Mirtaher Seiyedbeigi- ميرطاهر سيدبيگي

عنوان : شكل ريزي نيمه جامد آلياژ A356 به روش SSR و مشخصه يابي نمونه هاي توليدي

TITLE : Rheocasting of A356 Alloy by SSR Process and Characterization of the Produced Samples

چكيده

فرايندهاي شكل ­دهي فلزات و آلياژها در حالت نيمه ­جامد به دليل مزاياي منحصر بفرد آنها در مقايسه با فرايندهاي متداول شكل ­دهي فلزات (ريخته ­گري و آهنگري)، به عنوان يكي از روش­هاي نسبتا جديد شكل ­دهي قطعات نزديك به شكل نهايي معرفي شده­ اند. با توجه به كاربرد روز افزون فرايندهاي نيمه­ جامد و آلياژهاي آلومينيوم در صنعت خودروسازي، در اين تحقيق شكل­ ريزي نيمه ­جامد يك قطعه نزديك به شكل پيستون از آلياژ A356 به روش SSR در يك قالب ريخته­ گري كوبشي بررسي شد. پس از آزمايش­ هاي اوليه جهت تعيين پارامترهاي دستگاهي فرايند SSR، تاثير دماي ريخته ­گري (كسر جامد) و فشار اعمالي بر روي دوغاب نيمه ­جامد، بر كيفيت سطحي، دانسيته، ساختار، عيوب حجمي ساختاري وخواص مكانيكي نمونه­ هاي توليدي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه تحت فشار اعمالي MPa 10 كيفيت سطحي نمونه­ هاي ريخته شده در حالت نيمه­ جامد در مقايسه با نمونه­ هاي ريخته شده در حالت كاملا مذاب، نسبتا پايين است و با كاهش دماي ريخته­ گري در حالت نيمه­ جامد كاهش مي­ يابد. اين عيب با افزايش ضخامت پوشش قالب يا افزايش فشار اعمالي در موقع ريخته­ گري به مقدار زيادي مرتفع گشت. دانسيته نمونه ­هاي ريخته شده در حالت نيمه ­جامد نسبت به نمونه­ هاي ريخته شده در حالت مذاب بالا بوده و با افزايش فشار اعمالي بر روي دوغاب نيمه­ جامد، كمي افزايش مي­ يابد. اندازه ذرات جامد اوليه و فاكتور شكل آنها با كاهش دماي ريخته­ گري، افزايش يافته ولي اختلاف آنها در كسر جامدهاي بالا زياد نيست. مشاهده شد كه درصد ذرات جامد اوليه در نيمه پاييني نمونه­ ها بدليل جدايش مذاب، بيشتر از نيمه بالايي آنها است. اين پديده در كسر جامدهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته و مدلي براي نحوه رخداد اين پديده ارائه شد. همچنين عيوب حجمي ساختاري مشاهده شده در نمونه ­هاي ريخته شده در حالت مذاب، در نمونه ­هاي نيمه­ جامد به ميزان زيادي كاهش يافت. نتايج نشان داد كه سختي و استحكام كششي نمونه ­هاي ريخته شده در دماهاي مختلف و تحت فشار اعمالي پايين، تحت تاثير كسر جامد اوليه و جدايش مذاب بوده و با كاهش دما، عموما" كاهش مي­ يابد. استحكام كششي نمونه­ هاي ريخته شده در دماي C 590 با افزايش فشار، افزايش يافت بطوري كه بيشترين استحكام كششي در بيشترين فشار اعمالي (MPa 70) بدست آمد. در كل، نتيجه­ گيري شد كه ريخته ­گري در كسر جامدهاي پايين (حدود 25-20 درصد) بدليل كيفيت سطحي خوب، جدايش مذاب كمتر و خواص مكانيكي بهتر، از ريخته ­گري در كسر جامدهاي بالا مناسب ­تر است.

كلمات كليدي: نيمه ­جامد، دماي ريخته­ گري، فشار اعمالي، جدايش مذاب، خواص مكانیکی

Abstract

Semi-Solid metal (SSM) processing has been introduced as a rather new near net shape manufacturing method duo to its unique advantages relative to the conventional metal forming processes (casting and forging). Semi-solid processing is typically >In this study a cup-shaped SSR processed casting made from A356 alloy was produced in a squeeze casting die and its microstructural characteristics and mechanical properties were studied. After some preliminary experiments to determine the SSR process parameters, the effects of pouring temperature (solid fraction) and applied pressure on the surface quality, casting density, microstructure, internal and external volumetric defects and mechanical properties of the produced components were investigated. Six pouring temperatures of 645 and 700 ^°C (in the liquid state) and 595, 590, 585, and 580 ^°C (in the semi-solid state) under 10 MPa external pressure and four external pressures of about 10, 30, 50, and 70 MPa at pouring temperature of 590 ^°C were employed. Results showed that the surface quality of the castings produced in semi-solid state was rather poor relative to the castings poured from the liquid state. Moreover, with decreasing the pouring temperature (increasing the solid fraction) in semi-solid state, the surface quality of the castings was deteriorated. This problem was diminished with applying a thicker die coating. Densities of the components produced in semi-solid state were more than the components formed in the liquid state and densities of components were increased with increasing the applied pressure. Results indicated that with increase in the solid fraction, roundness and average grain size of primary solid particles increased. It was observed that the solid fraction of the primary particles at the bottom of the castings was more than other points due to the liquid segregation. This phenomenon was studied in various solid fractions and a model was suggested to explain the occurrence of liquid segregation during squeeze casting process. The shrinkage defects observed in fully liquid cast components were eliminated in SSR cast ones. Furthermore, the results showed that the mechanical properties of the castings were influenced by liquid segregation. In conclusion, low solid fraction slurries appeared more suitable for squeeze casting than high solid fraction slurries because of the better surface quality, less liquid segregation and better mechanical properties of the castings.

Key words: SSM, SSR, pouring temperature, applied pressure, liquid segregation, A356