Karakterizacija kompozita sa osnovom od Al18Si legure i njihova primena kod triboloških elemenata sa pravolinijskim naizmeničnim kretanjem

Abstract

Razvoj automobilske industrije povećava zahteve za smanjenjem mase i povećanjem pouzdanosti vozila. Smanjenje mase vozila moguće je postići smanjenjem mase motora čiji je bitan deo klip, koji radi u otežanim uslovima. Sve veću primenu pri proizvodnji klipova imaju nadeutektičke Al-Si legure zbog svojih dobrih osobina kao što su dobra termička i električna provodljivost, visok odnos čvrstoće i mase i dobra otpornost na koroziju. U ovoj disertaciji izvršena su tribološka ispitivanja dve serije kompozitnih materijala (A i B) sa mikro i nano ojačavačima i osnovom od nadeutektičke Al18Si legure. Serija materijala A u svom sastavu je imala ukupno 6 materijala od kojih je jedan osnovna legura dok su ostali materijali kompoziti dobijeni dodavanjem 10 mas.% SiC (30 μm) i 0,5 mas.% Al2O3 (20–30 nm) i 1 mas.% ili 3 mas.% Gr (17 μm ili 200–800 μm). U okviru serije materijala B bilo je ukupno 8 materijala, odnosno osnova i 7 kompozita. Kompoziti ove serije materijala dobijeni su dodavanjem 0,5 mas.% Al2O3 (20–30 nm) i/ili 3 mas.% Al2O3 (36 μm) i/ili 3 mas.% SiC (40 μm) i/ili 3 mas.% Gr (250–500 μm).Pre triboloških ispitivanja izvršena je mikrostrukturna karakterizacija, kao i merenje tvrdoće i gustine navedenih materijala. Tribološka ispitivanja izvršena su u uslovima sa podmazivanjem pri brzini klizanja od 0,5 m/s, pređenom putu od 1000 m i normalnim opterećenjima od 100 N, 200 N i 300 N. S obzirom na to da je serija materijala A pokazala bolje karakteristike, za ovu seriju materijala sprovedena su i tribološka ispitivanja na uređaju sa pravolinijskim naizmeničnim kretanjem za iste uslove ispitivanja. Nakon izvršene tribološke analize primenjene su optimizacione metode Taguči-grej (Taguchi-grey) i veštačke neuronske mreže (Artificial neural networks – ANN) za predviđanje intenziteta habanja i koeficijenta trenja za obe serije materijala. Dobijena je optimalna kombinacija parametara i analizom varijanse (Analysis of Variance – ANOVA) dobijen je procentualni uticaj posmatranih faktora na intenzitet habanja i koeficijent trenja. Na kraju istraživanja izvršena je numerička analiza klipa metodom konačnih elemenata (MKE) pri pritisku od 7,5 MRa i temperaturama od 300°S do 400°S. Pri MKE analizi najviši naponi bili su sa unutrašnje strane čela klipa i kod ležišta osovinica i dokazano je da se ispitivani kompoziti mogu primeniti za proizvodnju klipova.