پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

بررسی فصل مشترک AISI 321 / Al در ریخته‌گری مرکب در دمای 840 درجه سانتیگراد

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه اراک، اراک، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.
10.22034/frj.2024.422960.1187
چکیده
ریخته‌گری کامپوزیت یک فرآیند تولید تخصصی است که برای ایجاد اجزا یا ساختارهای متشکل از دو فلز مجزا استفاده می شود. در این تحقیق، کامپوزیت‌های دو فلزی متشکل از AISI 321 و آلومینیوم به روش ریخته‌گری کامپوزیت تولید شدند. این فرآیند شامل ریختن آلومینیوم مذاب بر روی یک هسته فولادی است. در طول فرآیند ریخته‌گری، آلومینیوم مذاب هسته فولادی را احاطه می‌کند و منجر به برهمکنش دینامیکی بین آلومینیوم مایع و فولاد جامد می‌شود. این فعل و انفعال یک رابط منحصر به فرد بین دو ماده ایجاد می‌کند و در نتیجه ترکیبات بین فلزی در این رابط ایجاد می‌شود. در این تحقیق تأثیر دو عامل کلیدی نسبت حجم فلز مذاب به حجم هسته جامد و دمای ریختن بررسی شده است. این متغیرها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (SEM) با آنالیز نقطه عنصری (EDS) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان می‌دهد افزایش نسبت حجم مذاب به جامد منجر به افزایش ضخامت فصل مشترک آلومینیوم و فولاد می‌شود. هنگامی که نسبت حجم مذاب به جامد افزایش یافت، زمان انجماد آلومینیوم نیز افزایش یافت. این افزایش زمان انجماد تأثیر مستقیمی بر میزان نفوذ فولاد در آلومینیوم در حال انجماد دارد. نتایج تجزیه و تحلیل EDS نشان داد که فصل مسترک دو فلزی از ترکیبات بین فلزی مختلف تشکیل شده است که شامل FeAl3، Fe2Al5، FeAl2 و FeAl هستند. این ترکیبات به دلیل واکنش‌های شیمیایی بین آلومینیوم و فولاد در سطح مشترک ایجاد می‌شوند و حضور آنها در درک خواص و رفتار ساختار کامپوزیت اهمیت زیادی دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Guo Z. L., Liu M., Bian X. F., Liu M. J., Li J. G., An Al–7Si alloy/cast iron bimetallic composite with super-high shear strength, J. Mater. Res. Technol, 2019, 8, 3126–3136.
[2] Jiang W. M., Li G. Y., Wu Y., Liu X. W., Fan Z. T., Effect of heat treatment on bonding strength of aluminum/steel bimetal produced by a compound casting, J. Mater. Process. Technol, 2018, 258, 239–250.
[3] Samandari M., Abrinia K., Akbarzadeh A., Bulaqi H. A., Faraji G., Properties and mechanism of Al/St bimetal tube bonding produced by cold spin-bonding (CSB) process, Transactions of the Indian Institute of Metals, 2017, 70(10) 2673-2682.
]4[ برادران مهرآباد هـ..، دیواندری م.، ثقفیان لاریجانی ح.، اثر زمان و دما بر مشخصات فصل مشترک آلومینیم خالص و فولاد ساده کربنی، پژوهش‌نامه ریخته‌گری، 1397، 2(1) 57–70.
[5] Tolaminejad B., Hoseini Athar M. M., Arabi H., Karimi Taheri A., Enhanced grain refinement of commercial pure copper using the ECAE of Al–Cu–Al tri-layer composite, Engineering Science and Technology, an International Journal, 2016, 19(1) 254-259.
[6] Heydari Vini M., Daneshmand S., Forooghi M., Roll bonding properties of Al/Cu bimetallic laminates fabricated by the roll bonding technique, Technologies, 2017, 5 32-42.
[7] Hajjari E., Divandari M., Razavi S. H., Emami S. M., Homma T., Kamado S., Dissimilar joining of Al/Mg light metals by compound casting process, Journal of Materials Science, 2011, 46, 6491-6499.
]8[ توسلی س.، عباسی م.، تهوری ر.، بررسی تشکیل ترکیبات بین فلزی در ریخته‌گری مرکب دوفلزی مس–آلومینیم، مواد پیشرفته در مهندسی، 1395، 35(2) 115-129.
[9] Xu H., Liu C., Silberschmidt V.V., Pramana S.S., White T.J., Chen Z., Acoff V.L., Behavior of aluminum oxide, intermetallics and voids in Cu–Al wire bonds, Acta Materialia, 2011, 59, 5661–5673.
]10[ توسلی س.، عباسی م.، تهوری ر.، بررسی تشکیل ترکیبات بین فلزی روی استحکام  و مقاومت الکتریکی دوفلزی Al-Cu تولید شده به روش ریخته‌گری استاتیک ترکیبی، مواد نوین،1396، 7(3) 27 -44.
[11] Tavassoli S., Abbasi M., Tahavvori R., Controlling of IMCs layers formation sequence, bond strength and electrical resistance in AlCu bimetal compound casting process, Materials & Design, 2016, 108, 343-353.
[12] Standard Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials, ASTM E384-11, 2011.
[13] Rabin B.H., Wright R.N., Synthesis of iron aluminides from elemental powders: Reaction mechanisms and densification behavior, Metall. Trans. A. 1991, 22, 277-286.
[14] Fartushna I., Samelyuk A., Meleshevich K., Tikhonova I., Novichenko V., Bulanova M., An experimental investigation of phase transformations in the Al-Fe-V system, Materials Characterization, 2023, 205.
[15] Shao L., Shi Y., Huang J. K., Wu S. J., Effect of joining parameters on microstructure of dissimilar metal joints between aluminum and galvanized steel, Mater. Des, 2015, 66, 453–458.
[16] Pontevichi S., Bosselet F., Barbeau F., Peronnet M., Viala J. C., Solid-liquid phase equilibria in the Al-Fe-Si system at 727C, J. Phase Equilib. Diffus, 2004, 25, 528-537.
[17] Springer H., Kostka A., Payton E. J., Raabe D., Kaysser-Pyzalla A., Eggeler  G., On the formation and growth of intermetallic phases during interdiffusion between low-carbon steel and aluminum alloys, Acta Mater, 2011, 59, 1586-1600.
[18] Jiang W., Fan Z., Li C., Improved steel/aluminum bonding in bimetallic castings by a compound casting process, Journal of Materials Processing Technology, 2015, 226, 25-31.
[19] Choe K., et al., Study of the interface between steel insert and aluminum casting in EPC, Journal of Materials Science and Technology, 2008, 24(1) 60-64.
[20] Liu, T., et al. An investigation into interface formation and mechanical properties of aluminum–copper bimetal by squeeze casting, Materials & Design, 2016, 89, 1137-1146.
[21] Dybkov V. I., Reaction Diffusion and Solid State Chemical Kinetics, Trans Tech Publ, 2010.
[22] Locke C., Guggemos M., Gruber M., Maier L., Mayr L., Weiß T., Volk W., Günther D., Compound casting of aluminum with sheet steel in 3d sand casting using an inductive heating system, Metals, 2023, 13(2) 354.
[23] Noguchi T., et al., Application of flow and solidification simulation in cast-in insertion processing, International Journal of Cast Metals Research, 2015, 18(4) 214-220.
[24] Ferro P., Fabrizi A., Bonollo F., Berto F., Influence of aluminum casting alloys chemical composition on the interaction with a 304L stainless steel insert, Procedia Structural Integrity, 2021, 33, 189-197.
[25] Mesbahzadeh A., Abdolmaleki H., Seyedraoufi Z.S., Ahmadi A., Mirzavand K., Shajari Y., Bakhtiari H., Interfacial Investigation of St13/Molten Zn–5% Al and Corrosion Behavior of Formed Layer via Hot-Dip Process, Surf Engin Appl Electrochem, 2021, 57, 124–135.
دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 22
بهار و تابستان
بهار 1402
صفحه 35-44

  • تاریخ دریافت 28 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 07 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 08 بهمن 1402