بررسی اثر فرایند نیمه-جامد دمش گاز خنثی بر ساختار و حساسیت به پارگی گرم آلیاژ Al-4.3%Cu

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

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

3 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران‏

10.22034/frj.2019.177399.1077

چکیده

در این تحقیق آلیاژ Al-4.3%Cu طی فرایند نیمه‌جامد دمش گاز خنثی (GISS) تحت فراوری قرار گرفت. با اعمال فرایند GISS اندازه دانه‌ها به‌طور قابل ملاحظه با تبدیل به ساختار گلبولی ریز شد، به‌طوری که میانگین اندازه دانه‌ها از چندین میلیمتر به کمتر از μm100 ‌رسید. نتایج نشان داد که اعمال فرایند GISS، به‌طور محسوس باعث تبدیل ساختار دندریتی به گلبولی در این آلیاژ می‌شود. از سوی دیگر عیوبی نظیر حفرات انقباضی نیز در ساختار نمونه‌های فراوری شده با GISS، مشاهده نشد. میانگین اندازه دانه با افزایش دبی گاز خنثی، کاهش یافت. مدت زمان دمش گاز خنثی نسبت به دبی گاز تأثیر قابل ملاحظه ای روی میانگین اندازه دانه ندارد. افزایش دمای شروع دمش گاز خنثی در دبی و مدت زمان دمش گاز ثابت، باعث افزایش میانگین اندازه دانه‌ها می‌گردد. در بین نمونه‌های تولیدی، نمونه‌ایی که بمدت 20 ثانیه تحت دمش گاز خنثی آرگون با دبی 4 لیتر بر دقیقه و در دمای 670 درجه سانتیگراد تحت فرآیند نیمه‌جامد قرار گرفته بود، کمترین میانگین اندازه دانه ( μm76) و بیشترین میزان کرویت (86/0) را داشت. نتایج نشان داد که فراوری آلیاژ طی فرایند GISS باعث کاهش محسوس حساسیت به پارگی‌گرم می‌شود به طوری که این ضریب از 14 که متعلق به نمونه شاهد در حالت ریخته‌گری معمول است به 1 برای یکی از نمونه‌های GISS شده که از دمای ˚C680 به مدت 10 ثانیه تحت دمش گاز خنثی با دبی L.min-12 قرار گرفت، می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Inert Gas Injection Semisolid Process on the Structure and Hot Tearing ‎Susceptibility of Al-4.3%Cu Alloy

نویسندگان [English]

  • Mohsen Abdi 1
  • Saeed Shabestari 2
  • Amin Pourghorban 3
1 Ph.D. 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
3 M.Sc. Graduate., School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In this investigation Al-4.3% alloy was treated through gas induced semi-solid (GISS) process. The average grain size decreased significantly from several millimeters to less than 100μm through this process. Results showed that GISS changed the structure from fully dendritic to globular morphology. Casting defects such as shrinkage porosities were not detected in the GISS samples. The average grain size decreased when the inert gas flow rate increased. Period time of inert gas injection did not have a significant effect on average grain size. Increasing the staring temperature of gas purging led to an increase in average grain size at constant gas flow rate and gas purging duration. The GISS sample which was prepared through inert gas purging of 20s and having flow rate of 4L.min-1 at 670˚C, had the minimum average grain size (76μm) and maximum sphericity (0.86). According to the results, GISS led to a significant decrease in hot tearing susceptibility from 14 for conventional cast sample to 1 for 680-10S-2L GISS sample. Therefore, high quality castings can be produced using GISS process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GISS semi-solid
  • globular structure
  • hot tearing susceptibility
  • Casting simulation

[1] Hirt G., Kopp R., Thixoforming: Semi-Solid Metal Processing, John Wiley & Sons, 2009 4-7.

[2] Wannasin J., Martinez R.A., Flemings M.C., A novel technique to produce metal slurries for semi-solid metal processing, Solid State Phenomena, 2006, 116-117, 366-369.

[3] Stangeland A., Asbjørn M.O., Nielsen Ø., M’Hamdi M., Eskin D., Development of thermal strain in the coherent mushy zone during solidification of aluminum alloys,  Metallurgical and Materials Transactions A, 2004, 35(9) 2903-2915.

[4] Lashkari O., The Rheological Behavior of Semi-Solid A356 Alloy, Doctoral dissertation, Université du Québec à Chicoutimi, 2006.

[5] Lemieux A., Langlais J., Bouchard D., Chen X.G., Effect of Si, Cu and Fe on mechanical properties of cast semi-solid 206 alloys, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20(9)1555-1560.

[6] Wannasin J., Schwam D., Yurko J.A., Rohloff C., Woycik G., Hot tearing susceptibility and fluidity of semi-solid gravity cast Al-Cu alloy, In Solid State Phenomena Trans. Tech. Publications, 2006, 116, 76-79.

[7] Bray J.W., Properties and selection: Nonferrous alloys and special purpose materials, ASM Metals Handbook, 1990, 92.

[8] Lin S., Aliravci C., Pekguleryuz M.O., Hot-tear susceptibility of aluminum wrought alloys and the effect of grain refining, Metallurgical and Materials Transactions A, 2007, 38(5) 1056-1068

[9] Birol Y., Thixoforming of EN AW-2014 alloy at high solid fraction, Journal of Materials Processing Technology, 2011, 211(11) 1749-1756.

[10] Gonçalves M.C., Martins M.G., Misiolek W.Z., Van Geertruyden W.H., Homogenization and hot workability of alloy AA2014. In Materials Science Forum, Trans Tech Publications, 2002, 396, 393-398.

[11] Ghoncheh M.H., Shabestari S.G., Abbasi M.H., Effect of cooling rate on the microstructure and solidification characteristics of Al2024 alloy using computer-aided thermal analysis technique, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2014, 117(3) 1253-1261.

[12] Malekan M., Shabestari S.G., Computer-aided cooling curve thermal analysis used to predict the quality of aluminum alloys, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2011, 103(2) 453-458.

[13] Payne R.T., The purification of inert gases to high purity, RD Mathis Company.

[14] D’Elia F., A Study of Hot Tearing during Solidification of B206 Aluminum Alloy, Doctoral dissertation, Ryerson University, 2015.

[15] Pekguleryuz M.O., Lin S., Ozbakir, E., Temur D., Aliravci C., Hot tear susceptibility of aluminium–silicon binary alloys, International Journal of Cast Metals Research, 2010, 23(5) 310-320.

[16] Rikhtegar F., Shabestari S.G., Investigation on solidification conditions in functionally Si-gradient Al alloys using simulation and cooling curve analysis methods, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2014, 117(2)721-729.

[17] Abdi M., Shabestari S.G., Semi-solid slurry casting using gas induced semi-solid technique to enhance the microstructural characteristics of Al-4.3Cu alloy, In Solid State Phenomena, Trans. Tech. Publications, 2019, 285, 253-258.

[18] Abdi M., Shabestari S.G., Effect of gas-induced semisolid process on solidification parameters and dendrite coherency point of Al–4.3Cu alloy using thermal analysis, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2019, 1-10 (in press).

[19] Chen Q., Zhao Z., Chen G., Wang B., Effect of accumulative plastic deformation on generation of spheroidal structure, thixoformability and mechanical properties of large-size AM60 magnesium alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2015, 632, 190-200.

[20] Bolouri A., Shahmiri M., Cheshmeh E.N.H., Microstructural evolution during semisolid state strain induced melt activation process of aluminum 7075 alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20(9)1663-1671.