Armin Shashaani-آرمين شعشعاني

عنوان : بررسي تجربي و شبيه سازي پارگي گرم در كامپوزيت ريختگي آلومينيوم - مس تقويت شده با ذرات كاربيد سيليسيم

TITLE : Experimental investigation and simulation of hot tearing of SiCp reinforced cast aluminum-copper composites

چكيده

پارگي‌گرم يكي از عيوب متداول در آلياژ‌‌هاي ريختگي با دامنه انجماد بالا است كه در ناحيه نيمه جامد آلياژ در حال انجماد و در اثر تاثير متقابل انقباض قطعه و مقاومت قالب به اين انقباض رخ مي‌دهد. بررسي‌‌هاي مختلف نشان داده است كه ايجاد پارگي‌گرم شامل مراحل جوانه‌زني و رشد مي‌باشد. عيوب ساختاري از جمله آخال و تخلخل بر ايجاد پارگي‌گرم تاثير مي‌گذارند و باعث آسان شدن جوانه‌زني پارگي‌گرم مي‌شوند. با توجه به اينكه ذرات تقويت‌كننده سراميكي در كامپوزيت­هاي زمينه فلزي نقش آخال را در زمينه فلزي بازي مي‌كند، به نظر مي‌رسد كامپوزيت‌‌هاي زمينه فلزي استعداد بالايي به پارگي‌گرم داشته باشند. در تحقيق حاضر تاثير ذرات تقويت كننده بر وقوع پارگي‌گرم در آلياژ Al-4.7wt.%Cu از طريق شبيه سازي با نرم افزار Procast   و انجام آزمون‌‌هاي ريخته‌گري در قالب T شكل در دو حالت بدون تغذيه و همراه با تغذيه و همچنين با يا بدون اضافه كردن منيزيم بررسي شد. براي بررسي تاثير ذرات تقويت‌كننده بر وقوع پارگي‌گرم، تغييرات نيروي انقباضي ايجاد شده و قابل تحمل توسط قطعه در حين انجماد در همه حالت‌ها مورد بررسي قرار گرفت.   نتايج شبيه سازي نشان داد كه با اعمال تغذيه، شدت پارگي‌گرم كاهش يافته و با ورود ذرات تقويت‌كننده اين شدت افزايش مي‌يابد. نتايج آزمايشگاهي نيز نشان داد كه حضور ذرات باعث افزايش شدت پارگي‌گرم شده به طوري كه مقدار نيرو براي دو نمونه كامپوزيتي و غيركامپوزيتي همراه با تغذيه تا قبل از برش پيچ­ها به ترتيب 5420 و 7380 نيوتون بدست آمد. اما اعمال تغذيه تاثير منطقي بر شدت پارگي‌گرم در نتايج حاصل از آزمايش­هاي عملي نداشت. همچنين با اضافه‌كردن 2 درصد وزني منيزيم، شدت پارگي‌گرم كاهش پيدا كرد به صورتي كه مقدار نيروي تحمل شده توسط قطعه تا قبل از برش پيچ­ها براي نمونه بدون تغذيه و غيركامپوزيتي بدون منيزيم و همراه با منيزيم به ترتيب 7750 و 9330 نيوتون بدست آمد. اين افزايش نيرو نشان دهنده تحمل بيشتر قطعه در برابر پارگي‌گرم در اثر افزودن منيزيم مي­باشد.

كلمات كليدي: پارگي‌گرم، كامپوزيت زمينه فلزي، آزمون ICTC، Al-4.7wt.%Cu، Al-Cu-SiC

Abstract

Hot tearing is a common defect encountered in large freezing range cast alloys. It occurs when the linear contraction of the alloy which is going through its semi-solid state is hindered by rigid cores or mold sections. It has been shown that hot tearing includes two distinct stages of nucleation and growth, and that volumetric defects such as gas and shrinkage porosity as well as entrained inclusions facilitates nucleation of hot tears. For this reason, cast metal matrix composites are expected to have higher susceptibility to hot tearing than their monolithic counterparts. In the present research, the occurrence of hot tearing in Al-4.7%Cu-SiC_P cast composites and their monolithic alloy was studied by computer simulation using PROCAST software as well as by real casting experiments using Instrumented Constrained T-shaped Casing (ICTC) method. Also the effects of magnesium addition to the melt and use of feeding system were investigated. To study the influence of reinforcing particles on the occurrence of hot tears, changes in contraction force developed during solidification of the castings was measured. The simulation results indicated that the intensity of hot tearing decreases by incorporation of the feeding system and increases by addition of the reinforcement particles. The maximum contraction force measured in the experimental work for the monolithic and the reinforced samples, both cast using the feeding system, was 7380 N and 5420 N, respectively. This confirms that the reinforcement addition increases the hot tearing intensity. Use of feeding system, however, did not show any logical relationship with hot tearing. The maximum contraction force measured for the reinforced samples cast without feeding system with and without 2% Mg addition was 7750 N and 9330 N, respectively. This shows that 2% Mg addition has reduced the hot tears tendency.

Keywords: Hot tear, Metal matrix composite, ICTC test, Al-4.7%wt.Cu, Al-Cu-SiC