پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

تاثیر کسر جامد بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی کامپوزیت درجای Mg/Mg2Si تولید شده به روش ریخته‌گری نیمه‌جامد

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناس ارشد مهندسی مواد، دانشگاه شهرکرد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مواد
2 استادیار، دانشگاه شهرکرد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مواد
3 دانشیار، دانشگاه شهرکرد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک
10.22034/frj.2023.391080.1176
چکیده
در این تحقیق، کامپوزیت درجای زمینه منیزیم تقویت شده با ذرات Mg2Si توسط فرایند ریخته‌گری نیمه‌جامد و با استفاده از روش همزدن مکانیکی تولید شد و تاثیر میزان کسر ذرات جامد اولیه قبل از ریخته‌گری بر مورفولوژی ذرات اولیه Mg2Si و همچنین خواص مکانیکی و سایشی کامپوزیت تولیدی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش کسر جامد تاثیر قابل توجهی بر مورفولوژی ذرات جامد اولیه Mg2Si دارد و با افزایش کسر جامد قبل از ریخته‌گری (کاهش دمای ریخته‌گری) شکل ذرات به تدریج از حالت دندریتی مسطح به چندوجهی و نهایتا شبه‌کروی تغییر می‌کند. همچنین افزایش کسر جامد سبب بهبود خواص مکانیکی و سایشی کامپوزیت درجای Mg/Mg2Si شد. استحکام کششی کامپوزیت از حدود MPa 180 برای نمونه ریخته‌گری شده در حالت مذاب با افزایش 25 درصدی به MPa 230 برای نمونه ریخته‌گری شده در کسر جامد 2/0 افزایش یافت. ضمن آنکه درصد ازدیاد طول از 3/2 درصد برای نمونه ریخته‌گری شده در حالت مذاب به 4 درصد (حدود 48 درصد افزایش) برای نمونه ریخته‌گری شده در کسر جامد 39/0 افزایش یافت. پارامترهایی مانند کاهش مناطق نوک‌تیز با تمرکز تنش زیاد، کاهش تخلخل، کاهش ابعاد متوسط ذرات جامد اولیه و بهبود اتصال بین زمینه و ذرات تقویت کننده با افزایش کسر جامد به عنوان عوامل موثر در بهبود خواص کامپوزیت مورد بحث قرار گرفت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

  1. Mabuchi M., Kubota K., Higashi K., Tensile strength, ductility and fracture of magnesium-silicon alloys. Journal of Materials Science, 1996, 31(6) 1529-1535.
  2. Frommeyer G., Beer S., Oldenburg K., Microstructure and mechanical properties of mechanically alloyed intermetallic Me, Si-Al alloys. International Journal of Materials Research, 1994. 85(5) 372-378.
  3. Zhang J., et al., Microstructural development of Al–15wt.% Mg2Si in situ composite with mischmetal addition. Materials Science and Engineering: A, 2000. 281(1-2)104-112.
  4. Jiang Q., et al., Modification of Mg2Si in Mg–Si alloys with yttrium. Materials Science and Engineering: A, 2005, 392(1-2) 130-135.
  5. Ajith K.K., et al., Microstructure and mechanical property correlation of Mg-Si alloys. Silicon, 2022, 14(15) 9499-9515.
  6. Wang H.Y., et al., The effect of Sb addition on microstructures and tensile properties of extruded Al–20Mg2Si–4Cu alloy. Materials Science and Engineering: A, 2016, 657, 331-338.
  7. Guo E., Ma B., Wang L., Modification of Mg2Si morphology in Mg–Si alloys with Bi. Journal of Materials Processing Technology, 2008, 206(1-3) 161-166.
  8. Maleki M., Mirzadeh H., Emamy M., Improvement of mechanical properties of in situ Mg-Si composites via Cu addition and hot working, Journal of Alloys and Compounds, 2022, 905,164176.
  9. Cao L.J., Tang C.C., Effects of isothermal process parameters on semisolid microstructure of Mg-8% Al-1% Si alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22(10) 2364-2369.
  10. Gan W., et al., Microstructure and mechanical property of the ECAPed Mg2Si/Mg composite. Materials Science and Engineering: A, 2009, 516(1-2) 283-289.
  11. Raeissi M., Nourbaksh S.H., Enhancement of the microstructure homogeneity and mechanical performance of the As-Cast Mg/Mg2Si in-situ composite through friction stir processing. Materials Research Express, 2019, 6(10) 1065e7.
  12. Spencer D., Mehrabian R., Flemings M., Rheological behavior of Sn-15 pct Pb in the crystallization range. Metallurgical and Materials Transactions B, 1972, 3, 1925-1932.
  13. Fan Z., Semisolid metal processing. International Materials Reviews, 2002, 47(2) 49-85.
  14. Flemings M.C., Behavior of metal alloys in the semisolid state. Metallurgical Transactions A, 1991. 22 957-981.
  15. Kirkwood D., Semisolid metal processing. International Materials Reviews, 1994, 39(5) 173-189.
  16. Balasubramani N., et al., Review of origin of equiaxed grains during solidification under mechanical stirring, vibration, electromagnetic, electric-current, and ultrasonic treatments. Journal of Materials Science & Technology, 2022.
  17. Kapranos P., Current state of semi-solid net-shape die casting. Metals, 2019, 9(12) 1301.
  18. Lü S., et al., Preparation and rheocasting of semisolid slurry of 5083 Al alloy with indirect ultrasonic vibration process. Materials Science and Engineering: A, 2011, 528(29-30) 8635-8640.
  19. Gautam S.K., et al., Wear and mechanical properties of in situ A356/5% TiB2 composite synthesis by cooling slope technique. International Journal of Metalcasting, 2022, 1-13.
  20. Gu G., et al., Effects of process parameters on microstructure and mechanical properties of semi-solid Al-7Si-0.5Mg aluminum alloy by gas induced semi-solid process. Metals, 2022, 12(10) 1600.
  21. Reisi M., Niroumand B., Effects of stirring parameters on rheocast structure of Al–7.1 wt.% Si alloy. Journal of Alloys and Compounds, 2009. 470(1-2) 413-419.
  22. Ma G., et al., Enhanced combination of strength and ductility in the semi-solid rheocast hypereutectic AlSi alloy with the effect of in-situ TiB2 particles. Materials Characterization, 2021. 176 111143.

23- طاهری‌منش ف.، کروجی ب.، دانشی‌فر م.ح.، اثر دمای همزدن بر مورفولوژی ذرات سیلیسیم اولیه، سختی و رفتار سایشی آلیاژ

Al-20%Si تولید شده به روش ریخته‌گری نیمه‌جامد، پژوهش‌نامه ریخته‌گری، 1398، 3، (3) 162-151.

  1. Flemings M.C., Solidification Processing, McGraw-Hill, 1974.
  2. Smeulders R., Mischgofsky F., Frankena H., Direct microscopy of alloy nucleation, solidification and aging (coarsening) during stir casting. Journal of Crystal Growth, 1986, 76(1) 151-169.
  3. Ortega-Celaya F., et al., Microstructure and impact behavior of Al/SiCp composites fabricated by pressureless infiltration with different types of SiCp. Journal of Materials Processing Technology, 2007, 183(2-3) 368-373.

27- Pan Y., Liu X., and Yang H., Microstructural formation in a hypereutectic Mg–Si alloy. Materials Characterization, 2005, 55(3) 241-247.

28- Li T., Lin X., Huang W., Morphological evolution during solidification under stirring. Acta Materialia, 2006, 54(18) 4815-4824.

  1. Wan G., Sahm P., Ostwald ripening in the isothermal rheocasting process. Acta Metallurgica et Materialia, 1990. 38(6) 967-972.
  2. Archard J., Contact and rubbing of flat surfaces. Journal of applied physics, 1953, 24(8) 981-988.
  3. Chong, L., et al., Dry sliding wear behavior of rheocast hypereutectic Al–Si alloys with different Fe contents. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2016, 26(3) 665-675.
  4. Qin, Q., Zhao Y., Zhou W., Dry sliding wear behavior of Mg2Si/Al composites against automobile friction material. Wear, 2008, 264(7) 654-661.
  5. Sun Y., Ahlatci H., Mechanical and wear behaviors of Al–12Si–XMg composites reinforced with in situ Mg2Si particles. Materials & Design, 2011, 32(5) 2983-2987.
  6. Wu X.F., Zhang G.A., and Wu F.F., Influence of Bi addition on microstructure and dry sliding wear behaviors of cast Al-Mg2Si metal matrix composite. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, 23(6) 1532-1542.
  7. Jamalpour M., Alizadeh R., Effects of heat treatment and Y addition on the microstructure and mechanical properties of as-cast Mg–Si alloys. Materials Science and Engineering: A, 2022, 859, 144209.
  8. Ye H.Z., Liu X.Y., Review of recent studies in magnesium matrix composites. Journal of Materials Science, 2004, 39, 6153-6171.

37. Li C., et al., Morphological evolution and growth mechanism of primary Mg2Si phase in Al–Mg2Si alloys. Acta Materialia, 2011, 59(3) 1058-1067.

دوره 6، شماره 3 - شماره پیاپی 21
زمستان 1401
زمستان 1401
صفحه 171-182

  • تاریخ دریافت 07 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری 13 اردیبهشت 1402
  • تاریخ پذیرش 19 اردیبهشت 1402