پژوهش نامه ریخته گری
سال:1397 | دوره:2 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

در این پژوهش، اثر فرایند ریخته گری کوبشی بر ریزساختار انجمادی، عیوب ریختگی و سختی آلیاژ A390 مورد بررسی قرار گرفته و با روش های ریخته گری در ماسه و قالب فلزی مقایسه شده است. برای ریخته گری کوبشی از یک پرس و قالب فلزی پیش گرم شده تا 200 درجه سانتیگراد تحت فشار MPa120 استفاده شد. بررسی های ریزساختاری و سختی سنجی انجام شد. از دستگاه آنالیز حرارتی برای ارزیابی منحنی های سرد شدن مذاب و تحلیل فازی استفاده شد. نتایج نشان داد که ریزساختار این آلیاژ در شرایط ریخته گری کوبشی نسبت به روش های ریخته گری در ماسه و ریژه اصلاح و ظریف تر شده و عیب های انقباضی به شدت کاهش یافته است. در شرایط ریخته گری کوبشی، مساحت ذرات سیلیسیم اولیه و طول تیغه های سیلیسیم یوتکتیک کوچک تر و کمتر شده است. ارزیابی های کمی نشان داد که روش ریخته گری کوبشی در مقایسه با دو روش ریخته گری در ماسه سبب کاهش متوسط مساحت و نسبت طول به عرض ذرات سیلیسیم های اولیه به ترتیب به میزان های 74 و 17 درصد شده است. همچنین سختی این آلیاژ در روش ریخته گری کوبشی در مقایسه با روش های ماسه ای و قالب فلزی به ترتیب به میزان 30 و 18 درصد افزایش یافته است.

در این تحقیق تاثیر کلسیم، استرانسیم، منگنز و برلیم در بهسازی و بهبود اندیس کیفیت آلیاژ 356 A آلومینیم حاوی 2/1 درصد وزنی ناخالصی آهن، قبل و بعد از عملیات حرارتی، بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل شده، استرانسیم و کلسیم موجب بهسازی ذرات سیلیسیم یوتکتیک و کاهش ابعاد ترکیبات مخرب β-Al5FeSi می شوند به گونه ای که اندازه متوسط این فازها به ترتیب 23 و 18 درصد کاهش می یابد. افزودن برلیم و منگنز تاثیری بر فاز سیلیسیم یوتکتیک ندارد اما موجب جایگزینی صفحات ترد و شکننده بتا توسط ذرات آلفا ( α-Fe ) با مورفولوژی حروف چینی می شود. در اثر این تغییرات ریزساختاری، اندیس کیفیت آلیاژهای بهسازی شده توسط کلسیم، استرانسیم، برلیم و منگنز به ترتیب 58، 32، 31 و 17 درصد افزایش می یابد. انجام عملیات حرارتی 6 T ضمن استحکام دهی رسوبی آلیاژ، موجب بهسازی حرارتی سیلیسیم یوتکتیک و خردایش صفحات بتا می شود اما تاثیر آن در کاهش ابعاد و کسر حجمی ترکیبات آلفا کمتر است. بیشترین میزان بهبود اندیس کیفیت در نمونه بهسازی نشده با عملیات حرارتی به میزان 36 درصد است. در حالی که این میزان در نمونه های بهسازی شده توسط کلسیم، استرانسیم، برلیم و منگنز به ترتیب 6، 13، 21 و 19 درصد است. افزایش میزان تخلخل و حضور ترکیبات نسبتا درشت آلفا در ریزساختار از جمله مهمترین عوامل موثر در کاهش نسبی اندیس کیفیت نمونه های بهسازی شده پس از عملیات حرارتی به شمار می آیند.

تقاضا برای افزایش راندمان توربین های گازی، محرک اصلی برای توسعه نسل های جدید مواد دمای بالاست. در این راستا سوپرآلیاژهای جدید پایه کبالت Co-Al-W حاوی فاز استحکام بخش ' γ که پتانسیل مناسبی جهت بکارگیری در دمای بالا دارند مورد توجه قرار گرفته اند. هدف اصلی این تحقیق بررسی فازهای ایجاد شده در یک سوپرآلیاژ ریختگی چند عنصری از این خانواده، با استفاده از روش های تجربی و نرم افزار JMatPro است. به این منظور پس از طراحی آلیاژ، عملیات ریخته گری آن در کوره VIM انجام شد. آلیاژ با استفاده از SEM-EDS، FE-SEM، XRD و DSC مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که در زمینه آلیاژ ریختگی (فاز γ )، تنها فاز ' γ و کاربیدهای MC (غنی از تیتانیم و تنگستن) حضور دارند. نتایج نرم افزار به خوبی حضور فازهای مذکور و دماهای تشکیل آن ها را پیش بینی کرد. به علاوه نتایج نرم افزار نشان داد که فاز µ باید در ریزساختار آلیاژ وجود داشته باشد. طبق نتایج و پیش بینی های نرم افزار، عملیات حرارتی در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان 48 ساعت انجام شد و فاز غنی از تنگستن µ در ریزساختار به وجود آمد. نتایج نشان داد که از نظر ترمودینامیکی تشکیل فاز µ لازم است اما تامین شرایط سینتیکی در تشکیل آن نقش مهمی دارد.

در پژوهش حاضر اثر دمای بارریزی، ارتعاش مکانیکی قالب، دمای قالب و گرمایش مجدد بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ هایپریوتکتیک آلومینیم-سیلیسیم مورد بررسی قرار گرفت. برای طراحی آزمایش از روش تاگوچی استفاده شد. از نسبت سیگنال به نویز و آنالیز واریانس برای تعیین مقادیر مطلوب هر متغیر و همچنین درصد مشارکت متغیرها در مقدار متغیر خروجی (پاسخ) استفاده شد. اثر گرمایش مجدد نمونه ها در سه دمای 540، 555 و ° C 565 و پنج زمان نگهداری 5، 30، 60، 90 و 120 دقیقه در شرایط مطلوب مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری مجهز به سیستم آنالیز تصاویر استفاده شد. قطر متوسط، شاخص توزیع و میزان کرویت ذرات سیلیسیم اولیه و سیلیسیم یوتکتیک محاسبه شد. دو آزمون سختی سنجی برینل و کشش به منظور ارزیابی خواص مکانیکی استفاده شد. نتایج آنالیز نشان داد که شمش ریخته گری شده در دمای بارریزی ° C750 درجه سانتی گراد، دمای قالب ° C350 و فرکانس ارتعاش قالب Hz60 از بالاترین مقدار سختی و استحکام کششی برخوردار است. از سوی دیگر، نتایج ریزساختاری نشان داد که فرآیند گرمایش مجدد، موجب افزایش کرویت و کاهش اندازه سیلیسیم یوتکتیک شد، اما تاثیر قابل توجهی بر اندازه سیلیسیم اولیه نداشت.

برای دستیابی به یک کامپوزیت جفت-فلزی قابل قبول از دو فلز، بررسی مشخصات فصل مشترک آنها ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق اتصال بین یک نمونه فولاد ساده کربنی و آلومینیم خالص تجاری و نحوه تشکیل و رشد ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک مورد بررسی قرار گرفت. میله های فولادی، در زمان های مختلف 5، 10، 15 و 20 دقیقه در دماهای 680، 720، 760 و 800 درجه ی سانتیگراد، درون مذاب آلومینیم خالص نگه داشته شده و سپس از مذاب بیرون آورده و در هوا خنک شدند. پس از نمونه گیری از مقاطع، ریزساختار فصل مشترک تشکیل شده بین زیرلایه ی فولادی و آلومینیم با میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکترونی (SEM)، اسپکتروسکوپی اشعه ایکس (EDS) و ریزسختی سنجی ویکرز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که لایه ی بین فلزی از دوترکیب بین فلزی FeAl3 و Fe2Al5 تشکیل شده است. با افزایش دما و زمان غوطه وری نوع ترکیبات تشکیل شده بدون تغییر بوده و فقط ضخامت لایه ی بین فلزی تغییر کرده است. برای بررسی سختی فازهای تشکیل شده، تست ریزسختی سنجی ویکرز در راستای عمود بر فصل مشترک نشان داد که سختی فصل مشترک واکنشی ایجاد شده به دلیل وجود ترکیبات بین فلزی سخت و ترد، بالاتر از سختی فلزات پایه فولاد و آلومینیم است. سینیتیک تشکیل ترکیبات مورد بحث قرار گرفته است.

در این تحقیق، عیوب فوم در شرایط مختلف تولید فوم های آلومینیمی A356 با سلول بسته مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور فوم ها با استفاده از مواد پدیدآورندة گاز هیدرید تیتانیم (TiH2) و کربنات کلسیم (CaCO3) بطور جداگانه و بدون اضافه کردن ذرات پایدارکننده ی سرامیکی به مذاب، تولید شدند. فرآیند فوم شدن با استفاده از ذرات TiH2 با 2-1 درصد وزنی در دماهای 750-650 درجة سانتی گراد و در زمان های نگه داری 30 ثانیه الی 2 دقیقه انجام شد. همچنین فرایند فوم شدن توسط ذرات CaCO3 با 5/3-5/2 درصد وزنی در دمای 700 درجة سانتی گراد و در زمان های نگه داری 10 و 20 دقیقه، انجام شد. عیوب فوم شامل زهکشی، به هم پیوستگی سلول ها و توزیع اندازه ی سلول بر اساس بررسی های میکروسکوپی نوری و الکترونی روبشی و چگالی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از عوامل فومی ساز TiH2 و CaCO3 و بدون استفاده از ذرات پایدارکننده ی سلول ها، می توان فوم با ساختار سلولی همگن از آلیاژهای Al-Si-Mg تولید نمود. تولید فوم مطلوب با استفاده از 3 درصد وزنی ترکیبات CaCO3 و یا با استفاده از 5/1 درصد وزنی TiH2بدست می آید. در هر دو روش تولید فوم با افزایش زمان نگه داری، میزان عیوب زهکشی و به هم پیوستن سلول ها افزایش می یابد. در حالی که در نمونه های فوم شده توسط TiH2 با افزایش دمای فوم شدن و در نمونه های فوم شده توسط CaCO3، با کاهش زمان هم زدن، میزان عیوب زهکشی و به هم پیوستن سلول ها افزایش می یابد.