9477

بررسي ساختار و خواص آلياژ آلومينيم 2024 به كمك انجماد سريع

كارشناسي

مهندسي مواد و متالورژي

1403

خانم دكتر صالحي

1403/09/06

مهندسي مواد و متالورژِي

Investigating the structure and properties of aluminum alloy 2024 with rapid solidification processing

تحت تبريد بالا و سرعت زياد پيشروي فصل مشترك جامد/مذاب كه ناشي از سرد شدن بسيار سريع مذاب در فرايندهاي انجماد سريع است، منجر به تغييرات ريزساختاري و تركيبي در مواد مي‌شود. كاهش اندازه دانه‌ها و رسوبات، تشكيل ريزساختار نانومتري، كاهش فاصله بين بازوهاي دندريتي و فازهاي يوتكتيكي، كاهش جدايش و افزايش يكنواختي شيميايي، تغيير مورفولوژي فازها، افزايش حد حلاليت محلول جامد، ايجاد فازهاي بلوري و شبه‌بلوري غيرتعادلي و ساختارهاي آمورف و شيشه‌اي از جمله اثرات انجماد سريع مذاب بر ريزساختار و تركيب مواد است. هدف پژوهش حاضر بررسي تاثير انجماد سريع بر خواص ريزساختاري و مكانيكي آلياژ آلومينيم 2024 است. بدين‌منظور در بخش اول، به معرفي اجمالي آلياژهاي آلومينيم و ويژگي‌هاي آن‌ها، معرفي آلياژهاي آلومينيم – مس و به‌طور خاص آلياژ آلومينيم 2024 پرداخته شده است. همچنين درمورد ويژگي‌هاي آلومينيم 2024 و كاربردهاي آن بحث شده است. در ادامه روش‌هايي كه براي بهبود خواص آلومينيم 2024 مورد استفاده قرار مي‌گيرد بررسي شده است. توليد مواد با ساختار بلوري نانومتري به عنوان يكي از راه‌هاي بهبود خواص مكانيكي مواد، در بخش دوم مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين بخش به رايج‌ترين روش‌هاي توليد مواد نانوساختار در صنعت اشاره شده است. يكي از اين روش‌ها، استفاده از فرايندهاي انجماد سريع است. فرايندهاي انجماد سريع نيز عموما منجر به ريزساختار شدن مواد و در نتيجه بهبود خواص مكانيكي آن‌ها مي‌شود. در بخش سوم ضمن بحث درمورد تاريخچه و مباني فرايندهاي انجماد سريع و معرفي انواع روش‌ها به‌طور مختصر، به معرفي مفصل‌تر فرايند مذاب‌ريسي با ديسك مبرد به عنوان پركاربردترين روش انجماد سريع و تاثيراتي كه بر ريزساختار مواد دارد، پرداخته شده است. در ادامه نمونه‌هايي از كاربردهاي فرايند مذاب‌ريسي در بهبود خواص انواع آلياژهاي آلومينيم مورد مطالعه قرار گرفته است. از آن‌جايي كه مواد توليد شده به روش‌هاي انجماد سريع غالبا به شكل پودر، نوار يا سيم هستند و به همان شكل خام كاربرد چنداني در صنعت ندارند، نمونه‌هايي از فشرده‌سازي اين مواد براي تبديل به اشكال كاربردي‌تر مورد بررسي قرار گرفته است. تغيير پارامترهاي مختلف فرايند مذاب‌ريسي با ديسك مبرد، تاثيرات گوناگوني بر ضخامت نوارهاي توليد شده دارند. به عنوان مثال افزايش سرعت چرخ مبرد و افزايش دماي مذاب باعث كاهش ضخامت نوارها مي‌شود. در مقابل، افزايش فشار گاز و افزايش فاصله نازل و ديسك منجربه افزايش ضخامت نوارها مي‌شود. با افزايش ضخامت نوارها، متوسط اندازه دانه¬هاي نوار افزايش مي‌يابد. زيرا سرعت سرد شدن مذاب در نوارهاي با ضخامت بالاتر، بيشتر است. در مقايسه ريزساختار نوارهاي توليد شده به روش مذاب‌ريسي و شمش آلياژ، مي‌توان به وضوح مشاهده كرد كه اندازه دانه‌ها در شمش آلياژ بسيار درشت‌تر است. همچنين در شمش آلياژ ساختار چندفازي با رسوبات نسبتا درشت مشاهده مي‌شود اما در فرايند مذاب‌ريسي سوپرآلياژ آلومينيم شامل يك فاز فوق اشباع از عناصر آلياژي نظير Fe، Mg و Si به دست مي‌آيد. در بررسي ريزساختاري مشاهده مي‌شود در سطحي كه در مجاورت ديسك چرخان قرار مي‌گيرد، دانه‌هاي ستوني با جهت رشد موافق با جهت گراديان حرارتي كه عمود بر ديسك چرخان است، رشد كرده‌اند. سطح نوارها در اين قسمت صاف است. رسوبات كمتري جلوي رشد دانه‌ها را گرفته است. به همين دليل دانه‌ها درشت‌تر هستند. رسوبات تشكيل‌شده در اين قسمت بسيار ريز هستند. اما سطح نوارها در سمتي كه در مجاورت هوا قرار داشته صاف نيست و ظاهر موج مانندي دارد. در اين قسمت دانه‌هاي ريزتر به شكل چندضلعي‌هايي با رسوبات درشت‌تر ديده مي‌شود. همچنين مشاهده شد در يك نمونه نوار آلياژ آلومينيم، پس از عمليات حرارتي انحلالي، فازهاي رسوبي جوانه‌زني و رشد مي‌كنند كه در نمونه‌هاي ريخته‌گري تشكيل نمي‌شوند و منجربه ميكروسختي و استحكام بيشتر نمونه‌هاي مذاب‌ريسي‌شده پس از عمليات حرارتي مي‌شود.

آلياژ 2024 , انجماد سريع , مذاب‌ريسي با ديسك مبرد