Mohammad Hossein Babaei- محمد حسین بابایی
عنوان : ساخت و مشخصه يابي ماكروكامپوزيت دوفلزي آلومينيوم/آلومينيوم-مس به روش ريخته گري كوبشي مركب
TITLE : Fabrication and characterization of an aluminum/aluminum-copper macrocomposite bimetal by compound squeeze casting process
چکيده فارسي
در اين پژوهش ساخت و مشخصهيابي ماكروكامپوزيت دوفلزي Al/Al-4.5wt.%Cu به روش ريختهگري كوبشي مركب با موفقيت انجام شد و تاثير پارامترهاي مستقل فرايند نظير شرايط اوليه سطح آلياژ بستر (Al-4.5wt.%Cu)، ميزان فشار خارجي و دماي بارريزي مذاب آلومينيوم خالص بر ريزساختار ناحيه فصلمشترك و خواص مكانيكي قطعات دوفلزي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين انتقال حرارت، انجماد و نحوه توزيع تنشهاي حرارتي و مكانيكي در امتداد ناحيه فصلمشترك قطعات دوفلزي با استفاده از نرمافزارهاي شبيهسازي انسيس و پروكست مدلسازي شد. مطالعات ريزساختاري نشان داد كه ضخامت متوسط ناحيه انتقالي تشكيلشده در امتداد ناحيه فصلمشترك قطعه دوفلزي ساختهشده در فشار خارجي 70 مگاپاسكال و بدون الگوي ماشينكاري سطحي بسيار ناچيز بود. يك ناحيه انتقالي واضح در امتداد ناحيه فصلمشترك قطعات دوفلزي داراي الگوي ماشينكاري بر سطح آلياژ بستر مشاهده شد. بر اساس نتايج شبيهسازي، به نظر ميرسد كه اعمال الگوي مشخص ماشينكاري بر سطح آلياژ بستر منجر به ايجاد مناطق موضعي تمركز حرارت، ميدانهاي تنشي موضعي بزرگ حرارتي و مكانيكي در امتداد ناحيه فصلمشترك و در نتيجه شكست لايه ديرگداز پيوسته اكسيد آلومينيوم در حين فرايند ميشود. اين مسئله منجر به انتقال حرارت و جرم موثرتر و شكلگيري نواحي انتقالي در امتداد ناحيه فصلمشترك ميان اجزاء فلزي خواهد شد. ضخامت متوسط ناحيه انتقالي در امتداد ناحيه فصلمشترك قطعات دوفلزي كه با ايجاد الگوي ماشينكاري سطحي در فشار خارجي 50 و 70 مگاپاسكال ساختهشده بودند حدود 380 ميكرومتر و استحكام كششي متوسط آنها حدود 53 مگاپاسكال اندازهگيري شد. در قطعه دوفلزي داراي الگوي ماشينكاري سطحي ساختهشده در فشار خارجي 25 مگاپاسكال، عدم اعمال فشار كافي در طول فرايند ساخت منجر به شكلگيري عيوب و ناپيوستگيهاي موضعي در امتداد ناحيه فصلمشترك شد. اين مسئله موجب كاهش ضخامت متوسط ناحيه انتقالي ميان اجزاء به 260 ميكرومتر و كاهش قابلتوجه خواص مكانيكي نسبت به قطعات دوفلزي ساختهشده در فشارهاي خارجي 50 و 70 مگاپاسكال شد. مقايسه خواص مكانيكي ناحيه فصلمشترك قطعات دوفلزي ساختهشده در اين پژوهش نشان داد كه اعمال الگوي مشخص ماشينكاري بر سطح آلياژ بستر، اعمال حداقل 50 مگاپاسكال فشار خارجي حين انجماد و دماي بارريزي 750 درجه سانتيگراد براي مذاب آلومينيوم خالص، شرايط بهينهشده فرايندي براي ساخت قطعات ماكروكامپوزيت دوفلزي آلومينيوم-آلومينيوم از طريق فرايند ريختهگري كوبشي مركب ميباشد.
ABSTRACT
In this study, an aluminum-aluminum macrocomposite bimetal (Al-4.5wt.%Cu/C.P. aluminum) was successfully fabricated and characterized by compound squeeze casting process. The effects of three process variables, i.e. surface patterning of the solid insert (squeeze cast Al-4.5wt.%Cu alloy), intensity of the applied pressure and pouring temperature of C.P. aluminum on the microstructure and mechanical properties of the interface region were investigated by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) as well as tensile, shear and microhardness tests. Microstructural and EDS analyses showed an evident transition zone across the interface of the bimetals when a special concentric groove pattern was machined on the top surface of the squeeze cast Al-4.5wt.%Cu inserts. Simulation results showed that the machined grooves resulted in formation of large stress gradient fields along the interface region of the bimetals which is believed to result in rapture of the oxide layer facilitating the formation of a transition zone between the bimetal parts. Average thickness of the transition zone of the bimetals produced after surface patterning of the inserts under applied pressures of 70 and 50 MPa, were 375 and 385 ?m, and the average tensile strength of these bimetals were about 54 and 52 MPa, respectively. The process presented in this study is a low cost and promising approach for fabrication of macrocomposite bimetals without resort to any prior chemical treatments of the insert ...
