Title of article :
Experimental and Finite Element Simulation of Nano-indentation on Metal Matrix Composites: Hardness Prediction
Author/Authors :
Wagih, Ahmed Mechanical Design and Production Department - Zagazig University, Zagazig, Sharkia, Egypt
Abstract :
The scientific importance of nanocomposites are being increased due to their improvedproperties. This paper is divided into two parts. First, Al-Al2O3 nanocomposite wasproduced by using ball milling technique followed by cold compaction and sintering.Microstructure and morphology studies were done through SEM, TEM, and EDX anal-ysis on the produced powder. The mechanical properties of the produced compositewere determined by the tensile test. Also, nano-indentation experiment was conductedon the produced composite to determine its hardness. Second, a 2-D axisymmetrymodel was implemented in ANSYS software to simulate the nano-indentation experi-ment on pure aluminum and Al-Al2O3 nanocomposite. A conical indenter with 70.3was considered in simulations. The results show that, a homogenous distribution of thereinforcement in the matrix was achieved after 20 h milling. The elastic modulus, yieldstrength, and the hardness of the produced composite were increased than the puremetal. The FE simulation results show a good agreement with the experimental resultsfor nano-indentation experiment. The scatter of the FE results from the experimentalresults in the pure metal is smaller than that observed for the nanocomposite.
Farsi abstract :
اهميت علمي نانوكامپوزيتها به دليل خواص بهبود يافته آنها در حال افزايش است. اين مقاله به دو قسمت تقسيم شده است. اول، نانوكامپوزيت Al2O3 - Al با استفاده از روش آسياب گلوله اي و سپس تراكم سرد و گداختن توليد شد.
مطالعه ريزساختار و مورفولوژي از طريق آناليز SEM ، TEM و EDX پودر توليد شده انجام شد. خواص مكانيكي كامپوزيت توليد شده توسط تست كششي تعيين شد. همچنين، آزمايش نانو فرورفتگي روي كامپوزيت توليد شده براي
تعيين سختي آن انجام شد. دوم، يك مدل متقارن دوبعدي در نرم افزار ANSYS براي شبيه سازي آزمايش نانو دندانه بر روي آلومينيوم خالص و نانوكامپوزيت Al- Al2O3 3.07 در شبيه سازي در نظر گرفته شد. ◦ اجرا شد. يك گوه مخروطي نتايج نشان مي دهد كه توزيع همگني از سوخت در ماتريس پس ا s ز . 0 ساعت آسياب به دست آمد. مدول الاستيك، استحكام تسليم و سختي كامپوزيت توليد شده در مقايسه با فلز خالص افزايش يافت. نتايج شبيه سازي المان محدود توافق خوبي با نتايج تجربي براي آزمايش نانو دندانه نشان داد. پراكندگي نتايج المان محدود از نتايج تجربي در فلز خالص كمتر از مقداري بود كه براي نانوكامپوزيت مشاهده شد.
Keywords :
Nanocomposite , Mechanical Milling , Finite Element Simulation , Hardness
Journal title :
International Journal of Engineering