1
دانشجوی دکتری، گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران
2
دانشیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره) (IKIU)، قزوین، ایران
3
دانشیار، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی، دانشگاه تهران
10.22034/frj.2023.410726.1182
چکیده
در تحقیق حاضر تاثیر فرایند جوانهزایی بر رفتار پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط 3 درصد وزنی سریم مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور سه مقدار مختلف تیتانیم (01/0، 025/0 و 05/0 درصد وزنی) از طریق جوانهزای Al-5Ti-1B به ترکیب آلیاژ اضافه شد. بر اساس نتایج بهدست آمده، افزودن تیتانیم موجب بهبود جزئی سیالیت، کاهش نسبی کسر حجمی و توزیع تخلخلها، کاهش اندازه دانهها و کاهش شاخص حساسیت به پارگی گرم (HTS) آلیاژ مورد تحقیق میشود. بر اساس اندازهگیریهای انجام شده افزودن 01/0، 025/0 و 05/0 درصد وزنی تیتانیم به ترتیب موجب کاهش حدود 5، 20 و 31 درصدی، 20، 75 و 80 درصدی و 9، 24 و 34 درصدی میزان تخلخل، اندازه دانه و HTS آلیاژ میشود. بر اساس نتایج حاصل از بررسیهای ساختاری و سطح مقطع شکست پارگی گرم، بهبود نسبی مشاهده شده در رفتار پارگی گرم را میتوان به کاهش اندازه دانهها و تبعات مثبت ناشی از این تغییرات شامل کاهش میزان تخلخل و افزایش استحکام، کاهش ضخامت لایه مذاب بین دانهها و در نتیجه افزایش نیروی موئینگی و ارتقای شرایط تغذیه بین دانهای، کاهش انقباض خطی حین انجماد و کاهش شدت تنش وارده به مرزهای دانه بهعنوان مراکز اشاعه آسان ترک گرم در ساختار نسبت داد.
[1] Ghonceh M.H., Shabestari S.G., Asgari, A., Karimzadeh M., Nonmechanical criteria proposed for prediction of hot tearing sensitivity in 2024 aluminum alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018. 28(5) 848–857. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(18)64718-1
[2] Immanuel R.J., Panigrahi. S.K., Malas. J.C., Materials development for sustainable manufacturing. Sustainable Manufacturing Processes. 2023. (Chapter 5) 155–194. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-99990-8.00011-4
[3] Nabawy AM., Samuel A.M., Samuel F.H., Doty H.W., Effects of grain refiner additions (Zr, Ti–B) and of mould variables on hot tearing susceptibility of recently developed Al–2 wt-%Cu alloy. International Journal of Cast Metals Research. 2013. 26(5) 308–317. https://doi.org/10.1179/1743133613y.0000000068
[4] Pumphrey W.I., Jennings P.H., A consideration of the nature of brittleness at temperatures above the solidus in castings and welds in aluminum alloys. Journal of Institute of Metals. 1948. 75. 235.
[5] Li Y., Li. H., Katgerman L., Du Q., Zhang J., Zhuang L., Recent advances in hot tearing during casting of aluminium alloys. Progress in Materials Science. 2021. 117. 100741. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100741
[6] Li S., Apelian. D., Hot tearing of aluminum alloys. International Journal of Metalcasting. 2011. 5(1) 23–40. https://doi.org/10.1007/bf03355505
[7] Easton M., Grandfield J., StJohn D., Rinderer M., The effect of grain refinement and cooling rate on the hot tearing of wrought aluminum alloys. Materials Science Forum. 2006. 30. 1675-1680.
[8] Warrington D., McCartney D.G., Hot-cracking in aluminum alloys 7050 and 7010 – a comparative study. Cast Metals. 1991. 3. 202-208.
[9] Matsuda F., Nakata K., Shimokusu Y., Effect of additional element on weld solidification crack susceptibility of Al-Zn-Mg. Transactions of JWRI. 1983. 12. 81-87.
Metz S.A., Flemings M.C., A fundamental study of hot tearing. AFS Transactions. 1970. 78. 453-460.
Elambasseril J., Benoit M.J., Zhu S., Easton M.A., et al., Effect of process parameters and grain refinement on hot tearing susceptibility of high strength aluminum alloy 2139 in laser powder bed fusion. Progress in Additive Manufacturing. 2022. 7(5) 887–901. https://doi.org/10.1007/s40964-021-00259-2
Birru A.K., Karunakar D.B., Effects of grain refinement and residual elements on hot tearing of A713 aluminium cast alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. 26(7) 1783–1790. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(16)64291-7
Easton M., Grandfield J.F., StJohn D.H., Rinderer B., The effect of grain refinement and cooling rate on the hot tearing of wrought aluminium alloys. Materials Science Forum. 2006. (519–521) 1675–1680. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.519-521.1675
Sabau A.S., Milligan B.K., Mirmiran S., et al., Grain refinement effect on the hot-tearing resistance of higher-temperature Al–Cu–Mn–Zr alloys. Metals. 2020. 10(4) 430. https://doi.org/10.3390/met10040430
Sun Y., Hung C., Hebert R.J., et al., Eutectic microstructures in dilute Al-Ce and Al-Co alloys. Materials Characterization. 2019. 154. 269–276.
Belov N.A., Khvan A.V., The ternary Al–Ce–Cu phase diagram in the aluminum-rich corner, Acta Materialia. 2007. 55(16) 5473–5482.
Cao G., Kou S., Hot tearing of ternary Mg−Al−Ca alloy castings. Metallurgical and Materials Transactions A. 2006. 37(12) 3647–3663. https://doi.org/10.1007/s11661-006-1059-x
Taylor R.P., McClain S.T., Berry J.T., Uncertainty analysis of metal-casting porosity measurements using Archimedes’ principle. International Journal of Cast Metals Research. 1999. 11(4) 247–257. https://doi.org/10.1080/13640461.1999.11819281
یوسفی ف.، تقی آبادی ر.، باغشاهی س.، بررسی تاثیر منگنز بر قابلیت ریختهگری آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-2Ni-xMn، پژوهشنامه ریختهگری، 1396، 1(2) 78-69.
Wang R., Zhu Q., Zuo Y., Cheng L., Wang J., The control of as-cast structure of 2024 aluminum alloy with intensive melt shearing and its effect on microstructure and mechanical properties after T4 treatment. Journal of Materials Research and Technology. 2023. 24. 3179–3193. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.03.225
Mou D., Zuo Y., Zhu Q., Li L., Cui J., Study on the macrosegregation behaviour of 2524 alloy flat ingot solidified under the influence of electromagnetic field. 8th International Conference on Electromagnetic Processing of Materials, Oct 2015, Cannes, France.
StJohn D.H., Prasad A., Easton M.A., Qian M., The contribution of constitutional supercooling to nucleation and grain formation. Metallurgical and Materials Transactions A. 2015, 46(11) 4868–4885. https://doi.org/10.1007/s11661-015-2960-y
Su M., Zheng W., Fu D., et a., Design and application of a multichannel “cross” hot tearing tendency device: A study on hot tearing tendency of Al alloys. China Foundry. 2022. 19(4) 327–334. https://doi.org/10.1007/s41230-022-1184-5
Eskine D., Zuidema J., Jr. Katgerman L., Linear solidification contraction of binary and commercial aluminium alloys. International Journal of Cast Metals Research. 2002. 14(4) 217–223. https://doi.org/10.1080/13640461.2002.11819440
Benny Karunakar D., Naresh Rai R., Patra S., Datta G.L., Effects of grain refinement and residual elements on hot tearing in aluminum castings. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2009. 45(9–10) 851–858. https://doi.org/10.1007/s00170-009-2037-4
Upadhya G., Cheng S., Chandra U., A mathematical model for prediction of hot tears in castings. Light Metals. 1995. 1101–1106.
Chang-lue Lü, Heng-cheng Liao, Ye Liu., Effect of Ce on castability, mechanical properties and electric conductivity of commercial purity aluminum. China Foundry. 2015. 12(4) 277 – 284.
Liao H.C., Liu Y., Lü C.L., Wang Q.G. Effect of Ce addition on castability, mechanical properties and electric conductivity of Al–0.3Si–0.2Mg alloy. International Journal of Cast Metals Research. 2015. 28(4) 213–220. https://doi.org/10.1179/1743133615y.0000000002
Mahmoud M.G., Mosleh A.O., Mohamed M.S., The impact of Ce-containing precipitates on the solidification behavior, microstructure, and mechanical properties of Al-6063. Journal of Alloys and Compounds. 2023. 948. 169805 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169805
Jin H., Sui Y., Yang Y., Jiang Y., Wang Q., Effect of Ce content on the microstructure and mechanical properties of squeeze-cast Al–5Mg-2.2Si-0.6Mn alloys. Journal of Materials Research and Technology. 2022. 19. 1798–1804. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.05.126
Zhang X., Sui Y., Jiang Y., Wang Q., Effect of Ce on the Microstructure and Corrosion Resistance of Al-5Mg-3Zn-1Cu Alloy. Metals. 2022. 12(3) 371. https://doi.org/10.3390/met12030371
Dahle A.K., Karlsen S., Arnberg L., Effect of grain refinement on the fluidity of some binary Al—Cu and Al—Mg alloys. International Journal of Cast Metals Research. 1996. 9(2) 103–112. https://doi.org/10.1080/13640461.1996.11819649
Tiryakioglu M., Askeland D.R., Ramsay C.W., The fluidity of 319 and A356: An experimental design approach. AFS Transactions. 1994. 102. 17–25.
Kwon Y-D., Lee Z.-H., The effect of grain refining and oxide inclusion on the fluidity of Al–4.5Cu–0.6Mn and A356 alloys. Materials Science and Engineering: A. 2003. 360(1–2) 372–376. https://doi.org/10.1016/s0921-5093(03)00504-5
Dahle A.K., Tøndel P.A., Paradies C.J., Arnberg L., Effect of grain refinement on the fluidity of two commercial Al-Si foundry alloys. Metallurgical and Materials Transactions A. 1996. 27(8) 2305–2313. https://doi.org/10.1007/bf02651885
Lang G., Casting properties and surface tension of aluminum and binary aluminum alloys, Part I: Fluidity. Aluminum. 1972. 48(10) 664-672.
Ravi KR., Pillai R.M., Amaranathan K.R., Pai B.C., Chakraborty M., Fluidity of aluminum alloys and composites: A review. Journal of Alloys and Compounds. 2008. 456(1–2) 201–210. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.02.038
Dahle A.K., Tondal P.A., Paradies J.J., Arnberg L., The effect of AlTi5Bl on A356 alloy fluidity, Metal Materials Transplantation Proceedings.1996. A27. 2305-2313.
Di Sabatino M., Arnberg L., Effect of grain refinement and dissolved hydrogen on the fluidity of A356 alloy. International Journal of Cast Metals Research. 2009. 18(3) 181–186. https://doi.org/10.1179/136404605225022982
Li Y., Li H., Katgerman L., et al., Recent advances in hot tearing during casting of aluminium alloys. Progress in Materials Science. 2021. 117. 100741. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100741
Stangeland A., Mo A., Eskin D., Thermal strain in the mushy zone for aluminum alloys. In Metallurgical and Materials Transactions A. 2006. 37(7) 2219–2229. https://doi.org/10.1007/bf02586141
Stangeland A., Mo A., Nielsen Ø., M’Hamdi M., Eskin D., Development of thermal strain in the coherent mushy zone during solidification of aluminum alloys. Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. 35(9) 2903–2915 https://doi.org/10.1007/s11661-004-0238-x
Eskin D.G., Katgerman L., Mooney J.F., Contraction of aluminum alloys during and after solidification. Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. 35(4) 1325–1335. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0307-1
Li S., Sadayappan K., Apelian D., Role of grain refinement in the hot tearing of cast Al-Cu alloy. Metallurgical and Materials Transactions B. 2013. 44(3) 614–623. https://doi.org/10.1007/s11663-013-9801-4
Easton M., Grandfield J.F., StJohn D.H., Rinderer B., The effect of grain refinement and cooling rate on the hot tearing of wrought aluminium alloys. Materials Science Forum. 2006. 519–521. 1675–1680. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.519-521.1675
Easton M., Wang H., Grandfield J., St John D.H., Sweet E., An analysis of the effect of grain refinement on the hot tearing of aluminium alloys. Materials Forum. 2004. 28. 224-229.
محمدی,حسین , تقی ابادی,رضا و ملکان,مهدی . (1401). بررسی تاثیر جوانهزایی بر سیالیت و حساسیت به پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط سریم. پژوهشنامه ریخته گری, 6(3), 195-202. doi: 10.22034/frj.2023.410726.1182
MLA
محمدی,حسین , , تقی ابادی,رضا , و ملکان,مهدی . "بررسی تاثیر جوانهزایی بر سیالیت و حساسیت به پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط سریم", پژوهشنامه ریخته گری, 6, 3, 1401, 195-202. doi: 10.22034/frj.2023.410726.1182
HARVARD
محمدی حسین, تقی ابادی رضا, ملکان مهدی. (1401). 'بررسی تاثیر جوانهزایی بر سیالیت و حساسیت به پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط سریم', پژوهشنامه ریخته گری, 6(3), pp. 195-202. doi: 10.22034/frj.2023.410726.1182
CHICAGO
حسین محمدی, رضا تقی ابادی و مهدی ملکان, "بررسی تاثیر جوانهزایی بر سیالیت و حساسیت به پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط سریم," پژوهشنامه ریخته گری, 6 3 (1401): 195-202, doi: 10.22034/frj.2023.410726.1182
VANCOUVER
محمدی حسین, تقی ابادی رضا, ملکان مهدی. بررسی تاثیر جوانهزایی بر سیالیت و حساسیت به پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط سریم. پژوهشنامه ریخته گری, 1401; 6(3): 195-202. doi: 10.22034/frj.2023.410726.1182