• شماره ركورد
    30520
  • پديد آورنده

    مصطفي عربپور داهوئي

  • عنوان
    : بررسي تأثير سرعت سرمايش در فرآيند ريخته گري دوشابي بر ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت زمينه آلومينيمي با ذرات تقويت كننده كاربيد سيليسيم
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مواد
  • سال تحصيل
    1394
  • تاريخ دفاع
    1402/08/24
  • استاد راهنما
    دكتر سيد محمد علي بوترابي و دكتر حسن ثقفيان
  • دانشكده
    مهندسي مواد و متالورژي
  • چكيده
    فرآيند ريخته¬گري دوشابي يك فرآيند ريخته¬گري ماسه¬اي¬ نوين است كه با استفاده از آن مي¬توان علاوه بر حفظ مزاياي فرآيند ريخته¬گري ماسه سنتي، محدوديت¬هاي آن را كاهش داد. اين پژوهش از دو قسمت تشكيل شده است. هدف از قسمت اول تحقيق، بررسي تأثير تركيب شيميايي و دامنه انجماد آلياژ در فرآيند دوشابي بود. در اين قسمت، روند تشكيل كميت كسر جامد نسبت به زمان براي دو آلياژ A413 (با انجماد پوسته¬اي) و A356 (با انجماد خميري) تحت فرآيند شبيه¬سازي روش ماسه سنتي، مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه¬، تأثير فرآيند دوشابي روي اين دو آلياژ (با دو زمان تأخير پاشش آب 60 و 120 ثانيه) با در نظر گرفتن كميت¬هاي آناليز حرارتي و ريزساختاري، بررسي شد. در قسمت دوم، تأثير فرآيند دوشابي روي ريزساختار و خواص مكانيكي يك كامپوزيت زمينه آلومينيمي با ذرات تقويت¬كننده SiC با دو كسر حجمي 5 و 10% ارزيابي شد. نتايج شبيه¬سازي نشان داد كه آلياژهاي با انجماد پوسته¬اي مانند A413 براي انجام فرآيند دوشابي مناسب¬تر هستند. در مرحله تجربي از قسمت اول تحقيق نيز مشخص شد كه با انجام فرآيند دوشابي روي آلياژ A413، سرعت سرمايش براي زمان¬هاي تأخير پاشش آب 60 و 120 ثانيه نسبت به روش ماسه سنتي به ترتيب 6 و 4 برابر و براي آلياژ A356 با زمان تأخير پاشش آب 60 و 120 ثانيه نسبت به روش ماسه سنتي به ترتيب 10 و 9 برابر شد. همچنين، ميزان كاهش كميت SDAS آلياژ A413 دوشابي (با زمان تأخير پاشش آب 60 و 120 ثانيه به ترتيب 75 و 60%) بيشتر از آلياژ A356 دوشابي (با زمان تأخير پاشش آب 60 و 120 ثانيه به ترتيب 61 و 45%) نسبت به روش ماسه سنتي بود. علاوه بر اين، ميزان كاهش نسبت ابعادي سيليسيم يوتكتيك براي آلياژ A356 دوشابي (با زمان تأخير 60 و 120 ثانيه به ترتيب 83 و 80%) تقريبا برابر با آلياژ A413 دوشابي (با زمان تأخير 60 و 120 ثانيه به ترتيب 81 و 77%) نسبت به روش ماسه سنتي بود. به دليل كاهش بيشتر كميت فاصله بازوهاي دندريتي ثانويه در آلياژ A413 نسبت به آلياژ A356، تأييد شد كه تأثير فرآيند دوشابي روي آلياژهاي پوسته¬اي بيشتر از آلياژهاي خميري است كه اين نتايج در راستاي تأييد نتايج شبيه¬سازي بود. در قسمت دوم تحقيق، نتايج آناليز حرارتي كامپوزيت زمينه آلومينيمي با 5% حجمي SiC در يك قطعه شيب¬دار نشان داد كه سرعت سرمايش در منطقه رشد فاز آلفا آلومينيم اوليه براي ترموكوپل¬هاي متناظر با يكديگر در فرآيند دوشابي نسبت به فرآيند ماسه سنتي براي ضخامت mm 30، mm 50، mm 70 و mm 90 به ترتيب 15، 9، 7 و 3 برابر شد. علاوه بر اين، متوسط سرعت سرمايش از ابتدا تا انتهاي انجماد براي ترموكوپل¬هاي متناظر با يكديگر در فرآيند دوشابي نسبت به فرآيند ماسه سنتي براي ضخامت mm 30، mm 50، mm 70 و mm 90 به ترتيب 36، 19، 13 و 11 برابر شد. كميت SDAS در كامپوزيت با 5% حجمي SiC ريخته شده به روش دوشابي نسبت به روش ماسه سنتي 25 تا 60% و براي كامپوزيت با 10% حجمي SiC، 30 تا 63% كاهش داشت. براي هر دو نمونه كامپوزيت با 5 و 10% حجمي SiC، نمودارهاي تغييرات كسر حجمي SiC نسبت به فاصله از سطح نشان داد كه پديده ته¬نشين شدن ذرات در نمونه¬هاي دوشابي كمتر از نمونه¬هاي ماسه سنتي رخ داده و توزيع يكنواخت¬تري از ذرات در كامپوزيت¬هاي دوشابي از سطح تا كف قطعه در ضخامت¬هاي مختلف نسبت به روش ماسه سنتي بدست آمده است. اين مطلب با كاهش كميت DP (كميت توزيع) در كامپوزيت¬هاي دوشابي نسبت به ماسه سنتي نيز تأييد شد. اين كميت نشان داد كه توزيع يكنواخت¬تري از ذرات در قسمت¬هاي مختلف قطعات دوشابي نسبت به ماسه سنتي بدست آمده است. نتايج آزمايش كشش نشان داد كه براي كامپوزيت با 5% حجمي SiC به روش دوشابي، مقدار استحكام تسليم، استحكام كششي نهايي، درصد تغيير طول نسبي و كميت سفتي به ترتيب 53، 50، 59 و 128% و براي كامپوزيت با 10% حجمي SiC به روش دوشابي، اين كميت¬ها به ترتيب 51، 47، 60 و 122% نسبت به روش ماسه سنتي افزايش يافتند. بررسي سطح شكست نيز نشان داد كه علت شكست قطعات كامپوزيتي مي¬تواند تخلخل¬هاي انقباضي (خصوصا در نمونه ماسه سنتي) و يا تركيبات بين فلزي آهن در هر دو كامپوزيت ماسه سنتي و دوشابي باشد. در نهايت مشخص شد كه توزيع كميت سختي در نمونه¬هاي دوشابي از سطح به كف يكنواخت¬تر از نمونه¬هاي ماسه سنتي بود.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1402/11/14
  • عنوان به انگليسي
    The effects of cooling rate in the ablation casting process on the microstructure and mechanical properties of aluminum matrix composite reinforced by silicon carbide particles
  • تاريخ بهره برداري
    11/14/2024 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    مصطفي عربپورداهويي

  • چكيده به لاتين
    The process of Ablation Casting (AC) is a novel sand casting technique that offers not only the benefits of Conventional Sand Casting (CSC) but also opportunities to overcome some of its shortcomings. This research was conducted in two sections. The purpose of the first section was to eva‎luate the effect of chemical composition and solidification range of alloy in the AC process. In this section, the variations of the solid fraction parameter at different times of A413 alloy (skin solidification) and A356 alloy (pasty solidification) was investigated through the simulation of the CSC process. Subsequently, the effect of the AC process on these alloys, with two water spraying delay times of 60 and 120 s, was eva‎luated by considering thermal analysis and microstructural parameters. In the second section, the influence of the AC process on the microstructure and mechanical properties of an aluminum matrix composite reinforced by SiC particles with two volume fractions of 5 and 10% was examined. The CSC simulation process revealed that the alloys with skin solidification like A413 to be more suitable for the AC process. The experimental results of the first section demonstrated that the AC process increased the cooling rate of both alloys (6 and 4 times for A413 and 10 and 9 times for A356) compared to CSC for delay times of 60 and 120 s, respectively. Notably, the AC had a more significant impact on reducing the SDAS in A413 (75 and 60% for delay times of 60 and 120 s) compared to A356 (61 and 45% for delay times of 60 and 120 s), respectively. Additionally, the reduction of the eutectic silicon aspect ratio was nearly equal in both A413 (81 and 77% for delay times of 60 and 120 s) and A356 (83 and 80% for delay times of 60 and 120 s) alloys through the AC process compared to CSC. Due to the greater reduction of the SDAS parameter of A413 compared to A356, it was confirmed that the alloys with skin solidification are more suitable than the alloys with pasty solidification for AC process, and these results confirmed the simulation results. In the second section, the results of the thermal analysis of the aluminum matrix composite with 5 vol% SiC in a sloping pattern showed that the cooling rate in the growth zone of the primary alpha aluminum in the AC process, compared to CSC, for the thicknesses of 30 mm, 50 mm, 70 mm, and 90 mm, was 15, 9, 7, and 3 times, respectively. Moreover, the average cooling rate from the start to the end of solidification in the AC process, compared to CSC, for the thicknesses of 30 mm, 50 mm, 70 mm, and 90 mm, was 36, 19, 13, and 11 times, respectively. The SDAS in the ablated composite with 5 vol% SiC was reduced by 25 to 60% compared to CSC, and by 30 to 63% for the composite with 10 vol% SiC. For both composites (5 and 10 vol% SiC), the variations of the volume fraction of SiC in relation to the distance from the surface showed that, due to the increase in the cooling rate, the particle settling phenomenon occurred less in the AC process than the CSC process, resulting in a more suitable distribution of particles in the AC composites compared to CSC composites from the surface to bottom at different thicknesses. These results were confirmed by decreasing of DP (Distribution Parameter) in AC samples relative to CSC samples. This parameter showed that a more uniform distribution of particles has been obtained by AC process compared to CSC process at different sections of the castings. The results of the tensile testing revealed that the AC process increased the yield strength, ultimate tensile strength, elongation and stiffness parameters of the 5 vol% SiC composite by 53, 50, 59 and 128%, respectively, and by 51, 47, 60 and 122% for the 10 vol% SiC composite, respectively, compared to the CSC process. Examination of the fracture surface indicated that the fracture of the composites could be attributed to shrinkage porosity (especially in the CSC samples) or Fe-containing intermetallic compounds in both CSC and AC samples. Finally, it was observed that the distribution of hardness in the AC process was more uniform from the surface to the bottom compared to the CSC process.
  • كليدواژه هاي فارسي
    فرآيند ريخته گري دوشابي , كامپوزيت زمينه آلومينيم , فاصله بازوهاي دندريتي ثانويه , سيليسيم يوتكتيك , كميت توزيع , تركيبات بين فلزي آهن , خواص مكانيكي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Ablation Casting Process , Aluminum Matrix Composite , SDAS , Eutectic Silicon , Distribution Parameter , Fe-containing intermetallic compounds , Mechanical Properties
  • Author
    Mostafa Arabpourdahouyi
  • SuperVisor
    Seyed Mohammad Ali Boutorabi and Hasan Saghafian