بررسی عیوب فوم در آلیاژ آلومینیم ‏A356‎‏ تولید شده با استفاده از ترکیبات ‏TiH2‎‏ و ‏CaCO3‎‏ بدون استفاده از ذرات پایدارکننده‏ سرامیکی

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

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

2 استاد، مجتمع مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران‏

3 دانشیار، مجتمع مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران‏

10.22034/frj.2019.187743.1085

چکیده

در این تحقیق، عیوب فوم در شرایط مختلف تولید فوم‌های آلومینیمی A356 با سلول بسته مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور فوم‌ها با استفاده از مواد پدیدآورندة گاز هیدرید تیتانیم (TiH2) و کربنات کلسیم (CaCO3) بطور جداگانه و بدون اضافه کردن ذرات پایدارکنندۀ سرامیکی به مذاب، تولید شدند. فرآیند فوم‌شدن با استفاده از ذرات TiH2 با 2-1 درصد وزنی در دماهای 750-650 درجة سانتی‌گراد و در زمان‌های نگه‌داری 30 ثانیه الی 2 دقیقه انجام شد. همچنین فرایند فوم‌شدن توسط ذرات CaCO3 با 5/3-5/2 درصد وزنی در دمای 700 درجة سانتی‌گراد و در زمان‌های نگه‌داری 10 و 20 دقیقه، انجام شد. عیوب فوم شامل زهکشی، به‌هم پیوستگی سلول‌ها و توزیع اندازۀ سلول بر اساس بررسی‌های میکروسکوپی نوری و الکترونی روبشی و چگالی‌سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از عوامل فومی‌ساز TiH2 و CaCO3 و بدون استفاده از ذرات پایدارکنندۀ سلول‌ها، می‌توان فوم‌ با ساختار سلولی همگن از آلیاژهای Al-Si-Mg تولید نمود. تولید فوم مطلوب با استفاده از 3 درصد وزنی ترکیبات CaCO3 و یا با استفاده از 5/1 درصد وزنی TiH2بدست می‌آید. در هر دو روش تولید فوم با افزایش زمان نگه‌داری، میزان عیوب زهکشی و به‌هم پیوستن سلول‌ها افزایش می‌یابد. در حالی که در نمونه‌های فوم‌شده توسط TiH2 با افزایش دمای فوم‌شدن و در نمونه‌های فوم‌شده توسط CaCO3، با کاهش زمان هم‌زدن، میزان عیوب زهکشی و به‌هم پیوستن سلول‌ها افزایش می‌یابد.

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Foam Defects in A356 Aluminium Alloy Produced with TiH2 ‎and CaCO3 Foaming Agents Without Stabilized Ceramic Particles ‎

نویسندگان [English]

  • Milad Heidari Ghaleh 1
  • Naser Ehsani 2
  • Hamid Reza Baharvandi 3
1 ‎PhD Student, Faculty of Materials and Industrial Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Mazandaran, ‎Iran.
2 Professor, Faculty of Materials and Manufacturing Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, ‎Iran. ‎
3 Associate Professor, Faculty of Materials and Manufacturing Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, ‎Iran. ‎
چکیده [English]

 
In this paper, foam defects of A356 closed cell aluminum foams produced in different process were evaluated. For this purpose, the different foam samples were separately produced using two foaming agents, Titanium Hydride and Calcium Carbonate, without addition of stabilized ceramic particles into the molten metal. Foaming process using 1-2 wt.% TiH2 was performed in the temperature ranges of 650 to 750 °C, for 0.5-2 minutes holding times. Another foaming process was also performed with 2.5-3.5 wt% CaCO3 at 700 °C and for 10-20 minutes holding time. Casting defects included the drainage, the coalescence and the cell size distribution were evaluated using the optical and scanning electron microscopic images and density measurements. The results showed that the homogeneous cellular foam of Al-Si-Mg alloys can be produced using TiH2 and CaCO3 foaming agents and without using the stabilized ceramic particles. The optimal foam are produced using 3 wt.% CaCO3 or using 1.5 wt.% TiH2 additions, separately. In each of two foam productions processes, the drainage and the coalescence foam defects are increased with increasing the holding time. While the drainage and the coalescence foam defects increase with increasing the foaming temperature in TiH2 foamed specimens and with decreasing of the mixing time in CaCO3 foamed specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Foamed Aluminium
  • ‎ Foam defects
  • ‎ Foaming agents
  • ‎ drainage
  • ‎ Coalescence.‎

[1] Degischer H.P., Kriszt B., Handbook of Cellular Metals: Production, Processing, Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2002.

[2] Ashby M.F., Evans A.G., Fleck N.A., Gibson L.J., Hutchinson J.W., Wailey H.N.G., Metal Foams: A Design Guide, Butterworth-Heinemann, 2000.

[3] Yang C.C., Nakae H., Foaming characteristic control during production of aluminium alloy foam, Journal of Alloys and Compounds, 2000, 313, 188-191.

[4] Byakova A., Kartuzov I., Nakamura T., Gnyloskurenko S., The role of foaming agent and processing route in mechanical performance of fabricated aluminum foams, Procedia Materials Science, 2014, 4, 109–114.

[5] Yang C.C., Nakae H., The effects of viscosity and cooling conditions on the foamability of aluminum alloy, Journal of Materials Processing Technology, 2003, 141, 202-206,

[6] Ma L., Song Z., Cellular structure control of aluminum foams during foaming process of aluminum melt, Scripta Materialia, 1998, 39(11) 1523–1528.

[7] Wang N., Maire E., Chen X., Adrien J., Li Y., Amani Y., Hu L., Cheng Y., Compressive performance and deformation mechanism of the dynamic gas injection aluminum foams, Materials Characterization, 2019, 147, 11-20.

[8] Gergely V., Clyne T.W., Drainage in standing liquid metal foams modelling and experimental observations, Acta Materialia, 2004, 52, 3047–3058.

[9] Deqing W., Ziyuan Sh., Effects of ceramic particles on cell size and wall thickness of aluminum foam, Materials Science and Engineering A, 2003, 361, 45-49.

[10] Kahani J., Bazzaz S., Moghaddasi F., Kahani A., A study of fabricating and compressive properties of cellular Al–Si (355.0) foam using TiH2, Materials and Design, 2014, 55, 792–797.

[11] Wubben T., Odenbach S., Stabilization of liquid metallic foams by solid particles, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2005, 266, 207-213.

[12] Deqing W., Xiangjun M., Weiwei X., Ziyuan S., Effect of processing parameters on cell structure of an aluminum foam, Materials Science and Engineering A, 2006, 420, 235–239.

[13] Nayebi B., Mehrabian M., Shahedi-Asl M., Shokouhimehr M., Nanostructural approach to the thickening behavior and oxidation of calcium-stabilized aluminum foams, Materials Chemistry and Physics, 2018, 220, 351-359.

[14] Wang N., Maire E, Cheng Y., Amani Y., XiangLi Y., Adrien J., Chen J., Comparison of aluminium foams prepared by different methods using X-ray tomography, Materials Characterization, 2018, 138, 296-307.

[15] Mukherjee M., García-Moreno F., Jiménez C., Rack A., Banhart J., Microporosity in aluminium foams, Acta Materialia, 2017, 131, 156-168.

[16] Situ D.H., Tensile Response of SiC Reinforced Al Based Foam Material, Master Thesis, University of Toronto, 1998.

[17] Hangai Y., Takada K., Fujii H., Aoki Y., Utsonomiya T., Foaming behavior of blowing and stabilization-agent-free aluminum foam precursor during spot friction stir welding, Journal of Materials Processing Technology, 2019, 265, 185-190

[18] Kenesei P., Kadar Cs., Rajkovits Zs., Lendvai J., The influence of cell-size distribution on the plastic deformation in metal foams, Scripta Materialia, 2004, 50, 295-300.

[19] Duarte I., Banhart J., A study of aluminium foam formation-kinetics and microstructure, Acta Materialia, 2000, 48, 2349–2362.

[20] Gergely V., Curran D.C., Clyne T.W., The FOAMCARP process: Foaming of aluminium MMCs by the chalk-aluminium reaction in precursors, Composites Science and Technology, 2003, 63, 2301-2310.

[21] Faxian Z., Haitao H., Zhancheng L., Guoliang D., Experimental study on liquid drainage characteristics of metal foams under sloshing conditions, International Journal of Refrigeration, 2019, 99, 351-362.

[22] Garcia-Moreno F., Babcsan N., Banhart J., X-ray radioscopy of liquid metal foams: Influence of heating profile, atmosphere and pressure, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2005, 263, 290-294.

[23] Heim K., García-Moreno F., Banhart J., Particle size and fraction required to stabilize aluminium alloy foams created by gas injection, Scripta Materialia, 2018, 153, 54-58.

[24] Song Z.L., Zhu J.S., Ma L.Q., He D.P., Evolution of foamed aluminum structure in foaming process, Materials Science and Engineering A, 2001, 298, 137-143.