17936

17936

بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت A356/Al2O3

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

تير ماه 1396

دكتر حسن ثقفيان

مواد و متالورژي

در اين تحقيق تاثير درصدهاي مختلف نانوذرات تقويت¬كننده¬ي آلومينا در زمينه¬ي آلياژ A356 بر روي خواص مكانيكي از جمله سختي، استحكام فشاري، تخلخل و سايش بررسي شد. نانوذرات از طريق گاز خنثي در دماي نيمه¬جامد به مذاب آلياژ A356 اضافه شد. براي بررسي ريزساختار از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني استفاده شد. بررسي¬هاي ريزساختاري نانوكامپوزيت ساخته شده، توزيع يكنواخت و مناسب نانوذرات در زمينه و همچنين ريزدانه شدن ريزساختار را نشان داد. به¬منظور بررسي سختي نمونه¬ها دستگاه سختي¬سنجي برينل به كار گرفته شد. نتايج سختي نشان داد كه سختي نانوكامپوزيت با افزايش درصد وزني نانو ذرات افزايش يافته است. از روش ارشميدس نيز بمنظور بررسي تخلخل نمونه¬ها استفاده شد. با انجام آزمون فشار نيز مشخص شد كه با افزودن نانوذرات، استحكام فشاري نسبت به آلياژ تقويت¬¬نشده افزايش يافته است. بمنظور انجام آزمون سايش، يكي از نمونه¬ها كه داراي خواص بهينه بود انتخاب شد. نتايج نشان داد با افزودن نانوذرات آلومينا به زمينه¬ي A356 خواص سايشي بهبود يافته است.در اين تحقيق تأثير 1، 5/1 و 2 درصد وزني نانوذرات تقويت-كننده¬ي آلومينا، با اندازه¬ي¬ متوسط nm40، بر نحوه¬ي توزيع اين ذرات در زمينه¬ي آلياژ 356A و خواص مكانيكي آن بررسي شد. ذرات آلومينا از طريق گاز خنثي و يك هم¬زن مكانيكي به مذاب آلياژ 356A اضافه شدند و سپس تأثير آن¬ها بر ريزساختار، تخلخل، سختي، استحكام فشاري و خواص سايشي مورد مطالعه قرار گرفت. براي بررسي ريزساختار، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) و ميكروسكوپ نوري) (OM به كار گرفته شد. بررسي¬هاي ريزساختاري نانوكامپوزيت ساخته شده، نشان داد كه ورود نانوذرات به زمينه¬ي 356A موفق بوده و توزيع يكنواخت آن¬ها در زمينه حاصل شده است. همچنين افزودن نانوذرات آلومينا به زمينه¬ي 356A، منجر به ظريف شدن ريزساختار شد. طبق نتايج به¬دست آمده، سختي آلياژ زمينه¬ي 356A با افزودن نانوذرات تقويت¬كننده از مقدار 54 برينل به 73 برينل افزايش يافت. روش ارشميدس به¬منظور بررسي تخلخل نمونه¬ها به كار گرفته شد. با افزايش درصد وزني نانوذرات، تخلخل روند افزايشي داشت و از مقدار %3/1 به %2/3 افزايش يافت. نتايج به¬دست آمده از آزمون فشار، حاكي از آن است كه با افزودن نانوذرات، استحكام فشاري نسبت به آلياژ تقويت¬¬نشده افزايش يافته است. به¬منظور انجام آزمون سايش، نمونه¬¬اي كه داراي توزيع يكنواخت¬تر نانوذرات در زمينه و خواص بهينه بود انتخاب شد. نتايج نشان داد با افزودن نانوذرات آلومينا به زمينه¬ي 356A خواص سايشي بهبود يافته است. بر اساس نتايج به¬دست آمده، مكانيزم غالب در نمونه¬هاي كامپوزيتي و نمونه¬ي تقويت نشده سايش ورقه¬اي بود. اما سهم مكانيزم سايش چسبان در خصوص آلياژ زمينه بيشتر و در خصوص نمونه¬ي كامپوزيتي قابل صرف نظر بود.

1396/07/12

1/1/1900 12:00:00 AM

In this study, the effect of 1, 1.5 and 2 weight fractions of Al2O3 nanoparticles with average particle size of 40nm, on microstructure and mechanical properties of A356 alloy were investigated. Al2O3 nanoparticles were incorporated into the A356 alloy by argon gas and a mechanical stirrer. Then the effect of Al2O3 nanoparticles content on the microstructure, porosity, hardness, compressive strength and wear properties of the produced nanocomposites were investigated. For microstructural study, field emission scanning electron (FESEM) and optical microscopy (OM) were carried out. Microstructural studies confirmed the successful incorporation and uniform distribution of nanoparticles in the A356 matrix. Also it was revealed that adding Al2O3 nanoparticles, led to a fine microstructure of A356 alloy. According to the results, hardness of A356 alloy was increased from 54 HBN to 73 HBN by adding nanoparticles. Porosity content of the specimens was measured by Archimedes method. The porosity level of nanocomposites increased from 1.3% to 3.2% by increasing weight fraction of nano particles. It concluded that by adding nano alumina particles, compared to A356 alloy, compressive strength increased. One of the samples with optimum properties and a suitable distribiution of nanoparticles in the matrix, was chosen for wear test. The results indicated that by adding nano alumina particles, wear rate greatly reduced. According to the results, dominnat wear mechanism of the nanocomposite samples, was delamination. In the case of unreinforced sample, delamination an adhesive wear mechanism was observed.