بررسی تاثیر شرایط حاصل از انجماد جهت‌دار بر ساختار و نورد پذیری آلیاژ آلومینیم 2024

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان 67498-87717.

2 استادیار،گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران

10.22034/frj.2021.253430.1130

چکیده

شمش آلیاژ آلومینیم 2024 معمولاً در مقیاس صنعتی با کنترل دقیق پارامترهای انجمادی و با استفاده از دستگاه‌های مدرن تولید می‌شود و پس از ریخته‌گری نیز فرایند اکستروژن برای حذف ساختار ریختگی و افزایش کیفیت شمش به کار گرفته می‌شود. هدف از این تحقیق ایجاد انجماد جهت‌دار در شمش آلیاژ آلومینیوم 2024 به‌ منظور کنترل انجماد خمیری و ارتقا نورد پذیری آلیاژ است. در این خصوص به‌منظور دست‌یابی به انجماد جهت‌دار برای از بین بردن نقص‌های ریخته‌گری، برقراری گرادیان حرارتی بین تغذیه و مبرد انجام شد و با بررسی اثر عملیات محلولی (T4) بر ریزساختار شمش تولیدشده امکان جلوگیری از نواقص نوردی مانند ترک‌ تمساحی بررسی و به کمک شبیه‌سازی بهینه‌سازی شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که با نسبت مدول تغذیه به قطعه 35/0 و استفاده از مبرد مناسب، می‌توان به انجماد جهت‌دار در آلیاژ Al2024 دست‌ یافت به‌نحوی‌که عیوب ریختگی در آن به حداقل مقدار ممکن برسد. همچنین بررسی ماکرو ساختار و ریزساختار نمونه‌ها قبل و بعد از انجام عملیات محلولی نشان می‌دهد که تفاوت چشمگیر در افزایش همگنی به کمک عملیات حرارتی طراحی‌شده قابل حصول است. علاوه بر این، سختی نمونه عملیات محلولی شده 30 درصد از نمونه ریخته‌گری شده کمتر است که دلیل آن رشد دانه پس از عملیات حرارتی و از بین رفتن فازهای بین فلزی با سختی بیشتر بوده است. همچنین مشخص شد امکان بهبود قابلیت نورد پذیری و جلوگیری از عیوب نورد به‌ویژه عیب دهان تمساحی، با تدابیر اتخاذشده شامل انجماد جهت‌دار و عملیات محلولی مناسب امکان‌پذیر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Faraji F., Vahdat S.E., Effect of deep cryogenic treatment on precipitation hardening of aluminum 2024 and 7075, Metallurgical Engineering, 2018, 21(3) 225-236.
[2]  Nazarian H., Vahdat S.E., Fatigue strength of aluminum 2024 after sub-zero treatment, Metallurgical Engineering, 2018, 20(4) 311-321.
[3]  Liang M., Chen L., Zhao G., Guo Y., Effects of solution treatment on the microstructure and mechanical properties of naturally aged EN AW 2024 Al alloy sheet, Journal of Alloys and Compounds, 2020, 824, 153-943.
[4]  Dorward R., Beerntsen D., Effects of casting practice on macro-segregation and microstructure of 2024 alloy billet, Essential Readings in Light Metals, 2016, 825-830.
[5] Ebrahimi G.R., Zarei-Hanzaki A., Haghshenas M., Arabshahi H., The effect of heat treatment on hot deformation behaviour of Al 2024, Journal of Materials Processing Technology, 2008, 206(1) 25-29.
[6]  Gao Y.H., Kuang J., Liu G., Sun J.,  Effect of minor Sc and Fe co-Addition on the microstructure and mechanical properties of Al-Cu alloys during homogenization treatment, Materials Science and Engineering A, 2019, 746, 11-26.
[7]  Albiter A., León C.A., Drew R.A.L., Bedolla E., microstructure and heat treatment response of Al-2024/TiC composites, Materials Science and Engineering A, 2000, 289(1) 109-115.
[8]  Ertugrul O., He T., Shahid R.N., Scudino S., Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Al 2024 matrix composites reinforced with Ni60Nb40 Metallic Glass Particles, Journal of Alloys and Compounds, 2019, 808, 151-732.
[9]  Fernández Gutiérrez R., Sket F., Maire E., Wilde F., Boller E., Requena G., Effect of solution heat treatment on microstructure and damage accumulation in cast Al-Cu alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2017, 697, 341-352.
[10] Luo H.J., Jie W.Q., Gao Z.M., and Zheng Y.J., Numerical simulation for macro-segregation in direct-chill casting of 2024 aluminum alloy with an Extended Continuum Mixture Model, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2018, 28(5) 1007-1015.
[11] Qi Z., Cong B., Qi B., Zhao G., Ding J., Properties of wire + arc additively manufactured 2024 aluminum alloy with different solution treatment temperature, Materials Letters, 2018, 230, 275-278.
[12] Shengli Y., Jian S., Xiaodong Y., Xiwu L., Fei Z., Baoqing S., Homogenization treatment parameter optimization and microstructural evolution of Al-Cu-Li alloy, Rare Metal Materials and Engineering, 2017, 46(1) 28-34.
[13] Zhang J., Wu G., Zhang L., Zhang X., Shi C., Sun J., Effect of Zn on precipitation evolution and mechanical properties of a high strength cast Al-Li-Cu alloy, Materials Characterization, 2020, 160, 89-110.
[14] Li W.P., Zhou H., Li Z.F., Effect of gadolinium on microstructure and rolling capability of AZ31 alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 475(1) 227-232.
[15] Hadi M., and Kamali A.R., Investigation on hot workability and mechanical properties of modified IC-221M alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 485(1) 204-208.
[16] Guo C., Li J., Yu H., Wang Z., Lin X., Wang J., Branching-induced grain boundary evolution during directional solidification of columnar dendritic grains, Acta Materialia, 2017, 136, 148-163.
[17] Flemings, Solidification Processing: Mcgraw-Hill, 1974.
[18] A. Zare Bidaki, F. Akhlaghi, Production of Al2024/GR composite by solid assisted melt disintegration (SAMD) technique, Journal of Faculty of Engineering (University of Tehran), 2009, 43, 169-176.
[19] ASM International, Casting Design and Performance, Materials Park, 2009, p. 61.
[20] Otto W.L., and Kohn H.A., Rolling procedures for eliminating alligator defect formation, United States of America, Aluminum Company of America, 1986.
[21] Sadeghi Mohammadi M., Hadi M., Karimi H., and Bayat O., Determination of critical pressure and impeding pressure for manganese evaporation during the induction melting process of manganese-nickel alloys, Founding Research Journal, 2019, 3, 67-74.