ارزیابی بیسموت و عملیات گرمایی T6، بر فَرگشتِ ریزساختاری و ویژگی‌هایِ تنشی آلیاژ Al–Si مستحکم شده با نانوـ‌ ذره‌هایِ SiC

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسنده

کارشناس ارشد، دانش‌آموخته مهندسی ماده‌ و فلزشناسی

10.22034/frj.2018.125088.1033

چکیده

در پژوهش پیشِ‌رو، کارایِش افزودن بیسموت و اجرایِ عملیات گرمایی T6، بر ریزساختار و ویژه‌گی‌هایِ تنشی آلیاژ پیستون LM13 مستحکم شده با نانوذره‌هایِ SiC بررسی شده‌ است. برایِ بررسیِ اثر عملیات گرمایی بر ذره‌هایِ سیلیسیم یوتکیتک، درآغاز آلیاژها زیرِ عملیات انحلال و سپس عملیات پیرسازی قرار گرفتند. ریزساختار نمونه‌ها با به‌کارگیریِ ریزبینِ نوری و الکترونیِ روبشی بررسی شدند. بر پایه‌یِ دستیافت‌هایِ ریزساختاری، یک‌ درصد وزنی بیسموت شرایط بهینه‌یِ ریزساختاری را پدید آورد. همچنین، عملیات گرمایی T6، ریز و کروی شدن تیغه‌های سیلیسیم یوتکتیک را به‌همراه آورد که پیامد آن به واتَرزِش (Modification) ریزساختار آلیاژها انجامید. درواقع، افزودن همزمان بیسموت و اجرایِ عملیاتِ T6 شدتِ واتَرزِشِ ریزساختاری را دوچندان کرد. آزمون تَنشی(Tensile) برای اندازه‌گیریِ تُکارِ کیفیّت(Quality-index)، انجام شد تا بازده‌‌ی واتَرزِش آلیاژهای گوناگون بررسی شود. آزمون‌ تنشی نشان داد که افزودن بیسموت، اجرایِ عملیات گرمایی، و یا اجرایِ هم‌زمان این دو کار، به‌دلیل واتَرزِش ریختار(Morphology)های ناپسندِ فاز سیلیسیم یوتکتیک، بهکرد ویژه‌گی‌هایِ تنشی آلیاژ را درپی دارد. کاهش ویژه‌گی‌هایِ تنشی در درصدهایِ بالاتر بیسموت را می­توان در پیوند با پیدایش ترکیب‌های پُرـ‌ بیسموتِ درشت دانست. شکست­نگاری نیز نشان داد که با افزودن بیسموت تا یک درصد وزنی، سازوکار شکست از تردی به نرمیمی‌گراید. این رخداد را می‌توان در پیوند با کاهش اندازه‌یِ تیغه‌هایِ سیلیسیم و در نتیجه افزایش شمار چالک‌ها (Dimples’) در سطحِ شکست آلیاژ دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gruzleski J.E., Closset B.M., The treatment of liquid Al-Si alloy, Internal Report, the AFS Inc., 1990, 13-21.
[2] Polmear I.J., Light Alloys: Aluminium, Magnesium and Titanium, 2nd Ed., Routledege, Chapman and Hall Inc., New York, 1989, 18-169.
[3] Casting, Metals Handbook, 9th Edition, American Society for Metals Park, Ohio, Volume 15, 2005, 327-338.
[4] Hegde S., Prabhu K.N., Modification of eutectic silicon in Al–Si alloys, Journal of Materials Science, 2008, 43, 3009-3027.
[5] Colley L.J., Microstructure-property models for heat treatment of A356 aluminum alloy, Ph.D. Thesis, University of British Columbia, Vancouver, Canada, 2011.
[6] ASM Handbook; Aluminum and Aluminum Alloys, 1993, 3rd Ed., 88-91.
[7] Okatoma H., Al-Ni phase diagram, Journal of Phase Equilibria, 1993, 14(2) 257-259.
[8] Zhang J., Fan Z., Wang Y.Q., Zhou B.L., Microstructural development of Al–15wt. %Mg2si in situ composite with mischmetal addition, Journal of Materials Science and Engineering A, 2000, 281, 104-112.
[9] Shamsuzzoha M., Hogan L.M., Crystal morphology of massive eutectic silicon in unmodified Al-Si eutectic, Cast Metals, 1989, 22, 37-45.
[10] Kurz W., Fisher J.D., Fundamentals of Solidification, 9th Ed., Trans. Tech. Publication, 1984, 34-43.
[11] Sjölander E., Seifeddine S., The heat treatment of Al–Si–Cu–Mg casting alloys, Journal of Materials Processing Technology, 2010, 210, 1249-1259.
[12] Shabestari S.G., Ghanbari M., Effect of plastic deformation and semisolid forming on iron-manganese rich intermetallics in Al-8Si-3Cu-4Fe-2Mn alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2010, 508, 315-319.
[13] Martin J.W., Doherty R.D. Stability of microstructure in metallic systems, 2nd Ed., Cambridge University Press, 1997.
[14] Alexopoulos N.D., Pantelakis S.G., Evaluation of the effects of variations in chemical composition on the quality of Al-Si-Mg, Al-Cu, and Al-Zn-Mg cast aluminum alloys, Journal of Materials Engineering and Performance, 2003,12, 196-205.
[15] Kiencke U., Nielsen L., Automotive control systems: for engine, driveline, and vehicle, Meas. Sci. Technol., 2000, 11(12) 18-28.
[16] Kurdyumov A.V, Inkin S.V., Influence of bismuth and antimony on the structure and surface tension of alloy Al2, Journal of Liteinoe Proizvodstvo, 1986, 6, 28−29.
[17] Papworth A, Fox P, The disruption of oxide defects within aluminium alloy castings by the addition of bismuth, Journal of Materials and Letters, 1998, 15, 202−206.
[18] Cho J.I., Loper C.R., Limitation of bismuth residual in A356.2 Al, AFS Trans, 2000, 108, 359−367.
[19] MacAlister A.J., The Al-Bi system, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 1984, 5(3) 247.
[20] Amerioon A., Emamy M., Ashuri Gh., Investigation the effect of Al-5Ti-1B grain refiner and T6 heat treatment on tensile properties of Al-8%Mg, Procedia Materials Science, 2015, 11, 32–37.
 [21] Yeh J. W., Liu W.P., The cracking mechanism of alloy particles in an A357 aluminum alloy, Metallurgical Transactions A, 1996, 27, 3558-3568.
[22] Mazahery A., Ostad Shabani M., Plasticity and microstructure of A356 matrix nano composites, Journal of King Saud University– Engineering Sciences, 2013, 25(1) 41–48.
[23] Hosseiny H., Emamy M., Ashuri G., Effect of Al-15Zr master alloy and extrusion process on microstructure and mechanical properties of Al-6%Mg alloy, Procedia Materials Science, 2015, 11, 438-443.
[24] Garcia-Garcia G., Espinoza-Cuadra J., Mancha-Molinar H., Copper content and cooling rate effects over second phase particles behaviour in industrial aluminum–silicon alloy 319, Materials and Design, 2007, 28, 428-433.