هاشم آذرپيرا- Hashem Azarpira

عنوان : تاثيرپارامترهاي ريخته گري نيمه جامد و كوبشي برخصوصيات ساختاري و مكانيكي آلياژ AZ91

TITLE : Effects of Semisolid and Squeeze Casting Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Alloy

چكيده

فرايند SSR (Semi-Solid Rheocasting) يكي از فرايندهاي نيمه‌جامد است كه با روشي نسبتاً ساده و ارزان قيمت با ايجاد چگالي بالايي از جوانه‌ها در ابتداي انجماد شرايط توليد دوغاب‌ها و شمش‌هاي نيمه‌جامد را فراهم مي‌سازد. به دليل تحقيقات كمي كه تا كنون بر روي فرايندهاي SSR به خصوص در مورد آلياژهاي منيزيم انجام گرفته است، در اين پژوهش امكان‌پذيري فرايند SSR در مورد آلياژ AZ91 منيزيم بررسي شد. در مرحله اول اين پژوهش، پس از تعيين ابعاد مناسب همزن براي فرايند SSR، آلياژ AZ91 تحت سه عمليات متفاوت قرار گرفته و سپس در سه دماي متفاوت (يك دما در بالاتر از ليكوئيدوس و دو دما در محدوده نيمه‌جامد) ريخته­گري شد. عمليات اصلي انجام شده قبل از ريخته گري مذاب شامل سرد كردن مذاب بدون هيچ‌گونه عمليات بر روي آن تا دماي ريخته‌گري، سرد كردن مذاب به همراه فروبردن ميله مسي سرد ثابت در آن (ICR) و سرد كردن مذاب به همراه فرو بردن يك ميله مسي چرخان در آن (SSR) بود. نمونه­هاي ريخته شده در اين مرحله از لحاظ خصوصيات ساختاري بررسي و مقايسه شدند. در مرحله دوم، تاثير اعمال فشار در حين انجماد ثانويه دوغاب نيمه جامد بهينه بر ريزساختار و خواص مكانيكي نمونه‌ها در مقايسه با ريخته‌گري كوبشي مرسوم بررسي شد. نتايج نشان داد كه در هر دو حالت ICR و SSR ريزساختار غيردندريتي قابل دستيابي است، ولي تحت فرايند SSR ذرات اوليه‌اي با كرويت بيشتر و اندازه كوچكتر ايجاد شد. در هر روش، با كاهش دماي ريخته‌گري (افزايش كسر جامد) ميزان كرويت و اندازه ذرات اوليه افزايش يافت. ايجاد ريزساختاري با ذرات اوليه جامد غيردندريتي در آلياژ AZ91 باعث كاهش سختي نمونه‌ها گرديد. نشان داده شد كه افزايش فشار تاثير چنداني بر مورفولوژي و اندازه ذرات اوليه مذاب‌هاي SSR شده ندارد و بيشترين تاثير آن بر ريزساختار فاز ثانويه و يوتكتيك مي باشد. همچنين نتايج نشان داد كه استحكام نمونه‌هاي ريخته شده به روش معمولي با افزايش فشار، افزايش يافت ولي در نمونه‌هاي SSR از روند افزايشي   يا كاهشي منظمي برخوردار نبود. با بررسي سطح شكست نمونه ها، اين مسئله به افزايش احتمال گير افتادن لايه­هاي اكسيدي دو لايه در نمونه هاي SSR ارتباط داده شد. تاثير افزايش فشار بر سختي نمونه‌هاي ريخته شده به روش معمولي بيشتر بود و با افزايش فشار سختي نمونه‌ها افزايش يافت. چگالي نمونه ريخته شده به روش SSR در فشار 30 مگاپاسكال از نمونه‌ ريخته شده به روش معمولي در همين فشار بيشتر بود. با توجه به نتايج تشخيص داده شد كه روش SSR براي آلياژ منيزيم تحت محافظت فلاكس به دليل ايجاد لايه‌هاي اكسيدي و گير افتادن ناخالصي‌هاي ناشي از فلاكس و در نتيجه كاهش خواص مكانيكي روشي مناسب نمي‌باشد و بايد تمامي مراحل فرايند تحت گاز محافظ انجام پذيرد.

كلمات كليدي: فرايند SSR، آلياژ منيزيم AZ91، ريخته­گري نيمه‌جامد، ريخته‌گري كوبشي، ريزساختار غيردندريتي، خواص مكانيكی

Abstract

SSR (Semi-Solid Rheocasting) is a relatively new simple and low cost semisolid process for producing semisolid slurries and ingots which rely on formation of a high nuclei density at the early stages of solidification. Due to lack of research on this process, especially for magnesium alloys, in this study the feasibility of SSR processing of AZ91 magnesium alloy was investigated. The experimental procedure can be divided into two stages. In the first stage, AZ91 alloy was subjected to three different melt treatment procedures before being cast into a steel die at three different temperatures, i.e.   a temperature above the liquidus temperature and two temperatures within the semisolid temperature range of the alloy. The main treatments included normal cooling to the casting temperature, immersing a stationary cold copper rod into the melt during cooling of the alloy (ICR) and inserting a rotating copper rod during cooling of the melt (SSR). The microstructures of the cast specimens were then characterized. In the second stage, the effect of applied pressure during secondary solidification of the semisolid slurries on the microstructure and mechanical properties of the specimens were studied and compared with those of the conventionally squeeze cast specimens. The result showed that non-dendritic microstructures could be obtained with both ICR and SSR processes but SSR process generated smaller and more spherical primary particles. In each method, sphericity and grain size of primary particles increased with decreasing the casting temperature (increasing the solid fraction). Formation of non-dendritic primary particles in the microstructures decreased the hardness of the alloys. In the SSR process, increasing the applied pressure had a little effect on the morphology and grain size of the primary particles, but it had a considerable effect on the intermetallic phases and eutectic structure. The results showed that strength of conventionally squeeze cast specimens increased with increasing the applied pressure but similar trend was not observed for the SSR specimens. Study of the fracture surfaces suggested this to be associated with the higher possibility of formation and entrapment of oxide bifilms in the SSR processed slurries. The effect of applied pressure on the hardness of conventionally squeeze cast specimens was more than on SSR specimens. Density of SSR specimens cast under 30MPa pressure was more than that of conventionally squeeze cast specimens at this pressure. Considering the results, it was recognized that SSR processing of flux protected magnesium melts was not a suitable method due to the high possibility of formation of oxide layers and entrapment of inclusions and flux in the melt which would result in loss of mechanical ,,,