ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SiC ĐẾN ĐỘ CỨNG VÀ ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU COMPSITE Al6061/SiC CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC KHUẤY

Tóm tắt

Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hạt gia cường SiC đến độ cứng và độ dai va đập của vật liệu composite nền hợp kim nhôm 6061. Vật liệu được chế tạo bằng phương pháp đúc khuấy có khí bảo vệ Ar với hàm lượng SiC thay đổi lần lượt là 0, 2, 4, 6 và 8% theo khối lượng. Kết quả cho thấy độ cứng Rockwell của vật liệu tăng tuyến tính với hàm lượng SiC, đạt giá trị cao nhất 53.8 HRB tại mẫu 8% SiC, tương ứng mức tăng gần 20% so với hợp kim nền. Ngược lại, độ dai va đập Charpy có sự biến thiên khi đạt giá trị lớn nhất 24.8 J tại hàm lượng 4% SiC, sau đó giảm dần xuống 19.2 J với mẫu 8% SiC. Phân tích ảnh SEM bề mặt nứt gãy xác nhận sự chuyển đổi cơ chế phá hủy từ dẻo với nhiều lỗ mìn ở hàm lượng SiC thấp sang phá hủy giòn ở hàm lượng cao. Kết quả nghiên cứu chỉ ra sự đánh đổi giữa độ cứng và độ dai va đập của vật liệu composite khi tăng hàm lượng pha gia cường, phụ thuộc vào yêu cầu chế tạo có thể lựa chọn được hàm lượng SiC cân bằng giữa độ cứng và khả năng hấp thụ năng lượng va đập cho vật liệu composite.

Abstract

This paper investigates the influence of SiC reinforcement content on the hardness and impact toughness of Al6061 alloy matrix composites. The materials were fabricated using the stir casting method under an Ar shielding atmosphere, with SiC weight fractions of 0, 2, 4, 6 and 8%.The results demonstrate that the Rockwell hardness of the composite increases linearly with SiC content, reaching a peak value of 53.8 HRB at 8% SiC, which corresponds to an improvement of nearly 20% compared to the base alloy. Conversely, the Charpy impact toughness exhibits a distinct variation, reaching its maximum value of 24.8 J at 4% SiC before gradually declining to 19.2 J for the 8% SiC sample. SEM analysis of the fracture surfaces confirms a transition in the failure mechanism from ductile fracture, characterized by numerous fine dimples at low SiC concentrations, to brittle fracture at higher reinforcement levels. The findings highlight a significant trade off between hardness and impact toughness as the reinforcement phase increases. This provides a basis for selecting a SiC content that balances stiffness and impact energy absorption capacity for composite materials.

Keywords: Al6061/SiC, stir casting, hardness, impact toughness.