Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter August 21, 2020

Multi-Parametric Optimisation by Quantitative Assessment of Distribution Index and Area Fraction of Composite

Multiparametrische Optimierung durch quantitative Bewertung des Verteilungsindex und Flächenanteils eines Verbundwerkstoffs
A. Sharma, V. Rastogi and A. Kumar Agrawal
From the journal Practical Metallography

Abstract

The mechanical properties of the particulate reinforced composites are profoundly affected by two significant factors, fraction of reinforcement in the matrix and the distribution of the reinforced particles in the matrix. In this paper, a novel approach is adopted where a newly developed distribution index and area fraction of the composites are quantitatively determined through microstructural image analysis method, and the process parameters are optimised for maximum area fraction and minimum distribution index. The distribution index (Dindex) is calculated by estimating the free-path spacing within particles. The stir casting process parameters (stirrer rpm, time of stirring, furnace temperature and preheat temperatures) are optimised by Box-Behnken design of response surface methodology. The quantitatively assessed responses provide an authentic base for optimisation of process parameters. The experimental responses corresponding to the optimised parameters are within the range of the responses estimated by the confirmation test of optimisation with a 95 % confidence level.

Kurzfassung

Zwei wesentliche Faktoren wirken sich tiefgreifend auf die mechanischen Eigenschaften von partikelverstärkten Verbundwerkstoffen aus: Der Anteil der Verstärkung und die Verteilung der verstärkenden Partikel in der Matrix. In diesem Beitrag wird ein neuartiger Ansatz verfolgt, bei dem ein neu entwickelter Verteilungsindex und der Flächenanteil von Verbundwerkstoffen durch Gefügebildanalyse quantitativ bestimmt werden. Zudem werden darin die Prozessparameter für einen maximalen Flächenanteil und minimalen Verteilungsindex optimiert. Der Verteilungsindex (Dindex) wird durch Schätzen des Abstands der freien Weglänge im Innern der Partikel berechnet. Die Prozessparameter beim Rührgießen (Rührerdrehzahl, Rührzeit, Ofentemperatur und Vorwärmtemperaturen) werden auf Grundlage eines Box-Behnken-Versuchsplans nach der Response Surface-Methode (Antwortflächenverfahren) optimiert. Die quantitativ bewerteten Zielgrößenwerte liefern eine verlässliche Grundlage für die Optimierung der Prozessparameter. Die mittels dieser optimierten Parameter erzielten Versuchsantworten bewegen sich im Bereich der durch den Bestätigungstest der Optimierung mit einem Konfidenzniveau von 95 % geschätzten Antworten.


Übersetzung: E. Engert


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Received: 2019-11-11
Accepted: 2020-05-25
Published Online: 2020-08-21
Published in Print: 2020-09-07

© 2020, Carl Hanser Verlag, München