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


عنوان مقاله [English]

Assessment of Bismuth and T6-Heat Treatment on The Microstructural Evaluation and Tensile Properties of SiC Nano Particle-Reinforced Al–Si Alloy (LM13)

نویسنده [English]

  • Gholamreza Ashuri
M.Sc., Graduate in Material Engineering and Metallurgy
چکیده [English]

In the current study, the effects of bismuth and T6-heat treatment on the microstructural and tensile properties of SiC-reinforced Al-Si alloy (LM13) have been investigated. The alloys were subjected to the solution and ageing treatment to investigate its effect on the characteristics of eutectic silicon particles and tensile properties. The microstructures of specimens were examined by using optical and scanning electron microscopy. According to microstructural results, the most improvement in the modification of eutectic silicon phase was achieved by the addition of 1 wt. % bismuth. On the other hand, applying T6-heat treatment spherodize the silicon particles and thus modify the microstructure of the alloys. Adding bismuth and applying heat treatment simultaneously intensify the modification effect of each of them. The tensile testing was employed to measure the quality index (QI) of the alloys for evaluating the modification efficiency of the alloy with different bismuth contents. The reduction in both tensile strength and ductility after addition of higher contents of bismuth was found to be due to the formation of bismuth–rich phases in the microstructure. The results of fractography showed that bismuth in its optimum level changed the fracture mode from brittle to ductile. This is due to the reduction in dimples size.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bismuth
  • ageing
  • Eutectic silicon
  • Quality index (QI)
  • Fractography

[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.