27643

بررسي اثر فيلم‌هاي اكسيدي پويا و پارامتر‌هاي موثر بر ريز ساختار و خواص كششي با تغيير ميزان عنصر بريليم در آلياژ ريخته گري Al-7Si-Mg

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1398

1401/07/11

دكتر بوترابي

مواد متالورژي

دفن فيلم‌هاي اكسيدي پويا به عنوان يكي از مخرب ترين عيوب براي آلياژ‌هاي آلومينيوم ريختگي معرفي شده است. يكي از روش‌هاي موجود براي كاهش اين عيوب افزودن عناصر آلياژي است. لذا هدف از پژوهش حاضر، بررسي تاثير عنصر بريليم بر تشكيل و خواص فيلم‌هاي اكسيدي پويا در نتيجه خواص مكانيكي آلياژ A356 است. بدين منظور براي ايجاد فيلم هاي اكسيد نانومتري و جوان و از ايجاد اغتشاش به وسيله تغيير ارتفاع باريزي و انجماد در شرايط خلا(آزمايش RPT) استفاده شد. عنصر بريليم در آزمايش RPT، در 4 دسته حاوي02/0 ، 04/0 ، 08/0 و16/0 درصد وزني به مذاب A356 اضافه شده است. براي بررسي خواص مكانيكي از مدل كف ريز براي تهيه نمونه هاي آزمايش كشش استفاده شد. براي تخمين ضخامت لايه‌ها از دو روش مختلف، 1- اندازه‌گيري عرض تاخوردگي ها تشكيل‌شده روي فيلم‌هاي اكسيدي و2- لبه فيلم ها استفاده شد. شبيه سازي جريان مذاب نمونه‌هاي RPT با استفاده از نرم افزار Flow3D انجام شد. افزودن بريليم باعث كاهش ضخامت فيلم‌هاي اكسيدي ايجاد شده است كه ضخامت اين فيلم‌هاي اكسيدي در اثر افزودن بريليم از 103 نانومتر به 58 نانومتر كاهش پيدا كرده است. استحكام كششي به ترتيب Mpa145، Mpa199، Mpa234 و Mpa 268براي نمونه‌هاي A356، Al-0.02 Be، Al-0.08 Be و Al-0.16 Be اندازه گيري شد. فاصله بين بازوهاي دندريتي ثانويه با استفاده از فاصله بين بازوهاي ثانويه به روش خطي اندازه گيري شد، كه در اثر افزودن بريليم از µm 32/17 به µm 68/7 كاهش پيدا كرده است كه‌ مي‌تواند نشان دهنده افزايش استحكام كششي و درصد ازدياد طول باشد. درصد ازدياد طول به ترتيب %42/2 ،%98/2 ،%21/5 و%2/7 براي نمونه‌هاي A356، Al-0.02 Be، Al-0.08 Beو Al-0.16 Be اندازه گيري شد. در اثر افزودن بريليم فاز β موجود در نمونه شاهد به فاز‌هاي حروف چيني مانند و غني از بريليم تبديل‌ مي‌شود. نتايج شبيه سازي نشان داد كه به خاطر حركت دوراني مذاب هنگام پر شدن قالب احتمال دفن شدن هوا در مركز و سطوح بالا بيشتر از جاهاي ديگر است.هچنين با توجه به تصوير مربوط به غلظت عيوب سطحي‌ مي‌توان به اين نتيحه رسيد كه عيوب اكسيدي بيشتر به سمت سطح قطعه شناور‌ مي‌شوند، البته مقداري هم در مركز قطعه دفن‌ مي‌شود. در نهايت شاخص فيلم اكسيدي در اثر افزودن بريليم از mm 5/173 در نمونه شاهد به mm 12درنمونه حاوي 16/0 درصد وزني بريليم كاهش پيدا كرد.

1401/10/10

Investigating the effect of dynamic oxide films and parameters affecting microstructure and tensile properties by changing the amount of beryllium element in Al-7Si-Mg casting alloy

10/3/2023 12:00:00 AM

Al-Si alloys have many applications due to their high mechanical properties, light weight and good casting capability. However these properties are affected by structural defects and casting. These defects include bifilms Burial of dynamic oxide films has been introduced as one of the most destructive defects for casting alloys. One of the available methods to reduce these defects is to add alloying elements . Therefore, the aim of the present study was to investigate the effect of beryllium on the formation and properties of dynamic oxide films. For this purpose, beryllium element has been added to A356 melt in 4 batches containing 0.02, 0.04, 0.08 and 0.16 wt%. reduced pressure test (RPT) with pressure reduction up to 80 mbar has also been used to form dynamic oxide films. The results of this study show that two different methods were used to estimate the thickness of the layers, including measuring the width of the folds formed on the oxide films and the edges of the films. The addition of beryllium produced nanometer oxide films, the thickness of which was reduced from 103 nm to 58 nm by the addition of beryllium. A bottom gate system was used to investigate the mechanical properties. Tensile strength due to the addition of beryllium from Mpa145 in the as-received sample to 199 Mpa in the sample containing 0.02 wt% of beryllium and Mpa 234 in 0.08 wt% of beryllium and 268 mpa in 0.16 wt%. The distance between the secondary dendritic arms has decreased from 17.32 µm to 7.68 µm due to the addition of beryllium, which indicates an increase in tensile strength and elongation percentage. Elongation percentage in the as-received sample was 2.42% in the sample 0.02 wt% beryllium 2.98% in the sample 0.08 wt% 5.21% and in the sample 0.16 wt% 7.2%. By adding beryllium, the phase in the as-received sample is transformed into phases that are Script phase and Be-rich phase. Simulation of casting of RPT specimens using Flow3D software showed that due to the circular motion of the melt when filling the mold, air is more likely to be buried in the center and at higher levels than elsewhere. Also, according to the image related to the concentration of surface defects, it can be concluded that oxidation defects float more towards the surface of the part, although some is buried in the center of the part. The Bifilm index decreased from 173.5 mm in the as-received sample to 12 mm in the sample containing 0.16 wt% of beryllium due to the addition of beryllium.

فيلم اكسيدي پويا، تست فشار كاهش يافته، بريليم، فاز β، تاخوردگي، شاخص فيلم اكسيدي

Dynamic oxide film, reduced pressure test, beryllium, folding, phase, Bifilm index.

Behnam Noori

Dr. S. Mohammad Ali Boutorabi