21704

21704

بررسي عوامل مؤثر در فرايند نيمه جامد به روش دمش گاز خنثي- تيكسواكستروژن در آلياژ آلومينيم– مس و نقش آن بر رئولوژي، ريزساختار و خواص مكانيكي

دكتري

مهندسي مواد و متالورژي

1398

1398/10/18

دكتر سعيد شبستري

مواد و متالورژي

در تحقيق حاضر آلياژ Al-4.3%Cu طي فرايند نيمه¬جامد دمش گاز خنثي (GISS) تحت فراوري قرار گرفت و عوامل مؤثر بر اين فرايند از جمله دبي گاز خنثي، زمان دمش گاز و دماي شروع دمش و تأثير اين عوامل بر ريزساختار آلياژ مورد بررسي و تحليل قرار گرفت. اعمال فرايند GISS، به¬طور محسوسي باعث تبديل ساختار دندريتي به گلبولي در اين آلياژ ¬شد. طي اين تحقيق براي اولين بار تغييرات دمايي حين فرايند نيمه¬جامد به صورت لحظه¬اي و به¬منظور استفاده از آن براي تحليل¬هاي ريزساختاري و رفتار انجمادي، استخراج و منحني¬هاي آناليز حرارتي ارائه و تحليل شد. با استفاده از نتايج ريزساختاري و آناليز حرارتي، مكانيزم تبديل ساختار دندريتي به گلبولي طي فرايند دمش گاز ارائه گرديد. تأثير فرايند GISS روي دماي تلاقي دندريت¬ها/گلبول¬ها اندازه¬گيري شد و مشخص شد طي اين فرايند، اين نقطه به ميزان ˚C7 به تعويق مي¬افتد. در اين حالت درصد جامد در نقطه تلاقي از 9 درصد در ساختار دندريتي به 21 درصد در حالت اعمال فرايند GISS مي¬رسد. با به تعويق افتادن نقطه تلاقي، تمايل به ايجاد عيوب ريخته¬گري در اثر اعمال فرايند GISS، به طور محسوسي كاهش يافت. بررسي تأثير عوامل مؤثر در فرايند GISS بر تمايل به پارگي گرم آلياژ نيز از جمله محورهاي ديگر اين پژوهش بود. براي اين منظور انجماد اين آلياژ در قالب با ميله¬هاي محدود شده (CRC) با استفاده از نرم¬افزار پروكست شبيه¬سازي و مناطق مستعد به ايجاد پارگي گرم ارزيابي و تحليل شد. براي كمّي¬سازي حساسيت به ترك گرم ساخت قالب CRC در دستوركار قرار گرفت و نمونه¬هاي توليد شده از طريق GISS به همراه نمونه شاهد در اين قالب ريخته¬گري شدند. در بين نمونه¬ها، ضريب حساسيت به ترك گرم نمونه¬اي كه از دماي ˚C680 به مدت s10 تحت دمش گاز خنثي با دبي L.min-12 قرار گرفت، در مقايسه با ضريب حساسيت به ترك گرم نمونه شاهد كه 14 اندازه¬گيري شده بود، كاهش چشمگيري داشت و برابر يك شد. همچنين پس از طراحي و ساخت دستگاه ويسكومتر با صفحات موازي، بررسي و تحليل رئولوژيكي نمونه¬ها با انجام آزمايشات ويسكومتري روي تعدادي از نمونه¬ها صورت پذيرفت كه طي آن مشخص گرديد با اعمال فرايند GISS ويسكوزيته آلياژ در منطقه نيمه¬جامد به شدت نسبت به نمونه با ساختار دندريتي كاهش مي¬يابد. ضمناًَ نتايج ويسكومتري نشان داد كه كسر جامد تأثير چشمگيري بر مقدار ويسكوزيته دارد. در نمونه¬اي كه در دماي ˚C670 به مدت s20 تحت دمش گاز خنثي با دبي L.min-14 قرار گرفته بود، با كاهش كسر جامد از 4/0 به 33/0، ويسكوزيته به¬شدت كاهش يافت به طوري كه لگاريتم ويسكوزيته از مقدار 220/8 به Pa.s035/7 رسيد. با استفاده از نتايج حاصل، روابطي استخراج شد كه طي آن ميزان ويسكوزيته با استفاده از شرايط انتخاب شده براي فرايند GISS، قابل محاسبه است. در نهايت تعدادي از نمونه¬ها با ساختار بهينه به دو روش رئوكست و تيكسواكستروژن شكل داده شد و تحت آزمايشات¬ مكانيكي قرار گرفتند. اعمال فرايند GISS و همچنين تلفيق اين فرايند با تيكسواكستروژن، باعث بهبود محسوس خواص مكانيكي ¬شد. به طوري كه بيشينه استحكام كششي، استحكام تسليم، درصد ازدياد طول نسبي و چقرمگي كششي نمونه¬اي كه از دماي ˚C670 به مدت s20 تحت دمش گاز خنثي با دبي L.min-14 قرار گرفته و سپس تيكسواكستروژن شد، به ترتيب 11، 26، 275 و 360% نسبت به نمونه شاهد در حالت ريخته¬گري ثقلي افزايش يافت.

1398/11/19

Investigation of the Effective Parameters in Gas Bubbling- Thixoextrusion Semisolid Process of the Al-Cu Alloy and their Influences on Rheology, Microstructure, and Mechanical Properties

1/8/2020 12:00:00 AM

In this investigation, Al-4.3%Cu cast alloy was treated through Gas Induced Semi-Solid (GISS) process. The influences of effective parameters such as the inert gas flow rate, gas purging duration and starting temperature for gas purging on the microstructure were systematically studied. It is worth mentioning that GISS led to the microstructural change from fully dendritic in first sample (cast without applying GISS) to globular shape regardless of the process parameters. Temperature changes during gas purging were monitored and the probable mechanism of microstructural change was presented using microstructure and thermal analysis results. It is concluded that GISS postponed dendrite/globule coherency point for 7˚C which led to increase in solid fraction from 0.09 to 0.21 at DCP. To study the hot tearing susceptibility (HTS), solidification of the alloy in constrained rod casting (CRC) mold was simulated using Procast® software. GISS samples as well as first sample were cast into the CRC mold to evaluate the hot tearing susceptibility. Results showed that the HTS of 680-10S-2L GISS sample decrease dramatically from 14 for the first sample to one. Rheological results proved that GISS process extremely decreased the viscosity. Among the effective parameters, the solid fraction had the major effect on viscosity. Logarithmical equations were extracted according to the rheological properties which connected the amount of viscosity with GISS process parameters. Samples with optimum microstructure were formed through rheocasting and thixoextrusion. Result represented that the GISS process and its combination with thixoforming extremely improves mechanical properties. The amounts of UTS,YS, elongation and tensile toughness of the 670-20S-4L GISS sample which had been thixoextruded improved 11, 26, 275, and 360% respectively compared to those of first sample.