محسن خسروآقاياني- Mohsen Khosro Aghaiani

عنوان : بررسي تأثير عمليات آلتراسونيك بر ساختار و خواص مكانيكي آلياژ منيزيم AZ91

TITLE : Study of the Effect of Ultrasonic Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Magnesium alloy

چكيده

عمليات آلتراسونيك يكي از روشهاي ديناميكي مي­باشد كه به منظور بهبود و اصلاح ساختار انجمادي و خواص آلياژهاي ريختگي مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين تحقيق   به منظور بررسي تأثير توان آلتراسونيك بر ساختار و خواص آلياژ AZ91، مذاب آلياژ AZ91 تحت محافظت پوشش فلاكس   MAGREXدر دماي ?C700 آماده شد و به مدت 5 دقيقه در اين دما تحت عمليات آلتراسونيك با توانهاي مختلف قرار ­گرفته و سپس در دماي حدود ?C685 در قالبهاي استوانه­اي از جنس ماسه CO_۲ ريخته­گري ­شد. همچنين به منظور بررسي تأثير زمان عمليات آلتراسونيك، عمليات با توان ثابت در دماي ?C700 و به مدت زمانهاي صفر، 2 و 5 دقيقه بر روي مذاب انجام شد و مذاب درون قالبهاي ماسه CO_۲ ريخته­گري شد. به منظور بررسي تأثير عمليات آلتراسونيك تا كسر جامدهاي مختلف، مذاب به دماي ?C 605 كه حدود 7 درجه بالاي دماي ليكوئيدوس مي­باشد،   رسانده شده و از اين دما تحت عمليات آلتراسونيك قرار گرفت. سپس مذاب تحت عمليات آلتراسونيك تدريجاً تا كسر جامدهاي مورد نظر در منطقه نيمه جامد سرد شده و در آب كوئنچ گرديد. آزمايشات مشابهي نيز بدون اعمال آلتراسونيك به منظور مقايسه در   هر يك از حالتها انجام شد. بررسي ساختار و خواص نمونه­ها نشان داد كه با افزايش توان و زمان عمليات آلتراسونيك اعمالي بر مذاب، اندازه دندريتهاي ?-Mg و همچنين ابعاد ذرات فازهاي مياني موجود در ساختار شامل فازهاي Mg_۲Si، MnFeAl(Si) و Mg_۱۷Al_۱۲ كاهش و ميزان كرويت آنها افزايش پيدا مي­كند. استحكام كششي و درصد ازدياد طول آلياژ با افزايش توان و زمان عمليات آلتراسونيك افزايش مي يابد. به طور مثال با افزايش توان عمليات آلتراسونيك، استحكام كششي از حدود MPa94 در حالت بدون عمليات آلتراسونيك به حدود MPa165 در توان 60% و درصد ازدياد طول از 4/2% به 5%   افزايش يافت. در اثر اعمال آلتراسونيك تا كسر جامدهاي مختلف، مشاهده ­شد كه در همه دماها اندازه دانه­هاي?-Mg و ابعاد فازهاي مياني موجود نسبت به حالت بدون عمليات آلتراسونيك كاهش وكرويت آنها افزايش مي­يابد. با افزايش دماي ريخته گري تحت عمليات آلتراسونيك در منطقه نيمه جامد، ميانگين طول و ضخامت فاز Mg_۱۷Al_۱۲، چه در منطقه كوئنچ و چه در بين دانه­هاي ?-Mg اوليه كاهش پيدا مي­كند. ولي با افزايش دماي ريخته گري بدون عمليات آلتراسونيك در منطقه نيمه جامد، ميانگين طول و ضخامت فاز Mg_۱۷Al_۱۲، در منطقه كوئنچ افزايش و در بين دانه­هاي ?-Mg اوليه كاهش پيدا مي­كند. استحكام كششي و سختي در اثر اعمال عمليات آلتراسونيك در دماهاي مختلف در منطقه نيمه جامد افزايش مي­يابد اما تأثير عمليات آلتراسونيك بر درصد ازدياد طول و انرژي ضربه چندان چشمگير نيست. در مقايسه بين دماهاي مختلف در منطقه نيمه جامد در دو حالت با و بدون عمليات آلتراسونيك، ديده مي­شود كه در مجموع اعمال عمليات آلتراسونيك در دماهاي بالا تأثير گذاري بهتري بر خواص و ساختار آلياژ داشته است.

  كلمات كليدي: عمليات آلتراسونيك، آلياژ منيزيم AZ91، ريزساختار، خواص مكانيكي

Abstract

Ultrasonic treatment is an effective but less practiced dynamic nucleation method for grain refinement of molten or solidifying alloys. In this study the influence of ultrasonic treatment on the microstructural features and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy was investigated. Ultrasonic waves were directed to the surface of the molten or solidifying alloy using an ultrasonic device with frequency of 20kHz and nominal power of 600W. The parameters investigated included the intensity and duration of ultrasonic treatment as well as the casting temperature in the mushy zone of the alloy (solid fraction before pouring). For investigation of the effect of ultrasonic intensity, the melt was ultrasonic treated for 5min at 700^oC at 0, 20, 40 and 60 percent of the nominal power of the device and was then poured in a sodium-silicate sand mould. For study of the effect of time of ultrasonic treatment, the melt was ultrasonic treated at 30% of the nominal power of the device for 0, 2 and 15min at 700^oC and was then poured in a sodium-silicate sand mould. For investigation of the effect of solid fraction before pouring, the alloy was melted and then continuously cooled inside the furnace. The ultrasonic treatment with 40% of the nominal power of the device was started from 605^oC (i.e. about 7^oC super heat) and continued until reaching various temperatures in the mushy zone of the alloy and then the samples were quenched in water. Similar experiments were carried out with out ultrasonic treatment. Cast samples were then cut and their microstructural features and mechanical properties were investigated. Size and morphology of ?-Mg dendrites and intermetallic phases such as Mg_۲Si, MnFeAl(Si) and Mg_۱۷Al_۱۲   were characterized using image analysis techniques. Experimental results indicated that with increasing the ultrasonic power or ultrasonic treatment time, the size of grains and phases decreased while their sphericity increased. Tensile strength and elongation of the samples increased simultaneously with increasing the ultrasonic treatment power or time. Results of the continuous cooling experiments indicated that at each casting temperature (solid fraction) the size of grains and intermetallic phases decreased and their sphericity increased by ultrasonic treatment.