تاثیر زمان برش مذاب توسط همزن مارپیچ عمودی بر رفتار پارگی گرم آلیاژ A206

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه میبد.

2 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه میبد.‏

3 استادیار، پژوهشکده مواد و انرژی، اصفهان، ایران.

4 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه میبد.‏

10.22034/frj.2023.388455.1174

چکیده

در ریخته‌گری، یکی از راه‌های کاهش پارگی داغ، اصلاح ریزساختار است. در این مطالعه، ریزساختار آلیاژ A206 با استفاده از فرآیند برش مذاب در زمان‌های مختلف اصلاح شد و اثر زمان برش مذاب بر رفتار پارگی داغ مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. یک محفظه فولادی با دو بافل و یک همزن مارپیچی برای اعمال تنش برشی به مذاب استفاده شد. سپس مذاب برش خورده در قالب گرافیتی به شکل یک میله محدود ریخته شد و از میکروسکوپ های نوری و SEM برای بررسی اندازه دانه استفاده شد. برای ارزیابی حساسیت به پارگی گرم، از کمیت چگالی طول ترک به عنوان معیار استفاده شد. نتایج نشان داد که فرآیند برش مذاب اندازه حفره‌های انقباضی را کاهش می‌دهد، شروع پارگی داغ را دشوارتر می‌کند و مقاومت آلیاژ را در برابر پارگی داغ افزایش می‌دهد. همچنین به دلیل کاهش اندازه حفره‌های انقباضی، استحکام نهایی تا 57 درصد افزایش می‌یابد. با افزایش زمان برش مذاب تا 3 دقیقه، ریزساختار ریختگی کمتر یکنواخت شد. با این حال، پس از 3 دقیقه، ریزساختار به طور قابل توجهی یکنواخت‌تر شد. علاوه بر این، اندازه دانه تا 37 درصد کاهش یافت و سرعت این کاهش پس از 3 دقیقه تسریع شد و منجر به افزایش مقاومت در برابر پارگی گرم شد. کاهش اندازه دانه به دلیل برش مذاب باعث افزایش تعداد مرزدانه‌ها و کاهش ضخامت لایه رسوبات مرز‌دانه‌ای شد و در نتیجه رفتار نرم‌تری در سطح شکست مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Suyitno D.G., Eskin L., Katgerman, Structure observations related to hot tearing of Al–Cu billets produced by direct-chill casting, Mater. Sci. Eng., A, 2006, 420, 1-7.
[2] Pulisheru K. S., Birru A. K., Effect of pouring temperature on hot tearing susceptibility of Al-Cu cast Alloy: Casting simulation, Mater. Today, Proc., 2021, 47, 7086-7090.
[3] Fan Z., Li C., Yang H., Liu Z., Effects of TiC nanoparticle inoculation on the hot-tearing cracks and grain refinement of additively-manufactured AA2024 Al alloys, J. Mater. Res. Technol., 2022, 19, 194-207.
[4] Sistaninia M., Terzi S., Phillion A.B., Drezet J.M., Rappaz M., 3D granular modeling and in situ X-ray tomographic imaging: A comparative study of hot tearing formation and semi-solid deformation in Al–Cu alloys, Acta Mater., 2013, 61, 3831-3841.
[5] Lin S., Aliravci C., Pekguleryuz M.O., Hot-tear susceptibility of aluminum wrought alloys and the effect of grain refining, metal. Mater. Trans., 2007 (A) 38, 1056-1068.
[6] Li M., Wang H., Wei Z., Zhu Z., The effect of Y on the hot-tearing resistance of Al–5 %wt. Cu based alloy, Mate. Des. 31, 2010, 2483–2487.
[7] Han J-q., Wang J-s., Zhang M-s., Niu K-m., Relationship between amounts of low-melting-point eutectics and hot tearing susceptibility of ternary Al−Cu−Mg alloys during solidification, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2020, 30, 2311−2325.
[8] Luo L., Luo L., Su Y., Su L., Wang L., Chen R., Guo J., Fu H., Reducing porosity and optimizing performance for
Al-Cu-based alloys with large solidification intervals by coupling travelling magnetic fields with sequential solidification, J. Mater. Sci. Technol., 2021, 79, 1–14.
[9] Luo L., Luo L., Ritchie R.O., Su Y., Wang B., Wang L., Chen R., Guo J., Fu H., Optimizing the microstructures and mechanical properties of Al-Cu-based alloys with large solidification intervals by coupling travelling magnetic fields with sequential solidification, J. Mater. Sci. Technol., 2021, 61, 100-113.
[10] D U.M., Wang, F., Du, X. et al. Effects of Alternating magnetic field on the hot tearing susceptibility and microstructure of Al-5Cu alloy. Inter Metal Cast, 2022.
[11] Liu X., Guo Z., Xue J., Zhu C., Zhang P., Li X., Microstructures and mechanical properties of the Al-Cu-Sc alloys prepared by ultrasound-assisted molten salt electrolysis, J. Alloys Compd., 2020, 818, Article 152870.
[12] Li F., Shi D., Hu X., Yin F., Zhang J., Sun B., Effect of concentration-gradient on characteristic parameters of α-Al dendrites in Al-Cu alloy, J. Alloys Compd., 2021, 889, Article 161666.
[13] Zuo Y., Jiang B., Enright P., Scamans G.M., Fan Z., Degassing of LM24 Al alloy by intensive melt shearing, nt. J. Cast Met. Res., 2011, 24, 307-313.
[14] Zuo Y., Li H., Xia M., Jiang B., Scamans G.M., Fan Z., Refining grain structure and porosity of an aluminum alloy with intensive melt shearing, Scr. Mater., 2011, 64, 209–212.
[15] Lazaro-Nebreda J., Patel J.B., Fan Z., Improved degassing efficiency and mechanical properties of A356 aluminum alloy castings by high shear melt conditioning (HSMC) technology, J. Mater. Process. Technol., 2021, 294, article 117146.
[16] Sree-Manu K.M., Barekar N.S., Lazaro-Nebreda J., Patel J.B., Fan Z., In-situ microstructural control of A6082 alloy to modify second phase particles by melt conditioned direct chill (MC-DC) casting process – A novel approach J. Mater. Process. Technol., 2021, 295, article 117170.
[17] Kolahdooz A., Aminian-Dehkordi S., Effects of important parameters in the production of Al-A356 alloy by
semi-solid forming process, j mater. Res. Technol., 2019, 8, 189-198.
[18] نوروزی س، بخشی جویباری م، کلاهدوز ا، حسینی‌پور س.ج، تأثیر دما روی ریزساختار آلیاژ ریخته­گری نیمه­جامد روی سطح شیبدار خنک­کننده، فصلنامه مکانیک هوافضا (ساخت و تولید)، 1392، 3، 55-63 .
[19] راکی ن.، کلاهدوز ا.، بررسی عاملی روش ریخته‌گری سطح شیب‌دار خنک شونده بر ریزساختار و مقادیر سختی آلیاژ آلومینیمA356، پژوهشنامه ریخته­گری، 1397، 2، 109-121.
[20] دل­شکسته ن.، کلاهدوز ا.، بررسی آماری ریزساختار و سختی آلیاژ آلومینیم نیمه جامد A380 تولید شده به روش ارتعاش مکانیکی در محیط گاز آرگون، پژوهشنامه ریخته­گری، 1397، 2، 275-286.
[21] Hatch JE. Aluminum properties and physical metallurgy. ASM: Second Ed; 1984.
[22] Campbell J., Castings, Butterworth-Heinemann, 2003.
[23] Eskin D.G., Suyitno, Katgerman L. Mechanical properties in the semi-solid state and hot tearing of aluminum alloys, Progress in Materials Science, 2004, 49, 629–711.
[24] Men H., Jiang B., Fan Z., Mechanisms of grain refinement by intensive shearing of AZ91 alloy melt, Acta Materialia, 2010, 58.
[25] Patel J.B., Yang X., Mendis C.L., et al. Melt conditioning of light metals by application of high shear for improved microstructure and defect control, j Miner. Met. Mater. Soci., 2017, 69.