Optimization on the electrical discharge machining (EDM) process parameters of aged AA7075/TiC metal matrix composites

• Rajendran, Prabu ^[1] ; Duraisamy, Velmurugan ^[2] ; Raj Rajendran, Ashok ^[3] ; Velur Loganathan, Raja ^[4]
  1. [1] Department of Mechanical Engineering, Mahendra Engineering College
  2. [2] Department of Mechanical Engineering, Muthayammal Engineering College
  3. [3] Department of Mechanical Engineering, J.J. College of Engineering & Technology
  4. [4] Department of Mechanical Engineering, Loyola Institute of Technology

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• Localización: Revista de metalurgia, ISSN 0034-8570, Vol. 59, Nº 3, 2023 (Ejemplar dedicado a: Online first; e244)
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Optimización de los parámetros del proceso de mecanizado por electroerosión (EDM) de materiales compuestos de matriz metálica AA7075/TiC envejecidos
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• Resumen
  • español

    La necesidad de optimizar los parámetros de proceso en el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para materiales compuestos de matriz metálica AA7075 envejecidos (MCMM) es evidente ya que afecta a varios aspectos como las propiedades mecánicas, el desgaste de la herramienta, el acabado superficial, la integridad, la precisión, la exactitud, la estabilidad del proceso, la consistencia del proceso y la rentabilidad. En este estudio, se eligió la aleación de aluminio AA7075 como material matriz debido a la necesidad de mejorar sus propiedades mecánicas. El carburo de titanio (TiC) se eligió como material de refuerzo debido a sus propiedades mecánicas superiores. Por lo tanto, el TiC tiene la capacidad de mejorar los atributos mecánicos del AA7075. La selección del método de colada por agitación para la fabricación del AA7075/TiC (0, 4, 8, 12 y 16% en peso) se basó en su facilidad de fabricación, su capacidad para lograr una distribución uniforme de los refuerzos, la menor susceptibilidad a la oxidación y la porosidad, y el mejor control sobre la microestructura. Este MCMM AA7075/12%TiC se sometió a un proceso de envejecimiento a 520 °C durante 180 min y posteriormente se enfrió en el entorno del horno. La densidad de los materiales compuestos AA7075/TiC envejecidos y no envejecidos se determinó mediante un ensayo de densidad utilizando el principio de Arquímedes. Se realizaron ensayos de microdureza en los MCMMs sobre la aleación AA7075 envejecida y no envejecida empleando un medidor de microdureza Vickers. Se determinó la resistencia a la tracción y a la compresión de los MCMMs tanto envejecidos como no envejecidos mediante el uso de una máquina universal de ensayos mecánicos y una máquina de ensayos de compresión. Se determinó la combinación óptima de los MCMMs fabricados (AA7075/TiC) en función de sus propiedades mecánicas. Basados en estos resultados, el MCMM más prometedor fue la combinación AA7075/12%TiC debido a sus valores superiores en dureza, resistencia a la tracción, resistencia a la compresión y densidad en comparación con otras combinaciones. El proceso de envejecimiento tenía como objetivo mejorar las propiedades mecánicas sin necesidad de refuerzos adicionales. Se emplearon microanálisis EDAX y análisis de Difracción de Rayos X (DRX) para determinar el porcentaje en peso de la matriz y los refuerzos e identificar la formación de precipitados en el material compuesto AA7075/12%TiC. Se utilizó microscopía electrónica de barrido (MEB) para verificar la distribución uniforme del carburo de titanio en la matriz AA7075. La optimización de los parámetros del proceso de electroerosión para el MCMM AA7075/12%TiC envejecido se llevó a cabo utilizando el análisis relacional gris (GRA) basado en el diseño de Taguchi. Entre los parámetros de entrada seleccionados para la optimización, se incluyeron la concentración de cromo (g×l-1), la corriente (amperios) y el tiempo de pulsación (µs). Los parámetros de respuesta elegidos para la optimización fueron la rugosidad superficial (SR) y la tasa de desgaste de la herramienta (TWR). La secuencia de influencia de los parámetros de entrada de EDM es la concentración de cromo, el tiempo de pulso y la corriente. Los parámetros del proceso de electroerosión optimizados fueron 8 g×l-1 de concentración de cromo, 5 amperios de corriente y 240 µs de tiempo de pulso, y las respuestas correspondientes fueron 0,198 TWR y 1,56 SR.

  • English

    The need to optimize the process parameters in Electrical Discharge Machining (EDM) for aged AA7075 Metal Matrix Composites (AAMMCs) is evident as it impacts various aspects such as mechanical properties, tool wear, surface finish, integrity, precision, accuracy, process stability, process consistency, and cost-effectiveness. In this study, aluminium alloy AA7075 was chosen as the matrix material because of the need to enhance its mechanical properties. Titanium Carbide (TiC) was chosen as the reinforcing material owing to its superior mechanical properties. Therefore, TiC holds the capability to improve the mechanical attributes of AA7075. The selection of the stir cast method for the manufacturing of AA7075/TiC (0, 4, 8, 12, and 16 wt.%) was based on its ease of fabrication, ability to achieve a uniform distribution of reinforcements, reduced susceptibility to oxidation and porosity, and improved control over the microstructure. This AA7075/12wt.%TiC MMC underwent an aging process at 520 °C for 180 min and was subsequently cooled within the furnace environment. The density of the aged and non-aged AA7075/TiC-based composites was determined through a density test using the Archimedes’ principle. Microhardness testing was conducted on the non-aged and aged AA7075-based MMCs employing a Vickers microhardness tester. Tensile strength and compressive strength of the aged and non-aged AA7075-based MMCs were determined by the usage of a universal testing machine (UTM) and a compression testing machine (CTM). The optimal combination of the manufactured AA7075/TiC MMCs was determined based on their mechanical properties. The most effective combination was identified as AA7075/12wt.%TiC MMC due to its superior values in hardness, tensile strength, compressive strength, and density compared to other combinations. The aging process aimed to enhance the mechanical properties without the need for additional reinforcements. EDAX and X-ray Diffraction Analysis (XRD) tests were employed to determine the weight percentage of the matrix and reinforcements and to identify the formation of precipitates in the AA7075/12wt.%TiC composites. The SEM equipment was utilized to verify the uniform distribution of titanium carbide in the matrix material AA7075. Optimization of EDM process parameters for aged AA7075/12wt.%TiC composite was carried out using Taguchi design-based Grey Relational Analysis (GRA). The selected input parameters for the optimization included the chromium concentration (g×l-1), current (amps) and pulse-on time (µs). The response parameters chosen for optimization were surface roughness (SR) and tool wear rate (TWR). The sequence of influencing EDM input parameters is chromium concentration, pulse on time and current. The optimized EDM process parameters were 8 g×l-1 chromium concentration, 5 amps current and 240 µs pulse on time and the corresponding response were 0.198 TWR and 1.56 SR.