بررسی تشکیل ترک گرم در آلیاژهای یوتکتیک آلومینیم-آهن در محدوده دمایی ‏خمیری به ‏کمک شبیه‌سازی انجماد ‏

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسنده

دانشیار گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه میبد، ایران

10.22034/frj.2019.185684.1083

چکیده

در این تحقیق، انجماد آلیاژهای یوتکتیک آلومینیم-آهن (حاوی 5/0، 1 و 5/1 درصد وزنی آهن) در ‏یک قالب فلزی به روش اختلاف محدود شبیه‌سازی شد و حساسیت به ترک گرم مورد بررسی قرار ‏گرفت. قالب به گونه‌ای طراحی شد که جهت انجماد به سمت مرکز قالب باشد. نتایج نشان داد که ‏انجماد در دو مرحله انجام می‌شود. در مرحله‌ی اول ضخامت ناحیه‌ی خمیری افزایش و در مرحله‌ی دوم ‏کاهش می‌یابد. با افزایش مقدار آهن، زمان مرحله‌ی اول کاهش می‌یابد ولی زمان مرحله‌ی دوم مستقل ‏از مقدار آهن است. در این تحقیق، شرط تشکیل ترک گرم وجود شبکه‌ی پیوسته‌ی جامد پرو‌‏یوتکتیک در نظر گرفته شد و شاخصی بر اساس ضخامت ناحیه‌ی خمیری و زمان موضعی انجماد برای ‏بررسی تمایل به تشکیل ترک گرم معرفی شد. در این شاخص ترک‌هایی که با مذاب یوتکتیک پر می‌‏شوند به عنوان ترک گرم پر شده در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد هر سه آلیاژ در مرحله‌ی اول انجماد ‏در نزدیکی سطح که انجماد به صورت غیر تعادلی است به ترک گرم حساس هستند؛ ولی در مرحله‌ی ‏دوم انجماد، هر سه آلیاژ تقریباً به صورت  تعادلی سرد می‌شوند. در این شرایط، کسر جامد در آلیاژ ‏Al-1.5wt%Fe‎‏ کمتر از 25/0 بوده و حساس به ترک گرم پر شده نیست. بیشترین حساسیت به ‏ترک گرم پر شده در مرحله‌ی اول انجماد مربوط به آلیاژهای 1 و 5/1 درصد آهن است. در مرحله‌ی ‏دوم انجماد نیز حساسیت به تشکیل ترک گرم در آلیاژ حاوی 1 درصد وزنی آهن از 5/0 درصد وزنی ‏آهن بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Hot Tear Formation in Eutectic Al-Fe Alloys in ‎Mushy ‎Temperatures Ranges by Simulation of Solidification

نویسنده [English]

  • Mostafa Alizadeh
Associate professor‎, Department of Materials and Metallurgy Engineering, Faculty of Engineering, Meybod University, Meybod, Iran
چکیده [English]

In the present study, solidification process of Al-Fe eutectic alloys at a metallic mold was done by finite difference method; and the hot tearing sensitivity was investigated. The mold was designed for directional solidification toward the mold center. The results of simulation revealed that the solidification was done in two stages. In the first stage, the mushy zone thickness was increased and in the second stage it was decreased. As the Fe content was increased, the time of first stage was decreased while the time of second one was independent of Fe amounts. In this work, it was supposed that the hot tear is formed only in a pero-eutectic continuous solid network, so, a criterion for hot tearing susceptibility was introduced based on the mushy zone thickness and local solidification time. In this criterion, the hot tears filled with eutectic melt were account as healed hot tears. The results depicted that all alloys could be sensitive to hot tearing during first stage. Because of low cooling rate during the second stage, the melt experiences near equilibrium solidification; therefore the pero-eutectic solid network could not be formed in Al-1.5wt% alloy and consequently this alloy was not sensitive to hot tear. The most sensitivity was related to Al-1wt%Fe and Al-1.5wt%Fe alloys. At the second stage of solidification, the most sensitivity was related to Al-1wt%Fe alloy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Al-Fe
  • eutectic
  • Hot tear
  • Solidification
  • Simulation