30728

بررسي اثر حرارت‌دهي سريع در فرآيند پيرسازي بر ريزساختار، سختي و خواص كششي آلياژ آلومينيوم 6061

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1400

1402/12/14

دكتر حسين عربي- دكتر سيد حسين رضوي

مواد و متالورژي

عمليات حرارتي به عنوان يكي از روشهاي موثر در بهبود خواص مكانيكي و ريزساختار مواد، بر روي آلياژهاي آلومينيوم به وفور استفاده ميشود. از آنجايي كه بيشتر اين عمليات در آلياژهاي آلومينيوم زمانبر بوده و صنعتگران را با دغدغه‌هاي بسياري در زمينه‌ي توليد با راندمان بالاتر روبه‌رو مي‌سازد، اين تحقيق حل اين مشكل را بررسي ميكند و علاوه بر آن بهبود خواص كششي و افزايش ميزان سختي در آلياژ آلومينيوم 6061 را نيز دنبال مي‌كند. بر اين اساس در اين پروژه از كوره‌ي مادون قرمز با ويژگي نرخ حرارت‌دهي سريع، براي عمليات‌حرارتي اين آلياژ استفاده‌شد كه افزايش آنتروپي اتم‌هاي حل‌شده در طول فرآيند محلول‌سازي‌ را فراهم مي‌سازد كه اين اثر طبق روابط ترموديناميكي و متالورژيكي به افزايش نيروي محركه‌ي تشكيل رسوب‌ها و سرعت هسته‌زايي آن‌ها حين فرآيند پيرسازي منجر ميشود. از اينرو با عمليات‌حرارتيT6 بر روي آلياژ6061Al(Al-Mg-Si) با نرخ‌هاي حرارت‌دهي 0/3 و 2 درجه سليسيوس بر ثانيه كه به ترتيب مربوط به كوره‌هاي مقاومتي و مادون قرمز مي‌باشد، اثر حرارت‌دهي سريع بر روي خواص كششي و سختي آلياژ6061Al بررسي شد. همه‌ي اين عمليات با دماي محلو‌سازيC◦530 و دماي پيرسازي C◦180 و كوئنچ با آب صورت‌گرفت و تنها زمان هر فرآيند در نمونه‌ها تغييركرده و آزمايش‌ شد. سختي نمونه‌ي پيرسازي‌شده دركوره‌ي مقاومتي با سيكل عمليات‌حرارتي مرسوم در صنعت(زمان محلول‌سازي 60 دقيقه و زمان پيرسازي 8 ساعت)، HV105 اندازه‌گيري شد. همچنين استحكام نهايي، استحكام تسليم، و انرژي جذب شده قبل از شكست اين نمونه به ترتيب 293/7، 254 مگاپاسكال و48/92 كيلو ژول و انعطاف‌پذيري آن 17/8درصد برآورد شد. اما سختي نمونه‌ي پيرسازي‌شده دركوره‌ي مادون‌قرمز با زمان محلول‌سازي 40دقيقه و زمان پيرسازي 2ساعت ، HV110/6 اندازه‌گيري شد. همچنين استحكام نهايي، استحكام تسليم، و انرژي جذب شده قبل از شكست اين نمونه به ترتيب 297/51، 250 مگاپاسكال و 50/54 كيلو ژول و انعطاف‌پذيري آن 17درصد برآورد شد. اين نتايج در حالي حاصل‌شد كه زمان كل عمليات‌حرارتي در كوره‌ي مقاومتي ، 3/73 برابر زمان كل عمليات حرارتي در كوره‌ي مادون‌قرمز مي‌باشد. همچنين با بررسي و تحليل تصاويرSEM نمونه‌ي عمليات‌حرارتي شده در كوره‌ي مقاومتي توسط نرم‌افزار Imagej تعداد، ميانگين اندازه‌ي مساحت و درصد حجمي تقريبي رسوبات تشكيل‌شده در زمينه پس از پيرسازي به ترتيب 288عدد، 0/08ميكرومتر مربع و 1/69% محاسبه شد. اين در حالي است ‌كه تعداد، ميانگين اندازه‌ي مساحت و درصد حجمي تقريبي رسوبات تشكيل‌شده در زمينه‌ي نمونه‌ي عمليات‌حرارتي شده در كوره‌ي مادون‌قرمز پس از پيرسازي به ترتيب 409عدد، 0/1ميكرومتر مربع و 3/22% برآورد شد.

1403/01/18

Investigating the effect of rapid heating on the microstructure, hardness and tensile properties of 6061 aluminum alloy in the aging process

3/4/2025 12:00:00 AM

Heat treatment is widely used on aluminum alloys as one of the effective methods to improve the mechanical properties and microstructure of materials. Since most of these operations in aluminum alloys are time-consuming and make artisans face many problems in the field of production with higher efficiency, this research examines the solution to this problem. It also follows the improvement of tensile properties and the increase of hardness in 6061 aluminum alloy. Accordingly, in this project, an infrared furnace with a rapid heating rate characteristic was used for the heat treatment of this alloy, which provides an increase in the entropy of the dissolved atoms during the solution process, which, according to thermodynamic and metallurgical relationships, increases the driving force for the formation of precipitation and the rate of nucleation during the aging process. Therefore, with T6 heat treatment on 6061Al (Al-Mg-Si) alloy with heating rates of 0.3 and 2 degrees Celsius/second, which are related to resistance and infrared furnaces, respectively, the effect of rapid heating on the tensile properties and hardness of 6061Al alloy was investigated. All these operations were done with solution temperature of 530 ͦ C and aging temperature of 180 ͦ C and quench with water, and only the time of each process was changed and tested in the samples. The hardness of the aged sample was measured in the resistance furnace with the conventional heat treatment cycle in the industry (solution time 60 minutes and aging time 8 hours), 105HV. Also, the ultimate strength, yield strength, and absorbed energy before failure of this sample were estimated as 293.7, 254 MPa, and 48.92 kJ, respectively, and its elongation was estimated as 17.8%. But the hardness of the sample aged in the infrared furnace was measured as 110.6 HV with a solution time of 40 minutes and an aging time of 2 hours. Also, the ultimate strength, yield strength, and absorbed energy before failure of this sample were estimated as 297.51, 250 MPa, and 50.54 kJ, respectively, and its elongation was estimated as 17%. These results were obtained while the total heat treatment time in the resistance furnace is 3.37 times the total heat treatment time in the infrared furnace. Also, by examining and analyzing the SEM images of the heat treated sample in the resistance furnace by Imagej software, the number, average area size and approximate volume percentage of the precipitation formed in the matrix after aging were calculated as 288, 0.08 square micrometers and 1.69%, respectively. Meanwhile, the number, average size of the area and approximate volume percentage of the precipitation formed in the matrix of the heat treated sample in the infrared furnace after aging were estimated to be 409, 0.1 square micrometer and 3.22%, respectively.

حرارت‌دهي سريع , پيرسازي , كوره‌ي مادون قرمز

rapid heating , aging , infrared furnace

Reza Markaz

Dr.Hossein Arabi - Dr.Hossein Razavi