پژوهش نامه ریخته گری
سال:1398 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

در این تحقیق آلیاژ Al-4. 3%Cu طی فرایند نیمه جامد دمش گاز خنثی (GISS) تحت فراوری قرار گرفت. با اعمال فرایند GISS اندازه دانه ها به طور قابل ملاحظه با تبدیل به ساختار گلبولی ریز شد، به طوری که میانگین اندازه دانه ها از چندین میلیمتر به کمتر از μ m100 رسید. نتایج نشان داد که اعمال فرایند GISS، به طور محسوس باعث تبدیل ساختار دندریتی به گلبولی در این آلیاژ می شود. از سوی دیگر عیوبی نظیر حفرات انقباضی نیز در ساختار نمونه های فراوری شده با GISS، مشاهده نشد. میانگین اندازه دانه با افزایش دبی گاز خنثی، کاهش یافت. مدت زمان دمش گاز خنثی نسبت به دبی گاز تاثیر قابل ملاحظه ای روی میانگین اندازه دانه ندارد. افزایش دمای شروع دمش گاز خنثی در دبی و مدت زمان دمش گاز ثابت، باعث افزایش میانگین اندازه دانه ها می گردد. در بین نمونه های تولیدی، نمونه ایی که بمدت 20 ثانیه تحت دمش گاز خنثی آرگون با دبی 4 لیتر بر دقیقه و در دمای 670 درجه سانتیگراد تحت فرآیند نیمه جامد قرار گرفته بود، کمترین میانگین اندازه دانه (μ m76) و بیشترین میزان کرویت (86/0) را داشت. نتایج نشان داد که فراوری آلیاژ طی فرایند GISS باعث کاهش محسوس حساسیت به پارگی گرم می شود به طوری که این ضریب از 14 که متعلق به نمونه شاهد در حالت ریخته گری معمول است به 1 برای یکی از نمونه های GISS شده که از دمای C680 به مدت 10 ثانیه تحت دمش گاز خنثی با دبی L. min-12 قرار گرفت، می رسد.

هدف از پژوهش حاضر، ریخته گری جهتدار میله هایی از جنس سوپرآلیاژ GTD111 به روش بریجمن و تعیین اثر شرایط مرزی انتقال حرارت بر نرخ رشد جهت دار و همچنین ریزساختار دانه بندی حاصل از آن، به کمک شبیه سازی عددی است. به این منظور، درقدم اول، شرایط مرزی انتقال حرارت در مرزهای مذاب-قالب و مذاب-مبرد در کوره بریجمن طی انجماد کامل خوشه ای، متشکل از میله های GTD111 مشخص شده و سپس ساختار دانه بندی میله ها پس از عملیات متالوگرافی؛ در دو مقطع طولی و عرضی آنها ظاهرشدند. درقدم دوم، شرایط مرزی انتقال حرارت مشخص شده فوق، در نرم افزار Pro-cast وارد شده و شبیه سازی فرایند انجماد و الگوی رشد دانه بندی در دو مقطع طولی و عرضی شبیه سازی عددی شدند (متالوگرافی مجازی) و نتایج هر دو متالوگرافی مجازی و واقعی مقایسه شدند. پس از اطمینان از صحت نتایج شبیه سازی، با تغیر شرایط مرزی و اولیه حرارتی جدید، اثر گرادیان دما بر الگوی رشد دانه های ستونی، شبیه سازی و تاثیر آن برفاصله بین بازوهای ثانویه طی رشد بدست آمد. نتایج نشان می دهد، در سرعت رشد حدود 4 میلیمتر بر دقیقه، با تنظیم گرادیان دما در محدوده بین 80 الی 100 درجه سلسیوس بر میلیمتر، میانگین فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی، تقریبا100-120 میکرون خواهد بود.

اثر روش های عملیات حرارتی و مکانیکی برای اصلاح ترشوندگی ذرات کاربید سیلیسیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت Al-A356/SiC مورد بررسی قرار گرفته است. از روش ریخته گری گردابی برای تولید کامپوزیت استفاده شده است. کاربید سیلیسیم با میانگین اندازه ذرات 2، 10 و 50 میکرومتر به میزان 10 درصد حجمی در دمای 640 درجه سانتی گراد به طور تدریجی در حین هم زدن به مذاب افزوده شدند. برای عملیات حرارتی ذرات، اکسیداسیون در دمای 950 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت و نگهداری در 650 درجه سانتی گراد به مدت دو ساعت انجام شد. برای عملیات مکانیکی هم از آسیاکاری به مدت یک ساعت همراه با پودر آلومینیم استفاده شد. پس از پایان هم زدن و آماده شدن کامپوزیت، دمای مذاب تا 700 درجه سانتی گراد افزایش داده شده و سپس در قالب فلزی ریخته گری شد تا نمونه های مختلف تهیه شوند. از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مجهز به EDS برای بررسی ریزساختار و آنالیز عناصر و هم چنین از روش ویکرز برای ارزیابی سختی استفاده شده است. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی اکسیداسیون ذرات SiC سبب می شود که توزیع و اتصال بهتری از ذرات در زمینه کامپوزیت ایجاد شود. ولی در نمونه ای که از کار مکانیکی استفاده شده، اتصال خوبی بین ذرات SiC با زمینه مشاهده نشده است و ذرات به صورت مطلوب پخش نشده اند. همچنین از میان سه نمونه عملیات حرارتی شده، نمونه ی اکسید شده در 950 درجه سانتی گراد و 650 درجه سانتی گراد، ترشوندگی و توزیع بهتری از ذرات در زمینه و بیشترین سختی به میزان 139 ویکرز را دارد.

در این پژوهش، تاثیر زمان نگه داری مذاب (3 و 20 دقیقه) در بوته آلومینایی و در کوره ذوب القایی تحت خلا (VIM) بر میزان گازها، رسوبات 'γ و خواص تنش-گسیختگی آلیاژ بررسی شده است. آنالیز ترکیب شیمیایی و گازهای اکسیژن و نیتروژن و ارزیابی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد و درنهایت رفتار تنش-گسیختگی در دمای 980 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش زمان نگه داری مذاب در بوته از 3 به 20 دقیقه، مقدار اکسیژن مذاب در اثر واکنش احیای بوته، از 96 به ppm165 افزایش می یابد. همچنین کسر حجمی رسوبات 'γ پس از پیرسازی نهایی به دلیل کاهش آلومینیم در اثر واکنش با اکسیژن و تبخیر آن به میزان 9% (از 46% به 37%) نسبت به مقدار اولیه کاهش یافته و مورفولوژی آنها از تقریبا مکعبی به مکعبی تغییر می یابد. نتایج خواص تنش-گسیختگی حاکی از کاهش عمر گسیختگی آلیاژ از 6/22 به 19 ساعت، با افزایش زمان نگه داری مذاب است.

طراحی سیستم راهگاهی یکی از متغیرهای مهم در ریخته گری قطعات چدن نشکن به روش افزودن منیزیم در راهگاه است. در این پژوهش از یک سیستم راهگاهی جدید (بر اساس نظریه سرعت بحرانی) برای ریخته گری قطعات نمونه استفاده شد. اثر سه شاخص حلالیت منیزیم (مقادیر 03/0 و 04/0 و 05/0) متفاوت و سه ارتفاع محفظه واکنش (مقادیر 30، 35 و 40 میلی متر) و همچنین اثر استفاده از مبرد بر ریزساختار و نحوه تشکیل گرافیت در موقعیت های مختلف قطعه نسبت به سیستم راهگاهی مورد بررسی قرار گرفت. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که نتایج مطلوب هم از نظر تعداد گرافیت ها در واحد سطح (ندول کانت) بالاتر و هم از نظر توزیع یکنواخت تر آن در سرتاسر قطعه، مربوط به شاخص حلالیت 03/0 و ارتفاع 30 میلی متر است. با افزایش ارتفاع محفظه واکنش، میزان کروی شدن و تعداد گرافیت ها در یک میلی متر مربع کاهش یافت. همچنین هر چه قدر سرعت سرد شدن قطعه بالاتر باشد، تعداد گرافیت ها در یک میلی متر مربع بیشتر می شود.

در این تحقیق نمونه هایی از جنس سوپر آلیاژ IN738LC در دمای ° C1210 به مدت 5 ساعت محلول سازی شدند. نمونه ها پس از انحلال در دو محیط هوا و نیتروژن مایع سرد شدند. یکی از نمونه های سرد شده در هوا، پس از هم دمایی با محیط به مدت 2 ساعت در نیتروژن مایع نگه داری شد. برای بررسی تاثیرات نرخ سردایش بالا و عملیات زیر صفر عمیق روی ریزساختار و سختی، نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون سختی سنجی شناسایی شدند. نتایج مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نرخ سرد کردن رسوبات باقیمانده 'γ کاملا کروی گشته و اندازه و کسر حجمی آنها نسبت به نرخ سردایش پایین تر کاهش می یابد. عملیات زیر صفر عمیق سبب کاهش اندازه رسوبات تا میزان 117 نانومتر شد. در حالی که سرد شدن در نیتروژن مایع اندازه رسوبات را تا 76 نانومتر کاهش داده بود. این موضوع نشان می دهد که سردایش در هوا فرصت رشد را در اختیار رسوبات گذاشته است. با افزایش نرخ سرمایش و نگه داری در صفر عمیق سختی نمونه ها کاهش یافت به طوری که کمینه سختی مربوط به نمونه نگه داری شده در نیتروژن مایع بود. نتایج این تحقیق می تواند برای پره های جدید پس از ریخته گری و همچنین تحت سرویس استفاده شود و به بهبود روند عملیات حرارتی کمک کند.