بررسی اثر متغیرهای ریخته‌گری کوبشی بر خواص مکانیکی و رفتار سایشی ‏آلیاژ آلومینیم ‏A356‎

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

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

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

10.22034/frj.2018.141181.1046

چکیده

در این پژوهش اثر متغیرهای اصلی‏ فرایند ریخته‌گری کوبشی شامل فشار کوبش، دمای فوق ذوب و مدت زمان اعمال فشار بر ریزساختار، خواص ‏مکانیکی و مقاومت به سایش آلیاژ آلومینیمA356 ‎‏ مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور اثر متغیرهای مذکور هر کدام در سه سطح روی سختی، ‏استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، ازدیاد طول نسبی و جرم از دست رفته در اثر سایش مورد ارزیابی قرار گرفتند. ریخته‌گری کوبشی با استفاده ‏از یک پرس 20 تنی با قالب فلزی با محفظه‌ای به شکل استوانه انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی ‏روبشی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش سایش به روش پین روی دیسک در شرایط ثابت تا مسافت 2000 متر بررسی شد. نتایج نشان داد که اعمال ‏فشار کوبش موجب می‌شود که دندریت‌های فاز آلفا آلومینیم و سل‌های یوتکتیک در ریزساختار ظریف‌تر شده و عیوب ریختگی کاهش یابد. ‏همچنین متغیرهای فشار کوبش، مدت زمان اعمال فشار و دمای فوق ذوب به ترتیب بیشترین اثر را بر خواص مکانیکی و سایش دارند. با افزایش ‏فشار کوبش از 60 به ‏MPa‏90 و بالاتر، مکانیزم سایش چسبان در مقایسه با خراشان ضعیف‌تر شده و نوع سایش از سایش شدید به سایش ضعیف ‏تغییر می‌یابد که این موضوع موجب بهبود مقاومت به سایش می‌شود. فشار کوبش حداقل ‏MPa‏90، مدت زمان اعمال فشار حداقل 30 ثانیه و دمای ‏فوق ذوب در مقدار 50 تا ‏C‏°100، محدوده پیشنهادی برای دستیابی به مناسبترین مقاومت به سایش و خواص مکانیکی است.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Squeeze Casting Parameters on Mechanical Properties ‎and Wear Behavior of A356 Aluminium Alloy

نویسندگان [English]

  • Seyed Abbas Hassasi 1
  • Majid Abbasi 2
  • Seyed Jamal Hosseinipour 2
1 M.Sc Student, Materials and Industrial Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology
2 Associate Professor, Materials and Industrial Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology
چکیده [English]

In this study, effects of main squeeze casting parameters, including squeezing pressure, super-heat ‎and the duration of pressure on the microstructure, mechanical properties and wear behavior of A356 aluminum alloy ‎were investigated. For this purpose, the parameters were evaluated in three levels on the hardness, yield strength, ‎ultimate tensile strength, elongation and weight loss were examined. Squeeze casting process was performed using 20 ‎Ton hydraulic press equipped with a tool steel die having cylindrical cavity. Microstructural studies were evaluated by ‎optical and electron microscopy.  The wear test was performed by a pin on disk unit to 2000m wear distance at constant ‎condition. The results showed that the squeezing pressure causes the alpha-aluminum dendrites and eutectic cells to be ‎finer in the microstructure and reduce the casting defects. Also, the squeezing pressure, the duration of pressure and the ‎super heat, have the most influence on the mechanical properties and wear resistant, respectively. By increasing the pressure ‎from 60 to 90 MPa and above, the adhesive wear- mechanism is weaker compared to the abrasive and the wear type is ‎found to convert the low stress wear from high stress state, which improves the wear resistance. At least 90 MPa ‎squeezing pressure, at least 30 seconds duration for applying the pressure and a super-heat of 50 to 100 °C are the ‎recommended ranges for achieving the best wear resistance and mechanical properties.‎  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Squeeze casting
  • A356 Alloy
  • Parametric investigation
  • Wear resistant
  • Mechanical properties

[1]  Souissi S., Amar B., Bradai M., Experimental investigation on microstructure and mechanical properties of direct squeeze cast Al–13%Si alloys, Strength of Materials, 2012, 44, 337–345.

[2]  Lus H.M., Turkeli A., Kinikoglu N.G., Swage casting of A380 alloy, Material and Design, 2011, 32, 3570–3577.

[3]  Clarke J., Sarkar A.D., Wear characteristics silicon alloys of as-cast binary aluminium, Wear, 1979, 54, 7–16.

[4]  Ye H., An overview of the development of Al-Si-alloy based material for engine applications, Journal of Materials Engineering and Performance, 2003, 12, 288–297.

[5]  Elmadagli M., Perry M., Alpas T., A parametric study of the relationship between microstructure and wear resistance of Al-Si alloys, Wear, 2007, 262, 79–92.

[6]  Abou El-khair M.T., Microstructure characterization and tensile properties of squeeze-cast AlSiMg alloys, Material. Letters, 2005, 59, 894–900.

[7]  Patel G.C.M., Krishna P., Parappagoudar M.B., Optimization of Squeeze cast process parameters using Taguchi and grey relational analysis, Procedia Technology, 2014, 14, 157–164.

[8]  Savas M.A., Altintas S., Effects of squeeze casting on the wide freezing range binary alloys, Materials Science and Engineering, 1993, 173, 227–231.

[9]  Vijian P., Arunachalam V.P., Optimization of squeeze cast parameters of LM6 aluminium alloy for surface roughness using Taguchi method, Journal of Materials Processing Technology, 2006, 180, 161–166.

[10] Lee K., Kwon Y.N., Lee S., Effects of eutectic silicon particles on tensile properties and fracture toughness of A356 aluminum alloys fabricated by low-pressure-casting, casting-forging, and squeeze-casting processes, Journal of Alloys and Compounds, 2008, 461, 532–541.

[11] Maleki A., Shafyei A., Niroumand B., Effects of squeeze casting parameters on the microstructure of LM13 alloy, Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209, 3790–3797.

[12] ASTM E10, Standard test method for brinell hardness of metallic materials, ASTM, 2004, 1–9.

[13] ASTM B557, Standard test methods of tension testing wrought and cast aluminum and magnesium alloys products, ASTM, 2010, 1–15.

[14] Method S.T, Standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus, Wear, 2011, 05,1–5.

[15] Li R., Liu L., Zhang L., Sun J., Shi Y., Yu B., Effect of squeeze casting on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al-xSi alloys, Journal of Materials Science and Technology, 2017, 33(4) 404-410.

[16] Maleki A., Niroumand B., Shafyei A., Effects of squeeze casting parameters on density, macrostructure and hardness of LM13 alloy, Materials Science and Engineering, 2006, 428, 135–140.

[17] Hu X., Ai F., Yan H., Influences of pouring temperature and cooling rate on microstructure and mechanical properties of casting Al-Si-Cu aluminum alloy, Acta Metall. Sinica, 2012, 25, 272–278.

[18] Dwivedi D.K., Adhesive wear behaviour of cast aluminium – silicon alloys: Overview, Material and Design, 2010, 31, 2517–2531.

[19] Miller A.E., Maijer D.M., Investigation of erosive-corrosive wear in the low pressure die casting of aluminum A356, Materials Science and Engineering, 2006, 435–436, 100–111.

[20]         Hekmat-Ardakan A., Liu X., Ajersch F., Chen X.G.,  Wear behaviour of hypereutectic Al-Si-Cu-Mg casting alloys with variable Mg contents, Wear, 2010, 269, 684–692.