Mehdi Kooshan- مهدي كوشان
عنوان : توسعه يك روش قطعه ريزي تك مرحله اي جهت توليد مستقيم ريز ساختار غيردندريتي از مذاب
TITLE : Development of An One Step Shape Casting Method for Direct Formation of Non-Dendritic Microstructure from Liquid State
چكيده
به منظور ساخت قطعات نيمهجامد فلزي، نياز به دوغابي با ساختار غير دندريتي ميباشد. اين كار معمولا با اعمال تنش برشي به مذاب در حال انجماد، يا افزايش نرخ جوانهزني در حين انجماد، انجام ميشود. همه روشهاي ارائه شده تاكنون، از عمليات دو مرحلهاي استفاده ميكنند، به گونهاي كه ابتدا دوغاب در خارج قالب تهيه شده و سپس به درون قالب وارد ميگردد. از طرف ديگر ويسكوزيته بالاتر دوغابهاي نيمهجامد نياز به استفاده از قالبهاي فلزي گران قيمت را ضروري ساخته است. با توجه به اين موضوع، هدف از اين تحقيق توسعه روش جديدي براي توليد ريزساختار غيردندريتي در طي فرآيند ريختهگري آلياژ آلومينيوم در قالب ماسهاي، بدون هيچ فرآيند ويژه قبلي ميباشد. به همين منظور در مرحله اول تحقيق، يك قالب ماسهاي به همراه سه نوع سيستم راهگاهي متفاوت طراحي شد و با استفاده از نرم افزار شبيهسازي ProCAST، نحوه پرشدن قالب و انجماد قطعات در حالتهاي مختلف ريختهگري مورد بررسي قرار گرفت. بعد از بررسي نتايج شبيهسازي، مرحله دوم كه شامل ريختهگري آلياژ A356 در سه نوع سيستم راهگاهي در حالت مذاب و تحت شرائط ثقلي و گريز از مركز بود، انجام شد. اين سيستمهاي راهگاهي شامل سيستم راهگاهي اول( راهگاه بارريز بدون ماهيچه)، سيستم راهگاهي دو( راهگاه بارريز با ماهيچه ماسهاي) و سيستم راهگاهي سوم( راهگاه بارريز با ماهيچه ماسهاي مبرددار) بود. نمونههاي ريخته شده در اين مرحله از لحاظ خصوصيات ساختاري مورد بررسي و مقايسه قرار گرفتند. در مرحله سوم، ريزساختار و ميزان طول سياليت قطعات ريختهگري گريز از مركز شده در حالت نيمهجامد در سه سيستم راهگاهي مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه آزمونهاي اندازهگيري سختي، تخلخل و خواص كششي براي تعدادي از قطعات توليد شده در هر دو حالت كاملا مذاب و نيمهجامد بررسي شد. نتايج بررسيهاي ريزساختاري قطعات ريختهشده در مرحله دوم، نشان داد كه با استفاده از سيستم راهگاهي نوع سه، كاهش دماي فوق گداز و استفاده از نيروي گريز از مركز، دستيابي به ساختار غيردندريتي امكان پذير شد. نتايج بررسيهاي ريزساختاري در مرحله سوم نشان داد كه با افزايش كسر جامد، اندازه دانهها، اندازه مجموعه دانهها و كرويت دانه ها افزايش يافته و كرويت مجموعه دانهها كاهش مييابد. با تغيير سيستم راهگاهي از حالت يك به سه در يك كسر جامد مشخص، اندازه دانهها كاهش يافته و كرويت دانهها افزوده ميگردد. در بررسيهاي صورت گرفته بر ميزان طول سياليت در اين مرحله، مشاهده شد كه در كسر جامد 15/0 سياليت آلياژ نيمهجامد A356 در سيستم راهگاهي دو نسبت به سيستم راهگاهي يك و سه بيشتر است. با بررسي سختي نمونههاي ريخته شده در حالت كاملا مذاب، مشاهده گرديد كه با به كارگيري نيروي گريز از مركز، كاهش دماي فوق گداز و استفاده از سيستم راهگاهي سه، سختي نمونهها افزوده شد. در نمونههاي ريختهشده در حالت نيمهجامد، با افزايش كسر جامد، سختي نمونهها كاهش يافت. با بررسي نمونههاي كشش، مشاهده شد كه با تغيير سيستم راهگاهي از حالت يك به سه، استفاده از نيروي گريز از مركز و كاهش دماي فوق گداز، خواص مكانيكي نمونههاي ريخته شده افزايش يافت.
كلمات كليدي: ساختار غير دندريتي، آلياژهاي نيمهجامد، ريختهگري ثقلي، ريختهگري گريز از مركز،A356
Abstract
Production of semisolid metallic components starts with a slurry of suspended non-dendritic solid particles. Such slurries are commonly produced by applying shear stress to a solidifying melt or by encouraging copious nucleation during initial stages of solidification. As yet, all the employed methods use a two steps processing where in the first step the non-dendritic slurry is prepared in a container outside the die and then the slurry is cast into the die. Furthermore, higher viscosity of semisolid metallic slurries have practically made their gravity casting impossible and resulted in a need for some sort of mechanical force to push such viscous slurries into the die cavities. This necessitates the use of expensive high strength metallic dies. Therefore, only mass production of semisolid components has been economically justified so far. The main objective of this work was to develop a single step semisolid part production method and investigate the possibility of achieving non-dendritic microstructure in A356 alloy during sand casting without the need for any expensive metallic die or any special previous processing on the melt. For this purpose, in the first step, a sand mould with three different types of running systems was designed and its mold filling and solidification process were simulated using ProCAST simulation software. Second step involved casting of A356 alloy from fully liquid state in the three types of running systems under gravity and centrifugal casting conditions. The cast microstructures were then studied. In the third step, the alloy was centrifuge cast from semisolid state in the three types of running systems and microstructure and fluidity length of all the castings as well as hardness, porosity content and tensile properties of some of the castings were studied. Microstructural investigations in the second step showed that non-dendritic structures could be produced by using a chill fitted sand core in the sprue of the gating system and reducing the superheat temperature under ....
