차이가 너무 크면 복합 재료의 열 응력이 그에 따라 증가합니다. 열응력이 높으면 복합재 내부, 특히 세라믹 입자와 금속 사이의 계면에서 균열이 시작될 수 있습니다. 균열의 지속적인 확장 및 전파는 결국 복합 재료의 파단 또는 전체 층이 벗겨지는 결과를 초래할 수 있습니다[9, 10]. HCCI/ZTAP 복합 재료에도 위와 같은 문제가 있습니다. 용융 금속이 응집 입자에 침투하면 온도가 낮아져 금속과 세라믹 입자의 결합 능력이 저하됩니다. 따라서 HCCI/ZTAP의 성능을 더욱 향상시키기 위해 복합 재료의 경우 균열 경향을 연구하고 줄이는 것이 중요합니다[11, 12].
HCCI/ZTAP에서 복합재료의 경우 복합재료 층은 작업면으로 설계되고 나머지 매트릭스는 금속으로 되어 있어 복합재료가 높은 내마모성과 가소성을 동시에 갖게 됩니다[13]. 복합 층은 HCCI/ZTAP의 침투 방법에 의해 준비됩니다. 합성물. 복합 재료의 놀라운 특성 중 하나는 디자인 가능성입니다[14]. 실제 수요에 따라 세라믹 입자를 특별한 구조와 크기의 프리폼으로 준비한 후 프리폼을 용탕과 밀착시켜 ZTAP를 제조합니다. /HCCI 합성 [15].
열 응력을 줄이기 위해 육각형의 세라믹 입자 프리폼을 선택합니다. 육각형 프리폼은 용융금속이 프리폼을 관통하는 최대 거리는 방향에 관계없이 동일하므로 금속 침투의 균일성이 향상되고 프리폼의 응력집중이 감소한다[16, 17]. 재료의 균열 경향을 줄이기 위해 육각형 프리폼이 사용되었지만 재료 성형 공정의 열 응력은 여전히 존재합니다. 세라믹 입자 프리폼의 구조를 개선하면 응력 집중을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
복합 프리폼 구조의 최적화에서 유한 요소 방법은 반복 실험을 줄일 수 있습니다. 이전 연구에서는 세라믹 입자 드로잉 및 계산의 복잡성으로 인해 세라믹 입자 프리폼이 일반적으로 전체적으로 단순화되었습니다. 철저한 연구를 통해 단순화된 모델에는 몇 가지 결함이 있으며 더 넓은 범위에서 사용할 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 등가 입자 모델의 설정은 모델을 실제 상황과 더 결합하고 모델에 의해 발생하는 오류를 줄일 수 있습니다[18]. 유한 요소 해석 소프트웨어 COMSOL Multiphysics® 방법은 HCCI/ZTAP의 응고 과정 및 압축 과정에서 응력장을 모델링하는 데 사용됩니다. 복합 재료 [19]. COMSOL Multiphysics는 대규모 고급 수치 시뮬레이션 소프트웨어입니다[20, 21].
이 논문에서는 유한 요소 소프트웨어를 사용하여 다양한 조건에서 복합 재료의 응력을 시뮬레이션합니다. 본 논문에서 사용된 COMSOL Multiphysics®의 버전은 4.5a입니다. 본 연구는 유한요소 소프트웨어의 기하학적 모델이 계산 결과에 미치는 영향을 체계적으로 분석하여 다공성 성능의 설계 및 개발에 도움이 됩니다. 시뮬레이션과 실험을 서로 비교하고 모델을 지속적으로 최적화합니다.
복합재 생산의 주요 문제 중 하나는 응력 집중이며 복합재의 내마모성 및 가소성에 직접적인 영향을 미칩니다. 세라믹 입자 프리폼의 구조를 개선하면 응력 집중을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 이 연구의 목적은 프리폼 구조가 응력 분포에 미치는 영향을 조사하고 복합 재료의 성능을 향상시키는 것입니다.
응고 과정에서 금형과 액체 금속의 온도가 다르고 액체 금속이 빠르게 응고되기 때문에 주조 공정에서 각 위치 사이의 열 전달이 불안정하며 열 전달 방정식은 [22]와 같이 쓸 수 있습니다. 피> $$\rho C_{{\text{P}}} \frac{\partial T}{{\partial x}} =\frac{\partial }{\partial x}\left( { \lambda \frac{\ 부분 T}{{\partial x}}} \right) + \frac{\partial }{\partial y}\left( { \lambda \frac{\partial T}{{\partial y}}} \right) + \frac{\partial }{\partial z}\left( { \lambda \frac{\partial T}{{\partial z}}} \right) + \rho Q$$ (1)
여기서 \(\rho\)는 밀도입니다. \(C_{{\text{P}}}\)는 열용량입니다. \(\lambda\)는 열전도율입니다. 티 과도 온도입니다. 질문 열이다; 좌표 x , y , 및 z 하위 시스템의 상대 좌표라고 합니다.
응고 과정에서 각 지점의 온도가 다르기 때문에 주물에는 다양한 내부 응력이 있습니다. 주물을 선형 탄성체로 간주할 수 있는 경우 내부 응력이 항복 한계보다 작을 때 탄성 변형 과정을 통해 Hooke의 법칙 방정식을 사용하여 설명할 수 있습니다.
$$\left\{ {\begin{array}{*{20}l} {\varepsilon_{xx} =\frac{1}{E}\left[ {\sigma_{xx} - v\left( {\ sigma_{yy} + \sigma_{zz} } \right)} \right]} \hfill \\ {\varepsilon_{yy} =\frac{1}{E}\left[ {\sigma_{yy} - v\ 왼쪽( {\sigma_{xx} + \sigma_{zz} } \right)} \right]} \hfill \\ {\varepsilon_{zz} =\frac{1}{E}\left[ {\sigma_{zz } - v\left( {\sigma_{xx} + \sigma_{yy} } \right)} \right] \to \varepsilon_{ij} =\frac{1 + v}{E}\sigma_{ij} - \frac{v}{E}\delta_{ij} \sigma } \hfill \\ {\varepsilon_{xy} =\frac{1}{2G}\sigma_{x} } \hfill \\ {\varepsilon_{yz } =\frac{1}{2G}\sigma_{yz} } \hfill \\ {\varepsilon_{zx} =\frac{1}{2G}\sigma_{zx} } \hfill \\ \end{array} } \right.$$ (2)여기서 E 는 영률이고; \(\sigma =\sigma_{{ii + \sigma_{11} }} + \sigma_{22 + } \sigma_{33}\); \(v\)는 푸아송 비입니다. 단위 텐서 \(\varepsilon_{ij} =\frac{1}{2}\gamma_{ij}\); 전단 계수 \(G =\frac{E}{{2\left( {1 + v} \right)}}\).
그러면 내부 응력이 항복 한계보다 크고 주조가 더 많이 변형됩니다. 총 변형률은 탄성 변형률과 소성 변형률, \(\sigma_{ij} =\sigma_{ij}^{e} + \sigma_{ij}^{p}\)로 구성됩니다. 이 방정식은 탄성 소성 선형 경화 모델로 취급할 수 있습니다. 탄성 변형과 소성 변형은 선형이며 구성 방정식은 [23]과 같이 쓸 수 있습니다.
$$\sigma =\left\{ {\begin{array}{*{20}l} {E\varepsilon } \hfill &{\varepsilon \le \varepsilon_{{\text{s}}}} } \hfill \ \ {\sigma_{{\text{s}}} + E_{1} \left( {\varepsilon - \varepsilon } \right)} \hfill &{\varepsilon> \varepsilon_{{\text{s}}} } \hfill \\ \end{배열} } \right.$$ (3)여기서 \(\sigma\)는 변형률입니다. 이 는 영률이고; \(\varepsilon\)은 스트레스입니다. \(\varepsilon_{{\text{s}}}\)는 항복 강도입니다.
고크롬 주철 가공물의 수명은 내마모성이 좋지 않아 더 짧습니다. 복합 재료는 단일 HCCI에 비해 많은 장점이 있습니다. HCCI/ZTAP의 제조 과정에서 복합 재료에서 ZTA 세라믹 입자는 미리 다공성 프리폼으로 준비됩니다. 프리폼은 ZTA 세라믹 입자와 HCCI를 더욱 단단하게 결합시켜주며, 세라믹 입자는 충격을 받았을 때 쉽게 떨어지지 않습니다. HCCI/ZTAP의 성능을 더욱 향상시키기 위해 복합 재료의 경우 프리폼의 구조를 최적화해야 합니다.
주조 과정에서 용융 금속은 원형 구멍을 채우고 금속의 비율을 증가시킬 수 있습니다. HCCI/ZTAP 신청 과정에서 복합 재료의 경우 입자 응집 위치가 크랙이 발생하기 쉬우므로 이 위치에 원형 구멍이 추가됩니다.
ZTA 세라믹 입자의 모양은 임의의 다각형이며 프리폼에 많은 입자가 있습니다. 모든 파티클이 그려지면 작업 부하가 큽니다. 세라믹 금속 매트릭스 복합 재료의 이전 시뮬레이션에서 세라믹 입자의 대부분의 예비 성형품은 전체로 간주되었습니다. 그림 1과 같이 본 논문은 거시적 규모와 미시적 규모에 대한 모델을 각각 설정한다. 합리적인 모델을 구축하기 위해서는 실험을 통한 반복적인 상호 검증이 필요합니다. 최적화 모델에서 계산된 결과는 실험 결과와 잘 일치합니다. 시뮬레이션 결과에는 열 응력, 온도 장, 응고 중 상전이 장 및 하중을 받는 주물의 응력 변형이 포함되었습니다. 최적화된 유한 요소 모델이 더 넓은 범위에서 사용될 수 있도록 기존의 유한 요소 모델을 합리적이고 효과적으로 조정합니다.
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HCCI/ZTAP에 대한 기하학적 모델 최적화 흐름도 자료
유한요소 소프트웨어를 사용하여 기하학적 모델을 구축할 때 계산 시간과 모델링 작업량을 줄이기 위해 단순화된 기하학적 모델이 자주 사용됩니다. 그림 2와 같이 3차원 육각형 다공성 프리폼을 2차원 모델로 단순화하여 입자 사이에 틈이 생기고 2차원 모델을 투영하기 위해 입자의 한 층만 선택됩니다. 이러한 방식으로 3차원 공간에 입자를 쌓으면 2차원 기하학적 모델에 대한 영향을 효과적으로 피할 수 있고 모델을 합리적으로 단순화하고 계산 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
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ZTA 세라믹 입자 및 HCCI/ZTA의 기하학적 모델P 합성물. 아 다공성 공연, b HCCI/ZTAP 복합 구역 합성, c 실제 입자에 기반한 최적화된 기하학적 모델, d 초기 기하학적 모델
본 논문에서는 ZTA 세라믹 입자를 복합재료의 보강상으로 선택하였다. ZTA 세라믹 입자는 알루미나에 지르코니아를 첨가한 다음 소결하여 제조된 다상 구조 세라믹이며, 여기서 지르코니아 질량 분율은 18%이고 알루미나 질량 분율은 82%입니다. 고크롬 주철은 12% 이상의 크롬을 함유한 복합 재료의 모체로 우수한 내마모성 재료입니다.
재료 매개변수는 유한 요소 계산 결과에 큰 영향을 미칩니다. 본 논문에서 시뮬레이션 계산에 필요한 재료 파라미터는 실험과 문헌을 통해 얻어졌다. ZTA 세라믹 입자 및 HCCI의 재료 매개변수는 표 1에 나와 있습니다.
HCCI/ZTAP의 가소성 및 내마모성 테스트용 복합 재료의 경우, 예비 성형체 구조의 영향을 추가로 결정하기 위해 복합 재료에 대해 체계적인 테스트가 수행되었습니다. SHT4305 만능 시험기는 HCCI/ZTAP의 압축 특성을 측정하는 데 사용되었습니다. 합성물. 압축시험편의 크기는 10 × 10 × 25mm, 가해지는 하중은 30톤, 압축속도는 0.5mm/min이다.
HCCI/ZTAP의 내마모성 시험 합성이 필요합니다. 우수한 내마모성은 내마모성 복합 재료의 성능을 테스트하는 가장 중요한 기준입니다. HCCI/ZTAP 복합재는 주로 광물 가공, 시멘트 제조 및 제지 산업에 사용되며 작업 조건의 대부분은 삼체 연마 마모입니다. HCCI/ZTAP의 서비스 성능을 시뮬레이션하기 위해 가능한 한 실제 작업 조건에서 복합 재료, HCCI/ZTAP 테스트 MMH-5 3체 연마 마모 시험기를 사용한 복합 재료. 시험기의 궤도 재료는 M2 공구강, 경도 820–860 Hv, 외경 380mm, 너비 20mm입니다. 연마재의 종류와 크기는 다양한 작업 조건에 따라 선택됩니다. 본 논문에서는 연마재로 석영사를 사용하고 경도는 1000~1200Hv, 시험하중은 40N, 시료의 회전속도는 30r/min이다.
나노인덴터는 선택된 100 × 100 μm 2 에서 100포인트 영률 테스트를 수행하는 데 사용됩니다. 미세 영역. nanoindenter의 모델은 iMicro입니다.
재료의 내마모성은 질량 감소, 부피 감소 등으로 측정할 수 있습니다. 작은 변화로 측정 실린더로 측정한 부피 손실은 사람의 판독 값에 쉽게 오류를 일으킬 수 있습니다. 따라서 동일한 마모 조건에서 질량 손실 Δm은 재료의 마모 성능을 평가하는 데 사용됩니다. 재료 손실 계산 공식은 다음과 같습니다.
$$\델타 m =m_{1} - m_{2}$$ (4)m 1 그리고 나 2 , 각각 마모 전과 후의 샘플 질량을 나타냅니다.
HCCI/ZTAP 응고과정의 열응력 시뮬레이션에서 이 연구의 복합 재료에서 열 응력은 10초 전후에 크게 변하기 때문에 모든 시뮬레이션 결과에 대해 10초의 열 응력 분포가 선택됩니다. 그림 3의 오른쪽 눈금과 비교하여 빨간색은 높은 응력을 나타내고 파란색은 낮은 응력을 나타냅니다. 그림 3a에서 프리폼의 가장자리, 특히 중간 위치에서 응력집중이 나타나며 프리폼의 상부와 하부가 빨간색으로 나타났다. 그림 3a의 오른쪽 축척과 비교하면 여기에서 스트레스가 엄청나다는 것을 알 수 있다. 입자가 모이는 곳, 즉 육각형 구멍 벽이 교차하는 부분에 파란색이 나타나 여기에서 응력이 작다는 것을 나타냅니다. 그림 3c의 기하학적 모델에서는 원형 구멍이 프리폼의 입자 집합체에 추가됩니다. 그림 3c의 응력 분포는 원형 구멍 주변에 더 분명한 응력 집중이 있다는 점을 제외하면 그림 3a와 유사합니다. 그림 4의 공연 원형 구멍 주변의 응력 분포는 그림 3과 유사하다.
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단순화된 모델에서 응고 중 열응력 분포. 아 초기 수행, b 초기 공연의 부분 확대도, b 원형 구멍이 추가된 프리폼, d 원형 구멍이 추가된 공연의 부분 확대도
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단순화된 모델의 압축 응력. 아 초기 수행, b 초기 공연의 부분 확대도, b 원형 구멍이 추가된 프리폼, d 원형 구멍이 추가된 공연의 부분 확대도
최종 계산 결과는 직관적이어야 하므로 결과를 후처리하여 응력 횡단 비교 차트를 그렸습니다. 먼저 기하학적 모델에서 2D 횡단면을 그립니다. 주요 관찰 부분이 원형 구멍 주변, 즉 입자가 모이는 곳이기 때문에 2D 횡단면이 원형 구멍을 통과하기 때문입니다. 응력 그래프의 세로축은 단면선상의 응력값, 가로축은 x -그림 5와 같이 모델의 축 좌표입니다. 단순화된 모델에서 원형 구멍 좌표는 (12, 14), (27, 14)입니다. 그림 5c는 응고 응력의 선 그래프입니다. 그림 5c에서 원형 구멍이 있는 프리폼은 원형 구멍이 없는 프리폼과 비교하여 가로 좌표 12 및 27에서 응력이 크게 증가합니다. 그림 5d는 압축 응력의 비교 차트입니다. 곡선의 일반적인 경향은 그림 5c와 같으며, 원형구멍의 위치응력은 크게 증가할 것이다.
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단순화된 모델의 2D 횡단 위치와 응력 횡단 비교. 아 초기 수행, b 초기 공연의 부분 확대도, c 원형 구멍이 추가된 프리폼, d 원형 구멍이 추가된 공연의 부분 확대도
그림 6은 HCCI/ZTAP의 열 응력 분포를 보여줍니다. 실제 입자를 기반으로 한 복합재료 모델은 그림 3과 유사하지만, 그림 6에서 ZTA 세라믹 입자는 더 이상 전체 프리폼으로 단순화되지 않고 개별 입자로 설정되며 대부분의 주변의 입자가 붉은 색으로 나타납니다. ZTA 세라믹 입자의 모양이 균일하지 않고 특히 입자의 날카로운 지점에서 응력이 주변 값보다 높습니다. 그림 1의 열응력 분포. 3b와 6b는 분명히 다릅니다. 그림 6b에서 프리폼의 원형 구멍은 파란색으로 나타나 여기에서 응력이 작다는 것을 나타냅니다. 원형 구멍 주변의 응력 집중 계산 결과는 반대입니다. 기하학적 모델의 단순화 정도와 그리는 방법에 따라 계산 결과가 달라집니다.
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최적화된 모델에서 응고 중 열응력 분포. 아 초기 수행, b 초기 공연의 부분 확대도, c 원형 구멍이 추가된 프리폼, d 원형 구멍이 추가된 공연의 부분 확대도
Fig. 7에서 압축응력을 모사하기 위해 사용된 기하학적 모델은 Fig. 6과 유사하다. Fig. 7에서는 오른쪽의 scale과 비교하여, 응력이 특히 모델의 상부와 프리폼에 집중되어 있음을 알 수 있다. 황록색인 세라믹 프리폼의 양쪽 가장자리. 프리폼의 입자 응집 부분에서 이 영역은 그림 7a에서 녹색으로 표시되어 여기에서 응력이 작다는 것을 나타냅니다. 그림 7b에서 원형 구멍은 프리폼의 집합체에 추가됩니다. 원형 구멍 영역의 색상은 녹색과 노란색으로 뚜렷한 응력 집중이 없음을 나타냅니다.
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최적화된 모델의 압축 응력. 아 초기 수행, b 최적화된 성능의 부분 확대 보기, c 원형 구멍이 추가된 프리폼, d 원형 구멍이 추가된 공연의 부분 확대도
실제 입자 기반 모델에서 원형 구멍 좌표는 (12, 14) (27, 14)입니다. 그림 8은 응고응력 비교도로서 원형구멍의 유무가 응력에 미치는 영향을 비교한 것이다. 원형 홀이 있는 프리폼의 응력은 횡좌표 12, 27에서 현저한 감소를 보였고, 그 위치는 기본적으로 원형 홀의 위치와 일치하였다. 원형 구멍이 있는 프리폼의 나머지 좌표의 응력은 약간 증가합니다. 그림 8a, b에서 원형 구멍이 있는 프리폼을 제외하고 두 곡선은 기본적으로 일치합니다. 원형 구멍 좌표 근처의 응력이 크게 떨어집니다.
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최적화된 모델의 2D 횡단 위치 및 응력 횡단 비교. 아 초기 수행, b 원형 구멍이 추가된 프리폼, c 응고 응력, d 압축 응력
Fig. 9에서 알 수 있듯이, 마모 시험에서 최적화된 프리폼을 사용한 복합재료와 원래의 프리폼을 사용한 복합재료의 질량 손실은 크게 다르지 않아 내마모성이 크게 저하되지 않고 개선될 수 있음을 나타냅니다. HCCI/ZTAP의 전반적인 가소성 합성.
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HCCI/ZTAP의 압축 응력-변형률 곡선 복합 재료 및 복합 벌집 벽 접합부에서 3체 연마재의 질량 손실
다공성 프리폼은 입자 응집 영역에 작은 크기의 원통형 구멍을 추가하여 최적화되었으며, 이는 HCCI/ZTAP에서 세라믹 입자의 부피 분율을 변경했습니다. 합성물. 복합 재료에서 ZTA 세라믹 입자의 함량은 기계적 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 그림 9에서 볼 수 있듯이 원형 구멍이 있는 프리폼이 있는 샘플의 압축 강도 및 압축 변형은 초기 프리폼이 있는 샘플에 비해 크게 증가하여 ZTA 세라믹 입자의 응집 영역에 작은 원형 구멍이 개선에 도움이 됨을 나타냅니다. HCCI/ZTAP의 강도 및 가소성 합성물. 다공성 프리폼의 응집 영역에 작은 원통형 구멍을 추가하면 금속 매트릭스의 함량이 증가하여 HCCI/ZTAP의 압축 변형률이 증가합니다. 압축 응력을 받고 또한 압축 강도에 영향을 미치는 복합 재료. 응력이 최대값에 도달하면 시편에 이미 손상이 발생한 것으로 간주할 수 있습니다. 변형률이 지속적으로 증가함에 따라 재료의 내부 손상도 누적되고 변형 저항이 점차 감소하여 최종적으로 전단파괴가 발생합니다.
모든 시편의 경도에 대한 미세분석은 Fig. 10과 같다. Fig. 10a, b와 같이 시험영역은 시뮬레이션 결과와 더 잘 일치하도록 둥근 입자와 뾰족한 모서리 입자 주변을 각각 선택하였다. 그림 10c, d는 응력의 부분 확대도와 비교됩니다. 시뮬레이션에서 응력 집중은 입자의 날카로운 모서리 주변에서 발생하는 경향이 있습니다. 테스트 결과, 날카로운 모서리 입자 근처의 모듈러스가 둥근 모서리 근처의 금속 매트릭스보다 커서 실제 입자를 기반으로 모델의 합리성을 추가로 검증합니다.
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복합 재료의 압입 분포 및 복합 재료 입자 주위의 영률 분포. 아 입자의 모양이 날카롭습니다. b 입자의 모양이 둥글다, c 입자의 모양이 날카롭다, d 입자의 모양이 둥글다
세 가지 기능을 가진 프리폼의 입자 응집 영역에 원형 구멍이 추가됩니다. 첫 번째 기능은 HCCI/ZTAP에서 세라믹 입자의 부피 분율을 줄이는 것입니다. 복합 재료 및 잔류 응력 감소; 두 번째 기능은 프리폼의 세라믹 입자 덩어리를 줄이는 것입니다. 세 번째 기능은 균열 전파를 방해하기 위해 더 나은 가소성을 가진 금속 매트릭스의 부피 분율을 증가시키는 것입니다. HCCI/ZTAP의 가소성 복합 재료는 잔류 응력이 증가함에 따라 감소합니다. 세라믹 입자의 부피 분율이 감소하고 잔류 응력이 상대적으로 작아집니다. ZTA 세라믹 입자 예비성형체에 원형 구멍을 추가하면 균열 불안정성이 직선을 따라 확장되는 경향이 있기 때문에 균열을 줄일 수 있습니다. HCCI/ZTAP 복합영역에 크랙이 발생한 경우 복합 재료에서 균열은 균열 전파를 생성하기 위해 프리폼의 육각형 구멍 벽을 따라 쉽게 확장됩니다. 원형 홀은 육각 홀 벽의 접합부에서 HCCI 매트릭스의 함량을 증가시키고 균열 전파를 방해하여 구조를 강화하는 역할을 합니다.
HCCI와 ZTA 사이의 열팽창 계수의 큰 차이P 복합 재료에 균열을 일으킵니다. HCCI/ZTAP의 응고 및 압축 과정 유한요소 소프트웨어를 사용하여 복합재료를 시뮬레이션하고, 단순화된 전체 모델과 프리폼에 대한 등가 결정립 모델을 기반으로 응력의 수치 및 분포를 해석합니다. 계산 결과에 따르면 프리폼 구조가 최적화됩니다. 시뮬레이션 및 실험 결과를 분석하여 육각형 다공성 프리폼에 원형 구멍을 추가하면 응고 중 열응력 및 압축 응력이 감소한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 모델의 최적화 및 조정 후 시뮬레이션 결과는 실험 결과와 일치하는 경향이 있습니다. 이 문서의 방법은 다양한 금속 매트릭스 복합 재료의 주조 시스템에서 공정 매개변수의 시뮬레이션 및 최적화를 위한 중요한 참고 자료를 제공할 수 있습니다.
이 기사의 결론을 뒷받침하는 데이터 세트가 기사에 포함되어 있습니다.
고크롬 주철
지르코니아 강화 알루미나
지르코니아 강화 알루미나 세라믹 입자 복합재로 강화된 고크롬 주철 매트릭스 복합재
나노물질
그림. 1 탄소 섬유 재활용 공정. 출처 | ELG 탄소 섬유 탄소 섬유 제품에 대한 전 세계 수요의 기하급수적 증가와 그 소비와 관련된 폐기물은 많은 지속 가능성 문제를 제기합니다. 탄소섬유는 알루미늄 못지않은 내재에너지를 갖고 있어 널리 재활용되고 있으며, 탄소섬유 폐기물의 처리는 순환경제에 심각한 영향을 미치고 있습니다. 그 결과 가수분해, 가용매분해 및 열분해와 같은 재활용 기술이 지난 수십 년 동안 추진력을 얻고 있습니다1 . 예를 들어, ELG Carbon Fiber Ltd.(영국 Coseley)가 사용하는 사슬
세라믹 타일은 무겁고 비싸며 매우 약합니다. 이것이 기업들이 오랫동안 로봇 제조 자동화에 대한 아이디어를 기피해 온 바로 그 이유입니다. 수년 동안 인간 작업자들은 이러한 타일을 적절한 포장에 가능한 한 부드럽게 정리하여 전 세계로 배송할 수 있도록 준비했습니다. 어떻게 로봇이 사람처럼 조심스럽게 타일을 다룰 수 있을까요? 답은 자재 취급 로봇의 깃털 터치와 손쉬운 리프팅 능력이었습니다. 자재 취급 로봇은 매번 손끝에 동일한 양의 프로그래밍된 압력을 가하는 그리퍼로 세라믹 타일과 같은 품목을 집을 수 있습니다. 이것은 적재하는
