بررسی روش‌های اصلاح ترشوندگی بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت ‏آلومینیم‎/‎کاربید سیلیسیم تولید شده ‏به روش ریخته‌گری گردابی

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد شناسایی و انتخاب مواد فلزی، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم وصنعت ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

10.22034/frj.2019.156096.1062

چکیده

اثر روش‌های عملیات حرارتی و مکانیکی برای اصلاح ترشوندگی ذرات کاربید سیلیسیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت Al-A356/SiC مورد بررسی قرار گرفته است. از روش ریخته‌گری گردابی برای تولید کامپوزیت استفاده شده است. کاربید سیلیسیم با میانگین اندازه ذرات 2، 10 و 50 میکرومتر به میزان 10 درصد حجمی در دمای 640 درجه سانتی‌گراد به طور تدریجی در حین هم‌زدن به مذاب افزوده شدند. برای عملیات حرارتی ذرات، اکسیداسیون در دمای 950 درجه سانتی‌گراد به مدت یک ساعت و نگهداری در 650 درجه سانتی‌گراد به مدت دو ساعت انجام شد. برای عملیات مکانیکی هم از آسیاکاری به مدت یک ساعت همراه با پودر آلومینیم استفاده شد. پس از پایان هم‌زدن و آماده شدن کامپوزیت، دمای مذاب تا 700 درجه سانتی‌گراد افزایش داده شده و سپس در قالب فلزی ریخته‌گری شد تا نمونه‌های مختلف تهیه شوند. از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی مجهز به EDS برای بررسی ریزساختار و آنالیز عناصر و هم‌چنین از روش ویکرز برای ارزیابی سختی استفاده شده است. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی اکسیداسیون ذرات SiC سبب می‌شود که توزیع و اتصال بهتری از ذرات در زمینه کامپوزیت ایجاد شود. ولی در نمونه‌ای که از کار مکانیکی استفاده شده، اتصال خوبی بین ذرات SiC با زمینه مشاهده نشده است و ذرات به صورت مطلوب پخش نشده‌اند. همچنین از میان سه نمونه عملیات حرارتی شده، نمونه‌ی اکسید شده در 950 درجه سانتی‌گراد و 650 درجه سانتی‌گراد، ترشوندگی و توزیع بهتری از ذرات در زمینه و بیشترین سختی به میزان 139 ویکرز را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating of Wettability Modification Methods on Microstructure and ‎Mechanical Properties of Silicon Carbide/ Aluminum Composite Produced by Stir Casting

نویسندگان [English]

  • Negar Jafari 1
  • Mansour Soltanieh 2
1 M.Sc. Student, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology
2 Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The low cost stir casting is one of the most applicable methods to fabricate Aluminum metal matrix composites. In this study, stir casting technique is utilized to produce Silicon carbide/Aluminum alloy composite. To achieve a homogeneous and suitable distribution, reinforcing particle surface properties is investigated by applying various thermal and mechanical treatments. SiC Oxidation performed at 950˚C for 1 hour and keeping at 650˚C for 2 hours as heat treatment. Mechanical treatment comprised milling aluminum and SiC powder. 10% vol. fraction Silicon carbide particles with average size of 2, 10 and 40 microns were gradually added to the aluminum matrix stirring at 640˚C. After stirring, the composite was cast at 700˚C in a steel mold. Observing the composite microstructure using OM and SEM reveals that reinforcing particles are dispersed in the matrix. However, heat treated reinforcing particles at 950˚C and keeping at 650˚C leads to fabricate a more homogenous composite of a specified percentage of reinforcing particles in which particles could be easily wetted by the matrix. In samples with SiC particles milled with Al powder, particles were not desirably bounded and disturbed in the matrix. Oxidation at 950˚C and keeping at 650˚C Shows better wettability and distribution of particles. This specimen also has the highest hardness of 139 HV, indicating the proper bonding of particles and their uniform distribution in the matrix.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • Silicon carbide -Aluminum composite
  • stir casting
  • SiC wettability

[1]     Kala H., Mer K.K., Kumar S., A review on mechanical and tribological behaviors of stir cast aluminum matrix composites, in 3rd International Conference on Materials Processing and Characterization, 2014, 1951-1960.

[2]     Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J., The enhancement of wettability of SiC particles in cast aluminium matrix composites, Journal of Materials Processing Technology,  2001, 119, 329–335.

[3]     Taya M., Arsenault R., in Metal Matrix Composites, Pergamon Press, Oxford, (1989).

[4]     Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J., The wettability of SiC particles by molten aluminium alloy, Journal of Materials Processing Technology, 2001, 119, 324–328.

[5]     Wang N., Wang Z., Weatherly G.C., Formation of magnesium aluminate (spinel) in cast SiC particulate-reinforced Al (A356) metal matrix composites, Metallurgical Transactions A, 1992, 23.5, 1423–1430.

[6]     Hashim J., Looney L., Hashmi M. S. J., Metal matrix composites: production by the stir casting method, Journal of Materials Processing Technology, 1999, 92–93, 1–7.

[7]     Brechet Y., Embury J., Tao S., Luo L., Damage initiation in metal matrix composites, Acta Metallurgica et Materialia, 1991, 39(8) 1781–1786.

[8]     Du Y., Zhang P., Wang Y., Zhang J., Yao S., Li C., The uniform distribution of sic particles in an A356-SiCp composite produced by the tilt-blade mechanical stirring, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2013, 26(1) 69–74.

[9]     Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J., Particle distribution in cast metal matrix composites—Part I, Journal of Materials Processing Technology, 2002, 123, 251–257.

[10]   Hashim J., The production of cast metal matrix composite by a modified stir casting method, Jurnal Teknologi, 2001, 35(A) 9–20.

[11]   Asthana R., Tewari S. N., Interfacial and capillary phenomena in solidification processing of metal-matrix composites, Composites Manufacturing, 1993, 4(1) 3–25.

[12]   Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J., Particle distribution in cast metal matrix composites—Part II, Journal of Materials Processing Technology, 2002, 123, 258–263.

[13]   Heidary S.B., Akhlaghi F., Rheological behavior of molten Al-SiC Slurries and comparison of their behavior with metallic slurries, Metals and Materials International, 2013, 19, 767–775.

[14]   Zhang H., Geng L., Gusn L., Huang L., Effects of SiC particle pretreatment and stirring parameters on the microstructure and mechanical properties of SiCp/Al–6.8Mg composites fabricated by semi-solid stirring technique, Materials Science and Engineering: A, 2010, 528, 513–518,.

[15]   Bindumadhavan P.N., et. al., Effect of particle-porosity clusters on tribological behavior of cast aluminum alloy A356-SiCp metal matrix composites, Materials Science and Engineering: A, 2001, 315(1), 217–226.

[16]   Ezatpour H.R., Sajjadi S.A., Sabzevar M.H., Huang Y., Investigation of microstructure and mechanical properties of Al6061-nanocomposite fabricated by stir casting, Materials and Design, 2014, 55, 921–928.

[17]   Prabu S.B., Karunamoorthy L., Kathiresan S., B. Mohan, Influence of stirring speed and stirring time on distribution of particles in cast metal matrix composite, Journal of Materials Processing Technology, 2006, 171(2) 268–273.

[18] عموری ک.، عموری ج.، احمدی‌فرد س.، کزازی م.، کاظمی ش.، تولید و مشخصه‌یابی کامپوزیت A356 تقویت‌شده با ذرات نانو و میکرومتری  SiCبه روش ریخته‌گری گردابی، مهندسی مکانیک مدرس، 1395، 10، 342-335.

 [19] جعفریان م.م.، ابروی م.ص.، ضیایی ح.، بررسی اثر ذرات سرامیکی کاربید سیلیسیم به پایدارسازی فوم آلومینیمی تولید شده به روش تزریق گاز در مذاب، اولین همایش ملی فلزات و آلیاژهای غیرآهنی, مشهد، 1392.

[20]   Urena A., Martınez E. E., Rodrigo P., Gil L., Oxidation treatments for SiC particles used as reinforcement, Composites Science and Technology, 2004, 64(12) 1843–1854.

[21]   Dwivedi S.P., Sharma S., Mishra R.K., Microstructure and mechanical behavior of A356/SiC/Fly-ash hybrid composites produced by electromagnetic stir casting, Brazilian Soc. Mech. Sci. Eng., 2015, 37, 57–67.

[22]   رنجبران م.، سلطانی م.ر.، تولید و بررسی ریز ساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت A356-SiC به روش ریخته‌گری گردابی، اولین همایش ملی نانو مواد و نانو تکنولوژی، شاهرود، 1390.

[23]   Sajjadi S.A., Torabi Parizi M., Ezatpour H.R., Sedghi A., Fabrication of A356 composite reinforced with micro and nano Al2O3 particles by a developed compocasting method and study of its properties, Journal of Alloys and Compounds, 2012, 511, 226–231.

[24]   Saenpong P., Talangkun S., Laonapakul T., Boonma A., Microstructures and hardness of A356-SiC composites produced by the mechanical stir casting, Materials Today: Proceedings, 2018, 5(3) 9489–9496.