بررسی آماری ریزساختار و سختی آلیاژ آلومینیم نیمه جامد ‏A380‎‏ تولید شده به روش ارتعاش مکانیکی در محیط گاز آرگون ‏

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک ، واحد خمینی شهر ، دانشگاه آزاد اسلامی ، خمینی شهر ، اصفهان ، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خمینی شهر

10.22034/frj.2018.149185.1051

چکیده

فرآیندهای نیمه‌جامد، مشتمل بر شکل‌دهی مخلوطی نیمه­جامد-نیمه­مذاب بوده که یا با استفاده از روش‌های ریخته‌گری و یا شکل‌دهی مکانیکی، شکل­های مختلف قطعه را می­توان تولید نمود. نکته کلیدی این فرآیندهای ساخت مواد، ایجاد ساختاری غیردندریتی در مخلوط نیمه­جامد است. در این تحقیق، با استفاده از یک دستگاه ارتعاش مکانیکی که قابلیت کنترل اتمسفر محیط را دارد، به بررسی تاثیر شرایط مختلف بر روی آلیاژ آلومینیم A380 پرداخته شده است. جهت تحلیل داده­های آزمایش از روش آماری تاگوچی استفاده شده است تا بتوان تعداد آزمایش­ها را کاهش داد. نتایج آماری نشان داد که متغیر دما بیشترین تاثیر که معادل 64 درصد است را در ریخته­گری نیمه­جامد آلیاژ A380 آلومینیم‏ دارد. همچنین دمای ºC625، مناسب‌ترین دمای بارریزی انتخاب شد. فرکانس ارتعاش نیز با تاثیری در حدود 32 درصد در جایگاه دوم و زمان ارتعاش با تاثیری در حدود 3 درصد در جایگاه سوم قرار می‌گیرد که هر دو در بالاترین سطح خود بهترین عملکرد را دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Statistical Approach on Microstructure and Hardness of Semi-Solid Cast ‎Aluminum Alloy A380 Produced by Mechanical Vibration in Argon Gas Atmosphere

نویسندگان [English]

  • Nima Delshekasteh 1
  • Amin Kolahdooz 2
1 Department of Mechanical Engineering, Khomeinishahr Branch, Islamic Azad University, Khomeinishahr/Isfahan, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Khomeinishahr Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

Semi-solid processes are amongst the novel methods of producing materials. The first method of these processes is introduced around 30 years ago. These methods include forming of a semi-solid, semi-molten mixture which can be produced by using casting or mechanical forming techniques. The key point for using these fabrication processes is to create a non-dendrite structure in a semi-solid mixture. Some tools and devices have introduced in semi-solid casting until now for example cooling slopes, mechanical vibration device and melt mixers. These devices are usually used for the purpose of reducing the grain size and also increasing the mechanical properties of alloys. Also, some studies approved that using of the controlled atmosphere reduces the amount of impurities and porosities into the product. Therefore, in this paper, the effect of different conditions on A380 aluminum alloy is investigated using a mechanical vibrator that capable of controlling the atmospheric environment. In following, Taguchi statistical method was used to analyze the data and also reduce the number of experiments. The statistical results showed that the temperature parameter had the highest effect, equal to 64%, in this alloy. Also, the second level of this parameter, which is 625°C, was selected as the most appropriate level. Also, vibration frequency, with an effect of 32%, ranks the second position and vibration time with an effect of 3% is in the third place, which both perform best at their highest chosen level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Semi-Solid Casting
  • Taguchi Statistical Method
  • Mechanical vibration
  • Argon gas atmosphere

[1] Jayesh B.P., Liu Y.Q., Guosheng Sh., Zhongyun F., Rheo-processing of an alloy specifically designed for semi-solid metal processing based on the Al-Mg-Si system, Materials Science and Engineering A, 2008, 476, 341-349.

[2] Davies G.J., Solidification and Casting, Wily, University of Michigan, 1973.

[3] Kazemi A., Nourouzi S., Kolahdooz A., Gorji A., Experimental investigation of thixoforging process on microstructure and mechanical properties of the centrifugal pump flange, Journal of Mechanical Science and Technology, 2015, 29(7) 2957-2965

[4] Vinarcik E. J., High Integrity Die Casting Processes, John Wiley & Sons, 2002.

[5] Kirkwood D.H., Suery M., Kapranos P., Atkinson H.V., Young K. P., Semi-Solid Processing of Alloys, Springer Series in Materials Science, Cambridge, MA, 2009.

[6] Kolahdooz A., Nourouzi S., Bakhshi M., Hosseinipour, S.J., Experimental investigation of thixoforging parameters effects on the microstructure and mechanical properties of the helical gearbox cap, Journal of Mechanical Science and Technology, 2014, 28(10) 4257-4265.

[7] Spencer D.B., PhD Thesis, MIT, Cambridge, MA, 1971.

[8] Kolahdooz A., Nourouzi S., Bakhshi M., Hosseinipour, S.J., Investigation of the controlled atmosphere of semisolid metal processing of A356 aluminium alloy, Journal of Mechanical Science and Technology, 2013, 28(10) 4267-4274.

[9] Fan, Z., Semisolid Metal Processing, International Materials Reviews, 2002, 47, 1-37.

[10] صفاری، ش.، اخلاقی، ف.، بررسی تاثیراعمال ارتعاش مکانیکی روی سطح شیبدار بر ریزساختار کامپوزیت درجای Al-Mg2Si، دومین همایش بین‌المللی و هفتمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن ریخته‌گری ایران، ۱۳۹۲، سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی.

[11] Zhang L., WU G., Wang S.H., Ding W.J., Effect of cooling condition on microstructure of semi-solid AZ91 slurry produced via ultrasonic vibration process, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22, 2357-2363.

[12] Huang W., Yan H., Preparation and theoretic study of semi-solid Al2Y/AZ91 magnesium matrix composites slurry by ultrasonic vibration, Journal of Rare Earths, 2014, 32, 573-580.

[13] Zhao J.W., Wu S.S., Xie L.Z., An P., Mao Y.W., Effects of vibration and grain refiner on microstructure of semisolid slurry of hypoeutectic Al-Si alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008, 18, 842-846.

[14] Chaowalit L., Songwid P., Julathep K., Metallurgical structure of A356 aluminum alloy solidified under mechanical vibration: An investigation of alternative semi-solid casting routes, Journal of Material and Design, 2009, 30, 3925-3930.

[15] Damavandi E., Nourouzi S., Rabiee S. M., The effect of  pouring  temperature,  mechanical vibration  and partial  remelting  on  microstructure  and  mechanical properties  of  Al-A390  alloy,  in  Persian,  Founding Research Journal, 2018, 2(1) 39-53.

[16] Zhang Y., Wu G.H., Liu W.C., Zhang L., Pang S., Ding W.J., Effects of processing parameters on microstructure of semi-solid slurry of AZ91D magnesium alloy prepared by gas bubbling, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25, 2181-2187.

[17] باباخانی ا.، عبداللهی م.، ضیایی س.م.ر.، بررسی تاثیر ارتعاشات مکانیکی بر مورفولوژی گرافیت و ریز ساختار چدن نشکن، سومین همایش مشترک انجمن علمی ریخته­گری ایران و انجمن مهندسی مواد و متالورژی ایران، 1388، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

[18] Ehteramian Haghighi S., Kolahdooz A., Karimian M., The parameters investigation and hardness optimization of A380 aluminum alloy produced by mechanical vibrator, in persian, Journal of Solid Mechanics in Engineering, 2016, 9(3) 409-418.

[19] Montgomery D.C., Design and Analysis of Experiments, Five Edition, Singapore, John Willy & Sons (Asia), 2004.

[20] Pouskouleli G., Wheat T.A., Statistical design for material and process optimization, CIM, 1992, 85, 130-136.

[21] Zhao Z., Chen Q., Near-liquidus forging, partial remelting and thixoforging of an AZ91D+ Y magnesium alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 485(1) 627–636.

[22] Raki N., Kolahdooz A., Parametric investigation of cooling slope casting method on the microstructure and hardness of Al-A380 alloy, in Persian, Founding Research Journal, 2018, 2(2) 39-51.

[23] Birol Y., Semi-solid processing of the primary aluminum die-casting alloys A356, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 473, 133–138.

[24] Kolahdooz, A., Nourouzi, S., Bakhshi Jooybari, M., Hosseinipour, S.J., Experimental investigation of the effect of temperature in semisolid casting using cooling slope method, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 2016, 30(4) 316-325.

[25] Rouquerol F., Rouquerol J., Sing K.S.W., Adsorption by Powder and Porous Solids, Academic press, 1999, 1-25.