20018

۲۰۰۱۸

اثر ابعاد سلول ومتغيرهاي ريخته گري بر خواص مكانيكي ساختارهاي مشبك آلياژ ۴۱۳

كارشناسي ارشد

ريخته گري

۱۳۹۷/۱۱/۰۳

دكتر مهدي ديواندري - دكتر حسن ثقفيان

مواد و متالورژي

ساختار مشبك زيرمجموعه¬اي از فلزات سلولي به شمار مي¬رود كه سلول واحد آن به صورت منظم در سه جهت فضايي تكرار شده است. تفاوت اين مواد با فلزات سلولي نامنظم مانند فوم¬هاي فلزي قابل پيش¬بيني بودن خواص آن‌ها است. در اين پژوهش جهت بررسي اثر متغيرهاي ريخته¬گري بر خواص مكانيكي ساختارهاي مشبك، از سلول واحد مكعبي تكرار شده در سه جهت استفاده شد. از آلياژ 413 آلومينيم به دليل سياليت بالا در اين پژوهش استفاده شد. ابتدا مدل موردنظر با استفاده از فرآيند ساخت افزايشي و به كمك دستگاه پرينت سه¬بعدي ساخته شد و بعد از قالب¬گيري، از روش ريخته‌گري گريز از مركز جهت پر كردن قالب استفاده شد. اين روش تركيبي از ريخته¬گري دقيق و گريز از مركز بوده و براي توليد نمونه¬هاي با ضخامت كم به كار مي¬رود. اين روش به ريخته‌گري نيمه گريز از مركز هم موسوم است. جهت بررسي اثر ابعاد سلول، نسبت طول نمونه به ضخامت بازو¬ها در دو اندازه 20 و 30 مورد مطالعه قرار گرفت. با افزايش نسبت طول به ضخامت، سياليت مذاب كمتر شده و پرشوندگي قالب با مشكل مواجه مي¬شود. از طرفي افزايش نسبت، باعث كاهش خواص مكانيكي نيز مي¬شود. از متغيرهاي ريخته¬گري، دماي پيش¬گرم قالب و زمان چرخش دستگاه گريز از مركز انتخاب شد. اثر دو دماي پيش¬گرم قالب 500 و 600 درجه ¬سانتي‌گراد و سه زمان چرخش 30، 90 و 180 ثانيه بر ميزان پرشوندگي قالب و خواص مكانيكي مورد مطالعه قرار گرفت. دماي قالب 600 درجه سانتي¬گراد و زمان چرخش 180 ثانيه به عنوان متغيرهاي بهينه انتخاب شدند. استحكام فشاري نمونه-هاي ريخته¬گري شده براي نسبت طول به ضخامت 20 با دماي قالب 600 درجه سانتي¬گراد و زمان چرخش 180 ثانيه، 62 مگاپاسكال بودند كه بيشترين استحكام فشاري را دارند. اين در حالي است كه استحكام¬ نمونه‌هاي با دماي قالب 500 درجه سانتي‌گراد و زمان¬هاي چرخش 90 و 180 ثانيه به ترتيب 40 و 58 مگاپاسكال به دست آمد. استحكام فشاري نمونه¬هاي با نسبت طول به ضخامت 30، ثابت بوده و 19 مگاپاسكال به دست آمد. مقايسه نتايج نشان مي¬دهند كه با افزايش ضخامت مقاطع، افزايش دماي قالب و زمان چرخش، استحكام فشاري افزايش خواهد يافت.

1397/11/10

Effect of cell dimensions and casting variables on mechanical properties of lattice structures of alloy 413

1/23/2020 12:00:00 AM

The lattice structure is a subset of metallic cells, whose unit cell is regularly repeated in three dimensions. The difference between these materials and stochastic metallic cell, such as metallic foam, is that their properties are predictable. In this research, to study the effects of the casting parameters on the mechanical properties of the lattice structures, a cubic unit cell repeated in three dimensions was used. Aluminum alloy 413 was used due to its high fluidity in this study. Initially, the model was constructed by additive manufacturing process using a FDM three-dimensional printing machine. After molding, the centrifugal casting was used for filling the mold. This is a combination of investment casting and centrifugal casting to produce low thickness specimens. This method is also called semicentrifugal casting. In order to investigate the effect of cell size, the ratio of length/ cell truss thickness for specimens were 20 and 30. By increasing this ratio, the melt fluidity decreased and therefore filling the mold was difficult. On the other hand, increasing the ratio, reduces mechanical properties. Among the casting parameters, the preheating temperature of the mold and the rotation time of the centrifugal machine were selected. The effect of two different temperatures of 500 and 600 °C, and three rotation times of 30, 90 and 180 seconds on filling and mechanical properties were studied. Based on the results obtained, preheat temperature of 600 °C and rotation time of 180 seconds exhibited the optimized conditions. The highest compressive strength of 62 MPa was resulted from the specimen cast into the mold preheated at 600 °C with a rotation time of 180 seconds and the ratio of 20. However, the strength of specimens cast into the mold preheat at 500 °C and rotation times of 90 and 180 seconds were 40 and 58 MPa, respectively. The compressive strength for the specimen with a length to thickness ratio of 30 was constant and was 19 MPa. Comparison of the results shows that increasing the thickness of the sections, the mold temperature and the rotational time, result in increasing the compressive strength.