اثر دمای بارریزی، ارتعاش مکانیکی و گرمایش مجدد بر ریزساختار و خواص مکانیکی‏ آلیاژ ریختگی ‏Al-A390‎‏ ‏

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مواد و صنایع، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مواد و صنایع، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

10.22034/frj.2018.101720.1002

چکیده

در پژوهش حاضر اثر دمای بارریزی، ارتعاش مکانیکی قالب، دمای قالب و گرمایش مجدد بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ هایپریوتکتیک آلومینیم-سیلیسیم مورد بررسی قرار گرفت. برای طراحی آزمایش از روش تاگوچی استفاده شد. از نسبت سیگنال به نویز و آنالیز واریانس برای تعیین مقادیر مطلوب هر متغیر و همچنین درصد مشارکت متغیرها در مقدار متغیر خروجی (پاسخ) استفاده شد. اثر گرمایش مجدد نمونه‌ها در سه دمای 540، 555 و °C 565 و پنج زمان نگهداری 5، 30، 60، 90 و  120 دقیقه در شرایط مطلوب مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری مجهز به سیستم آنالیز تصاویر استفاده شد. قطر متوسط، شاخص توزیع و میزان کرویت ذرات سیلیسیم اولیه و سیلیسیم یوتکتیک محاسبه شد. دو آزمون سختی‌سنجی برینل و کشش به منظور ارزیابی خواص مکانیکی استفاده شد. نتایج آنالیز نشان داد که شمش ریخته‌گری شده در دمای بارریزی °C750 درجه سانتی‌گراد، دمای قالب °C350 و فرکانس ارتعاش قالب Hz60 از بالاترین مقدار سختی و استحکام کششی برخوردار است. از سوی دیگر، نتایج ریزساختاری نشان داد که فرآیند گرمایش مجدد، موجب افزایش کرویت و کاهش اندازه سیلیسیم یوتکتیک شد، اما تاثیر قابل توجهی بر اندازه سیلیسیم اولیه نداشت. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Pouring Temperature, Mechanical Vibration and Partial ‎Remelting on Microstructure and Mechanical Properties of Al-A390 Alloy

نویسندگان [English]

  • Esmaiel Damavandi 1
  • Salman Nourouzi 2
  • Sayed Mahmood Rabiee 2
1 PhD Student, Materials Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology
2 Associate Professor,‎‎ Faculty of Materials and Industrial Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Mazandaran, Iran.‎
چکیده [English]

 
In the current research, the effect pouring temperature, mechanical vibration of mold, mold temperature and partial remelting on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al-Si alloy was investigated. For designing of experiment, Taguchi method is used. Signal to noise ratio and analysis of variance were used for finding optimized parameters and contribution percent of parameters on amount of output character. After finding the optimized parameters for producing primary billet, partial remelting process is carried out in three temperatures of 540, 555 and 565°C and five holding times of 5, 30, 60, 90 and 120 min. Scanning electron microscope and optical microscope have been used to evaluate the microstructure. The average particle diameter, distribution factor and sphericity of primary Si and Eutectic Si were analyzed by image analysis software. Result of analysis showed that sample with pouring temperature of 750°C, mold temperature of 350°C and frequency of vibration of 60Hz, had maximum hardness and tensile strength. On the other hand, the result of microstructure showed partial remelting process led to increase the sphericity and decrease of average particle diameter of Eutectic Si, but no slight effect on the size of primary Si.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Taguchi method
  • Partial remelting
  • hypereutectic Al-A390
  • Microstructure
  • Mechanical properties

[1]  Jiang J. Shi J., Yao Y., Ma A., Song D., Yang D., Chen J., Lu F., Dynamic compression properties of an ultrafine-grained Al-26 wt.% Si alloy fabricated by equal-channel angular pressing, Journal of Materials Engineering and Performance, 2015, 24, 2016-2024.

[2]  Wu S. S., Zhong G., AN P., Wan L., Nakae H., Microstructural characteristics of Al−20Si−2Cu−0.4Mg−1Ni alloy formed by rheo-squeeze casting after ultrasonic vibration treatment, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22, 2863-2870.

[3]  Fathy N., Microstructural evolution of hyper-eutectic Al-18% Si alloy during semi-solid isothermal heat treatment, Journal of Research in Chemical, Metallurgical and Civil, 2014, 1, 1442-1450.

[4]  Ma A., Suzuki K., Saito N., Nishida Y., Takagi M., Shigematsu I., Iwata H., Impact toughness of an ingot hypereutectic Al–23mass% Si alloy improved by rotary-die equal-channel angular pressing, Materials Science and Engineering: A, 2005, 399, 181-189.

[5]  Hekmat-Ardakan A., Ajersch F., Effect of isothermal ageing on the semi-solid microstructure of rheoprocessed and partially remelted of A390 alloy with 10% Mg addition, Materials Characterization, 2010, 61, 778–785.

[6]  Ramadan M., Fathy N., Solidification microstructure of rheocast hyper‐eutectic Al–18Si alloy, Journal of Metallurgical Engineering, 2013, 2 (4) 149-154.

[7]  Al-Helal K., Stone I.C., Fan Z., Simultaneous primary Si refinement and eutectic modification in hypereutectic Al–Si alloys, Trans Indian Inst. Met., 2012, 65(6) 663–667.

[8]   Zhong G., Wu S., Jiang H., An P., Effects of ultrasonic vibra-tion on the iron-containing intermetallic compounds of high silicon aluminum alloy with 2% Fe, Journal of Alloys and Compounds, 2010, 492, 482–487.

[9]  Piątkowski J., Gajdzik B., Matuła T., Crystallization and structure of cast A390 alloy with melt overheating temperature, Metalurgija, 2012, 51, 321-324.

[10]    Omura N., Murakami Y., Li M., Tamura T., Miwa K., Furukawa H., Harada M., Yokoi M., Effects of mechanical vibration on macrostructure and mechanical properties of AC4C aluminum alloy castings, Materials Transactions, 2009, 50(11) 2578-2583.

[11]    Jiang J., Atkinson H. Wang V., Microstructure and mechanical properties of 7005 aluminum alloy components formed by thixoforming, Journal of Materials Science and Technology, 2017, 33(4) 1-19.

[12]    Khosravi H., Eslami-Farsani R., Askari-Paykani M., Modeling and optimization of cooling slope process parameters for semi-solid casting of A356 Al alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24, 961−968.

[13]    Nourouzi S., Damavandi E., Rabiee S.M., Microstructural and mechanical properties of Al–Al2O3 composites focus on experimental Techniques, International Journal of Microstructure and Materials Properties, 2016, 11(5) 383-398.

[14]    Cui C., Schul, A., Schimanski K., Zoch H. W., Spray Forming of Hypereutectic Al–Si Alloys, Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209 5220–5228.

[15]    Xu C.L., Jiang Q.C., Morphologies of primary silicon in hyper-eutectic Al–Si Alloys with melt overheating temperature and cooling rate, Materials Science and Engineering A, 2006, 437, 451–455.

[16]    Kang S. B., Zhang J., Wang S., Cho J., Stetsenko V. U., Effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties in Al-Si alloys, Proceedings of the 12th International Conference on Aluminum Alloys,2010, 675-680.

[17]    Birol Y., Cooling slope casting and thixoforming of hypereutectic A390 alloy, Journal of Material Processing Technology, 2008, 207 200–203.

[18]    Zhao Z., Chen Q., Wang Y., Shu D., Microstructural evolution of an ECAE-formed ZK60-RE magnesium alloy in the semi-solid state, Materials Science and Engineering A, 2009, 506, 8–15.

[19]    Damavandi E., Nourouzi S., Rabiee S. M., Effect of porosity on microstructure and mechanical properties of Al2O3(p)/Al-A356 MMC, Modares Mechanical Engineering, 2015, 15(3) 243-250 (in Persian).

[20] Yanbo Z., Xiuteng M., Zhen M., Centrifugal forming mechanism of al gradient composites reinforced with complementary primary Si and Mg2Si particles, Rare Metal Materials and Engineering, 2014, 43(4) 0769-0774.