بررسي پارگي گرم و رفتار انجمادي در فرآيند انجماد نفوذي كنترل شده ي آلياژ 7068 آلومينيم

دكتري تخصصي

نياز كنوني صنعت ريخته¬گري، توسعه¬ي روش¬ها و فرآيندهاي نوين و مقرون به صرفه¬اي است كه به كمك آن¬ها بتوان گستره¬ي وسيع-تري از آلياژهاي صنعتي، از جمله آلياژهاي كارپذير آلومينيم را شكل¬ريزي كرد. مانع اصلي در برابر شكل¬ريزي اين آلياژها، حساسيت بالاي آن¬ها به پارگي گرم است. در اين پژوهش سعي شد تا با واكاوي مكانيزم وقوع پارگي گرم (جوانه¬زني و اشاعه) در آلياژ كارپذير 7068 آلومينيم، به بررسي دليل حساسيت اين آلياژ به اين عيب پرداخته شود و سپس، با مقايسه¬ي رفتار انجمادي آلياژ حين انجماد نفوذي كنترل¬شده (CDS) و انجماد مرسوم، چگونگي تأثير فرآيند CDS در اين مكانيزم تبيين شود. به اين منظور، با اصلاح قالب ناويكوف، يك قالب فلزي انقباض¬محدود (CRC) ساخته شد و يكي از شاخه¬هاي آن با حسگر نيرو و دما، تجهيز شد. با ريخته¬گري در اين قالب، در پيش¬گرم ثابت (oC 400) و در سه حالت فرآوري؛ با فوق¬گداز oC50 (Conv.) و فوق گداز oC5 (NLC)، و مخلوط CDS، اثر فرآوري انجمادي بر حساسيت به پارگي گرم به صورت كيفي و كمي برآورد شد. براي وقوع پارگي، به تنش يسيار كمي معادل با MPa 52/0 نياز است كه به خوبي حساسيت بالاي آلياژ به پارگي گرم را نشان مي¬دهد. سطح پارگي به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM) مطالعه شد و شواهدي مبني بر حضور مذاب يوتكتيكي در هنگام وقوع پارگي مشاهده شد. در بخش¬هايي از سطح پارگي، انجماد يوتكتيك كامل شده و فصل مشترك ضعيف بين فاز σ در يوتكتيك و فاز اوليه، به عنوان يكي از عوامل تأثير گذار در حساسيت آلياژ به پارگي گرم تشخيص داده شد. با محرز شدن نقش انجماد يوتكتيك، به بررسي دقيق¬تر تاريخچه¬ي انجماد آلياژ از طريق ثبت منحني سرد شدن، آناليز حرارتي پرداخته شد. روي منحني مشتق اول، درست پيش از پيك مربوط به انجماد يوتكتيك نهايي، يك برجستگي مشاهده شد. اين برجستگي به توقف انجماد فاز اوليه ناشي از گذار از فصل مشترك غير مسطح به مسطح ربط داده شد. طول اين برجستگي در حالت CDS نسبت به دو حالت انجمادي ديگر تقريباً %60 كوتاه تر است كه نشان از تعويق توقف انجماد (گذار غير مسطح - مسطح) به كمك اين فرآيند دارد. تركيب شيميايي فازهاي بين¬فلزي و يوتكتيك نهايي به كمك آناليز EDS، و ساختار دانه¬بندي آن از طريق آناليز EBSD، بررسي شد. پس از توقف انجماد در دمايoC510 TPE= ، مذاب باقي¬مانده و فوق اشباع از آلومينيم تحت تبريد مي¬شود. در اين حالت رسوب فاز σ از طريق جذب سطحي شروع شده و در ادامه به صورت متمركز روي نابه¬جايي هاي پيچي موجود در سطح فاز اوليه، رشد مي¬كند. با رسيدن به شعاع بحراني، فاز σ در دماي oC481 TE= جوانه¬زني كرده و مطابق با مكانيزم لمايگنان، به صورت دندريت¬هاي سطحي روي فاز اوليه گسترده مي¬شود. فاصله¬ي دمايي بين دماي TPE تا TE، محدوده¬ي تردي آلياژ است. در اين محدوده، جذب سطحي فاز σ انجام مي¬شود و بنابراين، احتمال تشكيل پل¬هاي يوتكتيكي جامد بين دانه¬هاي مجاور بسيار بالا است. با تشكبل پل¬هاي يوتكتيكي جامد، مذاب حبس شده و فعال شدن مكانيزم تغذيه¬ي-جامد از طريق تغيير شكل مومسان جامد اطراف، پل¬هاي يوتكتيكي جامد را مي¬شكند و پارگي جوانه¬زني مي¬كند. با شكست پل¬ها، استحكام كششي ماده تنها به دليل حضور پل¬هاي مذاب است. اعمال كرنش هاي ماكروسكوپي، بر چنين ماده¬اي، با عدول از يك كرنش بحراني، منجر به گسيخته شدن پل هاي مذاب و اشاعه¬ي پارگي مي¬شود. روش فرآوري CDS، با تعويق توقف انجماد، تشكيل پل¬هاي يوتكتيكي جامد را به تعويق انداخته و به اين ترتيب مانع از وقوع پارگي گرم مي¬شود.

193142

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد و متالورژي

دكتر مهدي ديواندري - دكتر حسن ثقفيان لاريجاني