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Development of friction stir processing of CNT - reinforced aluminum alloy compositesRegensburg, Anna 12 August 2015 (has links)
Owing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of
more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have
recently gained much attention as reinforcement for composite materials.
Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those
favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the
powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and
damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times.
At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced
MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at
the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to
plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material
by stirring it into the workpiece.
Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom
dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the
solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly
by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method
usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding
all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like
cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square
or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the
objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under
varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite
properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed
by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and
electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the
triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the
CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface. / Tesis
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Estudio de la fisuración en caliente en el soldeo de la aleación AA6063-T6 mediante proceso GTAW sin material de aporteEspinoza Hurtado, Jhordann 08 August 2014 (has links)
El presente trabajo estudia de forma comparativa la tendencia a la fisuración en caliente de la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW sin metal de aporte empleando tres condiciones de enfriamiento.
Se elaboraron diferentes procedimientos de soldadura para analizar la soldabilidad del material mediante la obtención de cupones con descarga de líneas de calor sometidos a bajo aporte térmico (menor a 325 KJ/m), mediano aporte térmico (350 KJ/m), y a alto aporte térmico (mayor a 400 KJ/m); modificando en cada caso la velocidad de disipación del calor mediante el uso de un respaldo de acero, un respaldo de cobre y un respaldo de cobre refrigerado con agua, con la finalidad de analizar su relación con la tendencia a la fisuración en caliente.
La inspección visual y los ensayos microestructurales realizados sobre los cupones con descarga de líneas de calor mostraron que bajo condiciones normales de soldeo no se logra evitar la aparición de fisuración en caliente. No obstante, si aseguramos que la soldadura presente una velocidad de enfriamiento superior al que normalmente se produce en procesos de soldadura, se podrá eliminar la aparición de fisuración en caliente. Ello se puede conseguir utilizando un respaldo de cobre, el cual presentó buenos resultados a bajo y mediano aporte térmico. Si bien es cierto, el respaldo de cobre refrigerado con agua logra eliminar la fisuración en caliente incluso para alto aporte térmico, no se recomienda su uso en soldadura debido a que este es un método poco práctico y difícil de utilizar en construcciones soldadas.
Por otro lado, se realizaron cupones soldados a tope sin el empleo de metal de aporte y con enfriamiento mediante respaldo de cobre. Estos cupones fueron sometidos a ensayos de líquidos penetrantes, doblado y tracción, comprobándose su integridad y obteniendo una resistencia promedio de 145 MPa. Estos resultados fueron comparados y cumplieron con las exigencias del código de soldeo estructural de aluminio AWS D1.2, concluyéndose que cuando se desee soldar la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW y sin el uso de metal de aporte, se deberá garantizar una velocidad de enfriamiento superior al que se obtiene normalmente en procesos de soldadura, lo que se consigue asegurando un buen contacto entre el metal base y el respaldo de cobre a fin de favorecer una buena disipación de calor. / Tesis
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Development of friction stir processing of CNT - reinforced aluminum alloy compositesRegensburg, Anna 12 August 2015 (has links)
Owing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of
more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have
recently gained much attention as reinforcement for composite materials.
Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those
favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the
powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and
damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times.
At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced
MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at
the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to
plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material
by stirring it into the workpiece.
Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom
dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the
solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly
by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method
usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding
all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like
cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square
or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the
objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under
varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite
properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed
by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and
electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the
triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the
CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface. / Tesis
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Estudio de la fisuración en caliente en el soldeo de la aleación AA6063-T6 mediante proceso GTAW sin material de aporteEspinoza Hurtado, Jhordann 08 August 2014 (has links)
El presente trabajo estudia de forma comparativa la tendencia a la fisuración en caliente de la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW sin metal de aporte empleando tres condiciones de enfriamiento.
Se elaboraron diferentes procedimientos de soldadura para analizar la soldabilidad del material mediante la obtención de cupones con descarga de líneas de calor sometidos a bajo aporte térmico (menor a 325 KJ/m), mediano aporte térmico (350 KJ/m), y a alto aporte térmico (mayor a 400 KJ/m); modificando en cada caso la velocidad de disipación del calor mediante el uso de un respaldo de acero, un respaldo de cobre y un respaldo de cobre refrigerado con agua, con la finalidad de analizar su relación con la tendencia a la fisuración en caliente.
La inspección visual y los ensayos microestructurales realizados sobre los cupones con descarga de líneas de calor mostraron que bajo condiciones normales de soldeo no se logra evitar la aparición de fisuración en caliente. No obstante, si aseguramos que la soldadura presente una velocidad de enfriamiento superior al que normalmente se produce en procesos de soldadura, se podrá eliminar la aparición de fisuración en caliente. Ello se puede conseguir utilizando un respaldo de cobre, el cual presentó buenos resultados a bajo y mediano aporte térmico. Si bien es cierto, el respaldo de cobre refrigerado con agua logra eliminar la fisuración en caliente incluso para alto aporte térmico, no se recomienda su uso en soldadura debido a que este es un método poco práctico y difícil de utilizar en construcciones soldadas.
Por otro lado, se realizaron cupones soldados a tope sin el empleo de metal de aporte y con enfriamiento mediante respaldo de cobre. Estos cupones fueron sometidos a ensayos de líquidos penetrantes, doblado y tracción, comprobándose su integridad y obteniendo una resistencia promedio de 145 MPa. Estos resultados fueron comparados y cumplieron con las exigencias del código de soldeo estructural de aluminio AWS D1.2, concluyéndose que cuando se desee soldar la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW y sin el uso de metal de aporte, se deberá garantizar una velocidad de enfriamiento superior al que se obtiene normalmente en procesos de soldadura, lo que se consigue asegurando un buen contacto entre el metal base y el respaldo de cobre a fin de favorecer una buena disipación de calor.
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