28113

ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ آلومينيم 356A توليد شده به روش انجماد سريع

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي - ريخته گري

1399

1401/12/03

دكتر حسن ثقفيان و دكتر مريم صالحي

مواد و متالورژي

آلياژهاي آلومينيم-سيليسيم به دليل استحكام ويژه بالا و مقاومت در برابر خوردگي در صنعت متالورژي به ويژه خودرو، بسيار پركاربرد هستند. اين آلياژها به دليل تردي رسوبات سيليسيم و دارا بودن ناخالصي‌هاي آهن با روش ريخته‌گري معمولي خواص مكانيكي مطلوبي ندارند، به همين دليل به طريقي مي‌بايست ساختار اين آلياژها را اصلاح كرد. اعمال سرعت‌هاي سرد كردن بالا در اين آلياژها منجر به اصلاح ريزساختار و تبديل مورفولوژي سوزني آنها به گلبولي با ابعاد نانو مي‌شود. در پژوهش حاضر آلياژ تجاري از بازار تهيه و سپس از روش مذاب ريسي جهت ايجاد سرعت بالاي سرد كردن مذاب و توليد نمونه‌هاي نواري شكل در آلياژ 356A استفاده شد. اين روش از نظر تجاري اهميت زيادي پيدا كرده است اما به دليل ابعاد كوچك نوار‌هاي توليد شده، كاربرد اين نوع روش محدود است به همين دليل بايد آن را با روش‌هايي مانند متالورژي پودر، اكستروژن و پرس به قطعه حجيم تبديل كرد. نوارهاي توليد شده متراكم سازي و نمونه حجيم آزمايشگاهي به روش پرس گرم توليد شد. براي بررسي ريزساختاري، فازي و خواص مكانيكي نمونه‌ها به ترتيب از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني، آناليز پراش اشعه ايكس، آزمايش كشش، فشار و سختي سنجي استفاده شده است. نتايج نشان داد انجماد سريع منجر به اصلاح ريزساختار يوتكتيك ورقه‌اي خشن به رشته‌اي نازك با توزيع همگن‌تر مي‌شود. ريزساختار شامل دندريت‌هاي همگن α-Al و ذرات كروي بسيار ريز سيليسيم به قطرnm 50 است. نتايج افزايش حد حلاليت سيليسيم در زمينه آلومينيم و ايجاد ساختار نانو را نشان مي‌دهد. اين امر موجب كاهش پارامتر شبكه آلومينيم و بهبود خواص مكانيكي مي‌شود. مقدار استحكام كششي نهايي(UTS) نمونه نواري شكل و شمش اوليه به ترتيب، MPa 25±420 و MPa 18±230و استحكام فشاري نمونه حجيم و نمونه شمش اوليه نيز به ترتيب MPa 10± 285 وMPa 9±178به دست آمد. افزايش خواص مكانيكي ناشي از تركيبات بين فلزي بسيار ريز، نانو ذارت بلوري آلومينيوم حاصل از انجماد سريع و رسوبات سيليسيم است. مقدار سختي براي نمونه نواري، حجيم و شمش اوليه به ترتيب 8±119، 6±95 و 4±64 به دست آمد. كاهش سختي در نمونه حجيم نسبت به نوارهاي مذاب‌ريسي نتيجه‌ي درشت شدن دانه‌هاي آلومينيم و ذرات سيليسيم، به دليل افزايش دما طي فرآيند متراكم سازي است. اين مجموعه خواص مكانيكي مناسب به علت اصلاح ريزساختار، ريز دانه سازي و افزايش حد حلاليت اشباع سيليسيم است كه منجر به اثر استحكام‌بخشي محلول و توزيع يكنواخت رسوبات ذرات سيليسيم در زمينه آلومينيم مي‌شود. از طرفي ديگر ذرات سيليسيم (nm 50) خود مانعي براي حركت نابجايي‌ها بوده و با افزايش چگالي نابجايي منجر به افزايش مقاومت در برابر رشد ترك مي‌شود.

1402/01/25

Microstructure and Mechanical Properties of A356 Aluminum Alloy Produced by Rapid Solidification Method

2/22/2024 12:00:00 AM

Nanostructured melt- spun aluminum A356 flakes were consolidated into bulk samples through hot pressing. The effects of rapid solidification and pressing conditions on the microstructure and mechanical properties of the alloy were investigated using X-ray diffractometer (XRD), optical microscopy (OM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), microhardness, tensile and compression tests. The results indicate the modification of eutectic morphology from a coarse plate-like form to a fine fibrous one with a better uniform distribution due to rapid solidification. The microstructure consists of homogenous dendritic structure with ultrafine size and spherical eutectic Si crystals with the diameter of about 50 nm. These factors increase microhardness (1198 HV) much higher than those made by conventional direct casting (DC) methods. As- spun ribbons also show high ultimate tensile strength (UTS) of 420 ± 25 MPa and a plastic strain of about 10 pct. Moreover, hot consolidation of as- spun flakes result in a bulk alloy which has ideal interflake bonding, good microhardness (95 6 HV), and high strength 285 ± 10 MPa due to the refined microstructure and the extended solubility of silicon in -Al during the controlled consolidation method

آلياژ آلومينيم-سيليسيم , انجماد سريع , آلياژ 356A , مذاب ريسي , متراكم‌سازي گرم

Aluminum-Silicon alloy, , Rapid Solidification , A356 Alloy , Melt spinning , Hot Consolidation

mahya golmohammadi

dr. maryam salehi, dr. hasan saghafian