For Better Performance Please Use Chrome or Firefox Web Browser

ناهید نوری- Nahid noori Koohani

Grade: 
Graduated

عنوان : ساخت و مشخصه يابي فوم آلومينيوم A356 به روش فلزخوراني با استفاده از فضا ساز نمكي

TITLE : Manufacturing and characterization of A356 Aluminium foam via infiltration of salt space holder

چكيده

در اين پژوهش امكان ساخت فوم حفره باز آلومينيوم A356 به­ روش فلز­خوراني و با استفاده از نمك خوراكي با شكل كروي به ­عنوان پيش ­شكل مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور ابتدا چهار روش­ مختلف براي كروي كردن دانه ­هاي نمك خوراكي بررسي و مناسب­ ترين روش، حرارت­ دهي دانه ­هاي نمك خوراكي در داخل لوله­هاي مسي پوشش داده شده تعيين شد. نتايج نشان دادكه با افزايش دماي نگهداري در يك زمان مشخص يا افزايش زمان نگهداري در يك دماي مشخص، كرويت دانه­هاي نمك ابتدا افزايش و سپس كاهش يافت. علت كم شدن كرويت دانه­هاي نمك در دما و زمان­هاي بالا، تمايل دانه­ها به بلوري (نباتي) شدن بود. از اين­رو، دماي 760 درجه­سانتي­گراد و زمان 6 ساعت به­عنوان دما و زمان مناسب براي كروي كردن دانه­هاي نمك انتخاب شد. سپس پيش­شكل­هاي نمكي ساخته­شده در اين شرايط، با آلياژ آلومينيوم A356 مذاب تحت عمليات فلزخوراني با استفاده از فشار گاز قرار گرفت. پارامتر­هاي موثر بر ساخت فوم­هاي حفره باز از آلياژ آلومينيوم A356 به روش فلز­خوراني بررسي و روش مناسب ساخت انتخاب شد. عدم تف­جوشي پيش­شكل، افزودن حدود 3 درصد منيزيم به مذاب، ايجاد شيار در كف شمش آلومينيوم، پوشاندن سطح رويي پيش­شكل با ذرات كاربيد سيليسيم و پوشش­دهي سطح قالب با مخلوطي از محلول فوق اشباع آب و نمك و پوشان تجاري HOL­COTE-110Z به پر شدن كامل و يكنواخت پيش­شكل نمكي كمك نمود. دماي بهينه براي رخنه­دهي مذاب به­داخل پيش­شكل نمكي 680 درجه سانتي­گراد انتخاب شد. همچنين تاثير فشار اعمالي بر پرشدن پيش­شكل نمكي و خواص مكانيكي فوم نهايي مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه با افزايش فشار رخنه­دهي، چگالي نسبي، استحكام فشاري، تنش تسليم و مدول الاستيك فوم­هاي ساخته­شده افزايش يافت و در فشار 10 بار به­ترتيب به 42/0، 87 مگا­پاسكال، 12 مگا­پاسكال و 2/0 گيگا­پاسكال رسيد. قطر متوسط حفره­ها و ضخامت متوسط ديواره­هاي فوم در فوم­هاي ساخته شده با فشار 10 بار به­ترتيب حدود 698 و 136 ميكرومتر بود. علاوه بر اين، تاثير فشار بر خواص مكانيكي فوم نهايي مدل­سازي شد. مدل­سازي فوم با خارج كردن حفره­هاي كروي از يك حجم مشخص و تبديل آن به فوم فلزي توسط يك برنامه نوشته شده در محيط نرم­افزار متلب و متصل شده به نرم افزار كتيا انجام شد. سپس تاثير اعمال فشار رخنه­دهي بر خواص مكانيكي توسط نرم افزار المان محدود آباكوس بررسي شد. نتايج حاصل از شبيه­سازي تطابق قابل قبولي با نتايج تجربي داشت به­طوري­كه مقدار خطاي شبيه­سازي براي تخلخل­هاي 08/74% و 06/58% به­ترتيب برابر با 07/11% و 56/13% بود.

كلمات كليدي: فوم حفره باز A356، فلزخوراني با فشار گاز، پيش­شكل نمكي، خواص مكانيكي

Abstract

In this research, feasibility of producing A356 Aluminium open cell foams by infiltration of removable performs made of spherical salt grains was investigated. For this purpose, four different ways for producing spherical salt grains were investigated. Heating the salt grains in copper tubes coated with a refractory material was recognized as the most appropriate method. The results showed that sphericity of salt grains increased first with increasing the soaking temperature at a given time or increasing the soaking time at a given temperature, but decreased after a critical soaking temperature or time. This was due to crystallization tendency of the salt grains at higher soaking temperatures and times. Therefore, 760?C and 6 hours were selected as the appropriate soaking temperature and time, respectively. Preforms made from the spherodized salt grains were then infiltrated with the molten aluminium alloy using gas pressure infiltration method. Effective parameters on fabrication of A356 aluminium open cell foams by infiltration method were investigated and suitable parameters were selected. Not sintering the performs, addition of about 3% magnesium to the melt, machining grooves on the bottom surface of aluminium ingots, covering the top surface of performs with SiC particles and coating the mold surface with a supersaturated mixture of salt water and HOL­COTE-110Z commercial coating helped complete and uniform filling of the performs. The optimum infiltrating temperature was selected as 680 ?C. Furthermore, the effect of applied pressure on filling of the performs and mechanical properties of the final foams was investigated. It was observed that with increasing the infiltration pressure, relative density, compressive strength, yield strength and elastic modulus of the produced foams increased   and reached to 0.42, 87 MPa, 12 MPa and 0.2 GPa, respectively, for the applied pressure of 10 bar. The average cell diameter and wall thickness of the foam produced at this pressure were 698 and 136 ?m, respectively. Furthermore, the effect of pressure on mechanical properties of the final foam was modeled. Modeling was started by removing spherical voids from a given volume of metal. This was achieved by linking a program written in MATLAB software to CATIA commercial software. The effect of infiltration pressure on the mechanical properties was then investigated using ABAQUS finite element software. The simulation results were in good agreement with the experimental results and the simulation discrepancy for foams with 74.08% and 58.06% porosity was 11.07% and 13.56%, respectively ...

تحت نظارت وف ایرانی