بررسي عوامل مؤثر در فرايند نيمه جامد به روش دمش گاز خنثي- تيكسواكستروژن در آلياژ آلومينيم– مس و نقش آن بر رئولوژي، ريزساختار و خواص مكانيكي

دكتري

در تحقيق حاضر آلياژ Al-4.3%Cu طي فرايند نيمه¬جامد دمش گاز خنثي (GISS) تحت فراوري قرار گرفت و عوامل مؤثر بر اين فرايند از جمله دبي گاز خنثي، زمان دمش گاز و دماي شروع دمش و تأثير اين عوامل بر ريزساختار آلياژ مورد بررسي و تحليل قرار گرفت. اعمال فرايند GISS، به¬طور محسوسي باعث تبديل ساختار دندريتي به گلبولي در اين آلياژ ¬شد. طي اين تحقيق براي اولين بار تغييرات دمايي حين فرايند نيمه¬جامد به صورت لحظه¬اي و به¬منظور استفاده از آن براي تحليل¬هاي ريزساختاري و رفتار انجمادي، استخراج و منحني¬هاي آناليز حرارتي ارائه و تحليل شد. با استفاده از نتايج ريزساختاري و آناليز حرارتي، مكانيزم تبديل ساختار دندريتي به گلبولي طي فرايند دمش گاز ارائه گرديد. تأثير فرايند GISS روي دماي تلاقي دندريت¬ها/گلبول¬ها اندازه¬گيري شد و مشخص شد طي اين فرايند، اين نقطه به ميزان ˚C7 به تعويق مي¬افتد. در اين حالت درصد جامد در نقطه تلاقي از 9 درصد در ساختار دندريتي به 21 درصد در حالت اعمال فرايند GISS مي¬رسد. با به تعويق افتادن نقطه تلاقي، تمايل به ايجاد عيوب ريخته¬گري در اثر اعمال فرايند GISS، به طور محسوسي كاهش يافت. بررسي تأثير عوامل مؤثر در فرايند GISS بر تمايل به پارگي گرم آلياژ نيز از جمله محورهاي ديگر اين پژوهش بود. براي اين منظور انجماد اين آلياژ در قالب با ميله¬هاي محدود شده (CRC) با استفاده از نرم¬افزار پروكست شبيه¬سازي و مناطق مستعد به ايجاد پارگي گرم ارزيابي و تحليل شد. براي كمّي¬سازي حساسيت به ترك گرم ساخت قالب CRC در دستوركار قرار گرفت و نمونه¬هاي توليد شده از طريق GISS به همراه نمونه شاهد در اين قالب ريخته¬گري شدند. در بين نمونه¬ها، ضريب حساسيت به ترك گرم نمونه¬اي كه از دماي ˚C680 به مدت s10 تحت دمش گاز خنثي با دبي L.min-12 قرار گرفت، در مقايسه با ضريب حساسيت به ترك گرم نمونه شاهد كه 14 اندازه¬گيري شده بود، كاهش چشمگيري داشت و برابر يك شد. همچنين پس از طراحي و ساخت دستگاه ويسكومتر با صفحات موازي، بررسي و تحليل رئولوژيكي نمونه¬ها با انجام آزمايشات ويسكومتري روي تعدادي از نمونه¬ها صورت پذيرفت كه طي آن مشخص گرديد با اعمال فرايند GISS ويسكوزيته آلياژ در منطقه نيمه¬جامد به شدت نسبت به نمونه با ساختار دندريتي كاهش مي¬يابد. ضمناًَ نتايج ويسكومتري نشان داد كه كسر جامد تأثير چشمگيري بر مقدار ويسكوزيته دارد. در نمونه¬اي كه در دماي ˚C670 به مدت s20 تحت دمش گاز خنثي با دبي L.min-14 قرار گرفته بود، با كاهش كسر جامد از 4/0 به 33/0، ويسكوزيته به¬شدت كاهش يافت به طوري كه لگاريتم ويسكوزيته از مقدار 220/8 به Pa.s035/7 رسيد. با استفاده از نتايج حاصل، روابطي استخراج شد كه طي آن ميزان ويسكوزيته با استفاده از شرايط انتخاب شده براي فرايند GISS، قابل محاسبه است. در نهايت تعدادي از نمونه¬ها با ساختار بهينه به دو روش رئوكست و تيكسواكستروژن شكل داده شد و تحت آزمايشات¬ مكانيكي قرار گرفتند. اعمال فرايند GISS و همچنين تلفيق اين فرايند با تيكسواكستروژن، باعث بهبود محسوس خواص مكانيكي ¬شد. به طوري كه بيشينه استحكام كششي، استحكام تسليم، درصد ازدياد طول نسبي و چقرمگي كششي نمونه¬اي كه از دماي ˚C670 به مدت s20 تحت دمش گاز خنثي با دبي L.min-14 قرار گرفته و سپس تيكسواكستروژن شد، به ترتيب 11، 26، 275 و 360% نسبت به نمونه شاهد در حالت ريخته¬گري ثقلي افزايش يافت.

194063

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد و متالورژي

دكتر سعيد شبستري