ارتباط ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش آلومینیم سری 3000 با افزودنی لیتیم تولید شده به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، واحد آیت الله آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران‏

2 استادیار، دانشکده مهندسی، واحد آیت الله آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران

10.22034/frj.2018.148128.1050

چکیده

هدف از این مقاله، مطالعه ریزساختار، خواص سختی و مقاومت سایشی لایه‌های درونی، میانی و بیرونی لوله سبک از جنس آلومینیم مدرج گروه 3000 حاوی 3/2 درصد وزنی لیتیم است. به همین منظور، با استفاده از دستگاه ریخته‌گری گریز از مرکز افقی به صورت درجا، فلز مدرج آلومینیم-1/8 درصدوزنی سیلیسیم-7/2 درصدوزنی مس-3/2 درصدوزنی لیتیم در دمای بارریزی 750 درجه سانتیگراد و دور نهایی قالب برابر با 1000 دور بر دقیقه که تا دمای 150 درجه سانتی‌گراد پیش‌گرم شده بود، تولید شده است. ارزیابی ریزساختار با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی VEGA2، ارزیابی سختی با روش میکروسختی سنجی ویکرز در نیروی 50 گرم و ارزیابی مقاومت به سایش با روش پین روی دیسک تحت تنش 6/7 مگاپاسکال در مسافت 1000 متر انجام شده است. نتایج حاکی از این است که از سطح بیرونی به سمت سطح درونی لوله مدرج، مقدار عناصر لیتیم، سیلیسیم و مس به تدریج زیاد شده است به طوری که مجموع فازهای موجود در زمینه مانند ترکیبات بین‌فلزی‏ بتا (آلومینیم-لیتیم)، آلومینیم-سیلیسیم و آلومینیم-مس از 17 درصد حجمی به 35 درصد حجمی، افزایش یافته است. به همین دلیل، سختی سطح بیرونی از 95 ویکرز به 251 ویکرز در سطح درونی، افزایش یافته است. به تبع آن مقاومت به سایش سطح درونی نسبت به سطح بیرونی، 18 درصد افزایش داشته است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Correlation of Microstructure, Hardness and Wear Resistance of Aluminum 3000 Series with Li Additive Fabricated by Horizontal Centrifugal Casting Method

نویسندگان [English]

  • Amir Rezaie 1
  • Seyed Ebrahim Vahdat 2
1 MSc Student, Department of Engineering, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.‎
2 Assistant Professor, Department of Engineering, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.‎
چکیده [English]

The purpose of this study was to investigate the microstructure, hardness and wear resistance of lightweight 3000 series Al functionally graded tube containing 2.3 wt.% Li at the inner, middle and outer layers. For this purpose, an Al-8.1 wt.% Si-2.7 wt.% copper- 2.3 wt.% Li tube fabricated at a pouring temperature of 750°C and a final rotation of mould at 1000 rpm by using a horizontal centrifugal casting machine. Mould was preheated up to 150°C. Microscopic evaluation has been carried out by using VEGA2 scanning electron microscopy; micro-hardness evaluation has done by using Vickers method at 50 gr and evaluation of wear resistance has been carried out by using a pin on disc method under a stress of 7.6 MPa in a distance of 1000 m. The results indicated that the amount of Li, Si and Cu has gradually increased from the outer surface to the inner surface of the tube. Also, the sum of the existing phases in the matrix, such as β-intermetallic compounds (ie, AlxLi, AlSi and Al2Cu) has increased from 17 vol.% to 35 vol.% at the outer surface to the inner surface of the tube. For this reason, the hardness has increased from 95 HV at the outer surface to 251 HV at the inner layer. As a result, the wear resistance of the inner surface has increased 18 percent over the outer surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functionally Graded Material
  • Intermetallic compound
  • Solid Solution
  • Wear

[1] Challen B., Baranescu R., Diesel Engine Reference Book, Butterworth-Heinemann, UK, 1999.

[2] Naebe M., Shirvanimoghaddam K., Functionally graded materials: A review of fabrication and properties, Applied Materials Today, 2016, 5, 223-245.

[3] حلوائی ا.، تیمورنژاد ج.، بررسی و تحقیق بر روی تغییرات پارامترهای موثر بر تولید لوله‌های آلیاژی غیرآهنی به روش ریخته‌گری گریز از مرکز از جنس برنز، قلع و آلومینیم، طرح پژوهشی دانشگاه تهران، 1386.

[4] طالبی ع.، حلوائی ا.، تاثیر پارامترهای فرآیند بر جدایش ماکروسکوپیسرب در ریخته‌گری گریز از مرکز افقی برنز قلع 92200C،مهندسی متالورژی، 1377، 2، 23-31.

[5] طالبی ع.، حلوائی ا.، بررسی و تحقیق بر روی پارامترهای مؤثر بر ریخته‌گری بوش‌های برنزی پر آلیاژ به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی دانشگاه تهران، 1377.

[6] ASM Handbook: Casting. Volume 15, ASM International, Ohio, USA, 2008.

[7] Davis J., Aluminum and aluminum alloys. ASM International, Handbook Committee, Ohio, USA, 1993.

[8] شهبازی‌خانی ح.، صمدی ا.، بررسی ریزساختار و رفتار هدفمند مواد Al-Al2Cu تولید شده به روش ریخته‌گری گریز از مرکز درجا، سومین همایش مشترک بیست و یکمین سمینار سالانه انجمن علمی ریخته‌گری ایران و سیزدهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران،دانشگاه شهید باهنر کرمان، 1388.

[9] Campbell J., Chapter 5 - Solidification structure, in: J. Campbell (Ed.) Castings (Second Edition), Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 2003, 117-177.

[10] Campbell J., Chapter 6 - Casting alloys, in: Campbell J. (Ed.) Complete Casting Handbook, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 2011, 255-390.

[11] Watanabe Y., Kurahashi M., Kim I.S., Miyazaki S., Kumai S., Sato A., Tanaka S.I., Fabrication of fiber-reinforced functionally graded materials by a centrifugal in situ method from Al–Cu–Fe ternary alloy, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2006, 37, 2186-2193.

[12] Mahmoodian R., Hassan M.A., Hamdi M., Yahya R., Rahbari R.G., In situ TiC–Fe–Al2O3–TiAl/Ti3Al composite coating processing using centrifugal assisted combustion synthesis, Composites Part B: Engineering, 2014, 59, 279-284.

[13] Melgarejo Z.H., Suárez O.M., Sridharan K., Microstructure and properties of functionally graded Al–Mg–B composites fabricated by centrifugal casting, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2008, 39, 1150-1158.

[14] کلوند ح.، آقامیری س.ا.، وحدت س.ا.، ارتباط بین سختی و ریزساختار آلیاژ بابیت در ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، ریخته‌گری, 1393، 106 (پاییز و زمستان) 48-59.

[15] مهدی تبار ع.، رحیمی غ.ح.، وحدت س.ا.، ارزیابی ریزساختار، خواص فیزیکی و مکانیکی فلز مدرج آلومینیم-مس تولید شده به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، پژوهشنامه ریخته‌گری، 1396، 1(1) 47-58.

[16] Yu H., Duan X.-H., Ma Y.-J., Zeng M., First Principles Study of Al-Li Intermetallic Compounds, Chinese Journal of Chemical Physics, 2012, 25(6) 659-661..

[17] karamouz M., Azarbarmas M., Emamy M., Alipour M., Microstructure, hardness and tensile properties of A380 aluminum alloy with and without Li additions, Materials Science and Engineering: A, 2013, 582, 409-414.

[18] ASTM:E1251-11, Standard Test Method for Analysis of Aluminum and Aluminum Alloys by Spark Atomic Emission Spectrometry, in, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2011.

[19] Vahdat S.E., Tin-Copper-Lead Alloy Produced by Horizontal Centrifugal Casting, Archives of Foundry Engineering, 2016, 16, 131-137.

[20] Herrmann K., Hardness testing: principles and applications, ASM International, Ohio, USA, 2011.

[21] ASTM: G99-17, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2017.

[22] Watanabe Y., Sato H., Ogawa T., Kim I.-S., Density and hardness gradients of functionally graded material ring fabricated from Al-3mass%Cu alloy by a centrifugal in-situ method, Materials transactions, 2007, 48, 2945-2952.

[23] Uesugi T., Takigawa Y., Higashi K., Elastic Constants of AlLi from First Principles, Materials Transactions, 2005, 46, 1117-1121.

[24] Augustyn-Pieniążek J., Adrian H., Rzadkosz S., Choroszyński M., Structure and mechanical properties of Al-Li alloys as cast, Archives of Foundry Engineering, 2013, 13, 5-10.

[25] Zheng X., Luo P., Chu Z., Xu J., Wang F., Plastic flow behavior and microstructure characteristics of light-weight 2060 Al-Li alloy, Materials Science and Engineering: A, 2018, 736, 465-471.

[26] Liu D.Y., Li J.F., Ma Y.L., Gupta R.K., Birbilis N., Zhang R., A closer look at the role of Zn in the microstructure and corrosion of an Al-Cu-Li alloy, Corrosion Science, 2018, 145, 220-231.