ناهید نوری- Nahid noori Koohani
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
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 ...
