بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی تاثیر فیلترهای فومی سرامیکی بر قابلیت اطمینان پذیری قطعات ساخته شده از آلیاﮊ آلومینیوم با خلوص تجاری
چکیده
جهت بررسی تاثیر فیلترهای فومی قالبی طراحی گشت که در آن نمونه های مخصوص تست کشش ریخته گری می شد، به گونه ای که در یک طرف این قالب ٥ نمونه بدون فیلتر و در طرف دیگر ٥ نمونه با فیلتر فومی تولید می گشت. برای فیلتراسیون از فیلترهای فومی ١٠، ٢٠ و ppi ٣٠ استفاده شد. نمونه ها پس از ماشینکاری تحت تست کشش قرار گرفته و آنالیز آماری ویبول روی مقادیر استحکام کششی نمونه ها صورت گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد با افزایش عددppi مدول ویبول و قابلیت اطمینان پذیری نمونه های تست کشش افزایش می یابد، به طوری که مدول ویبول نمونه های ppi ٣٠ بیشترین مقدار و مدول ویبول نمونه های بدون فیلتر کمترین مقدار را دارند. نتایج حاصل از تصاویر SEM و آنالیز عنصری EDX از مقاطع شکست نمونه ها علت این نتایج را کاهش و حذف فیلم های اکسیدی دولایه در اثر فیلتراسیون توسط فیلترهای فومی نشان داد.
واﮊههای کلیدی: فیلم اکسیدی دولایه، فیلتر فومی سرامیکی، مدول ویبول، آلومینیوم خالص تجاری
.1 مقدمه
نتایج حاصل از آزمایش های مکانیکی بر روی فلزات معمولا حول یک مقدار میانگین پخش می شوند. مقیاس این پراکندگی معیاری از قابلیت اطمینان خواص مکانیکی ماده است ]۱.[
گرین و کمپل ]۱[ چند توزیع آماری مختلف را برای تعیین بهترین توزیع جهت تشریح پراکندگی نتایج حاصل از آزمایش کشش مورد مقایسه قرار دادند تا بدین ترتیب بهترین معیار برای اندازه گیری قابلیت اعتماد به قطعات ریختگی تعیین گردد. آنها نتیجه گرفتند که توزیع ویبول توزیع استحکام کششی را با دقت بیشتری نسبت به سایر توزیع ها تشریح می کند. توزیع ویبول به صورت موفقیت آمیزی برای تشریح داده های خواص مکانیکی موادی که به علت وجود یک نقص مجزا در مرحله کنترل کیفیت رد می شوند به کار برده میشود.
توزیع ویبول دو پارامتریبه صورت معادله (١) است:
که در آن :Fw کسر قطعات شکسته شده در خاصیت مکانیکی مورد نظر، : x متغیر اندازه گیری شده مثلا استحکام کششی، : تنش مشخصه ای که در آن 1/e نمونه ها سالم می مانند؛ و : مدول ویبول است. هر چه مقدار λ بزرگ تر باشد، گستردگیx کمتر است ]۲.[
یک خط راست با شیب λ و عرض از مبدأ -λln(σ) را می توان با رسم ln{1/(1-Fw)} بر حسب ln(x) به دست آورد. این نمودار به نمودار ویبول معروف است. آنالیز درون یابی خطی عمدتاﹰ برای تعیین λ استفاده می شود. مقادیر x (به طور مثال UTS یا درصد ازدیاد طول نسبی) به صورت افزایشی مرتب می شوند و احتمال یک شکست، عددی بین۰ و۱، به هرFW نسبت داده می شود ]۲.[
اخیرا تیریاکیوگلو و هوداک ]۳[ تخمین زننده های احتمالی را برای به دست آوردن مدول ویبول برای تعداد نمونه های ۵ تا ۰۰۱ پیشنهاد کردند، که نتیجه بهتری نسبت به سایر تخمین زننده های قبلی دارد. در این تحقیق از تخمین زننده های پیشنهادی تیریاکیوگلو و هوداک استفاده شده است.
در یک تحقیق دیگر، گرین و کمپبل ]۴[ اثر طراحی سیستم راهگاهی بر قابلیت اطمینان آلیاﮊ ریختگی Si-Mg۷-Al را با استفاده از توزیع ویبول بررسی کردند. توزیع ویبول نشان داد که توزیع استحکام کششی آلیاﮊ Mg۴/۰-Si۷-Al (که قابلیت اطمینان به یک قطعه را نشان می دهد) توسط طراحی سیستم راهگاهی کنترل می شود. یک سیستم راهگاهی که مقادیر زیادی از فیلم های اکسیدی دولایه ایجاد می کند، قطعات ریختگی با مدول ویبول در محدوده ۲۲-۱۱ تولید می کند، در حالی که سیستم راهگاهی که تلاطم سطح را به حداقل می رساند قطعاتی با مدول ویبول در محدوده ۴۵-۸۳ (با قابلیت اعتماد به قطعه آهنگری شده استفاده شده در صنایع هوا-فضا) تولیدمی نماید.
کمپبل ]۵[ نشان دادیکی از مهم ترین و تاثیرگذارترین عیوبی که در جریان ریخته گری آلیاﮊهای آلومینیوم تشکیل می شود فیلم اکسیدی دولایه است. این عیب در واقع باعث ایجاد ناپیوستگی یا ترک در زمینه قطعه ریختگی منجمد می شود و نه تنها موجب ایجاد کاهش خواص مکانیکی می گردد بلکه می تواند به عنوان مکانی جهت تشکیل سایر عیوب نظیر حفرات هیدروﮊنی ]۶ و۷[ و فازهای غنی از آهن ]٨[ عمل کند.
امروزه استفاده از فیلترها براي حذف آخال ها از مذاب جهت تولید محصولات ریختگی با کیفیت بسیار رایج است. فیلترهاي فومی سرامیکی که اولین بار در سال 1980 مورد استفاده قرار گرفت امروزه رایج ترین فیلتر در ریخته گري به شمار می رود و بازدهی موثر آن در سیستم هاي راهگاهی به اثبات رسیده است .[9]
تاکنون تاثیر فیلترهای فومی بر قابلیت اطمینان پذیری یا مدول ویبول آلومینیم خالص تجاری با در نظر گرفتن نقش فیلم های اکسیدی دولایه صورت نپذیرفته است. در این تحقیق، که گوشه ای از آن در این مقاله آمده است، این مهم مورد پژوهش قرار گرفته است.
.2 مواد و روش تحقیق
با استفاده از مدل چوبی و با بهره گیری از روش قالبگیری ماسه سیلیسی- CO2 (۷% چسب سیلیکات سدیم) قالبگیری صورت گرفت. سیستم راهگاهی شامل یک راهگاه بلند به ارتفاع mm 245 و سطح مقطعmm 30*30 بود که می توانست به هنگام بارریزی مقدار بسیار زیادی فیلم اکسیدی دولایه تولید شود. در ادامه راهگاه به دو راهبار تقسیم شد که در یکی از راهبارها حفره ای برای قرارگیری فیلتر فومی تعبیه گردید. هر کدام از راهبارها از طریق راهباره پنج نمونه مکعب مستطیل شکل را پر نمودند.
آلومینیوم خالص تجاری با آنالیز عنصری که در جدول ۱ مشاهده می شود در بوته گرافیتی و در کوره گازوئیلی زمینی تا فوق گداز º C 800 ذوب شد. بارریزی در دمای ºC 720 و با سرعت kg.sec-1 ۱ انجام شد. طراحی قالب ها به گونه ای بود که سرعت ورود مذاب به درون محفظه قالب کمتر از m.s-1 ۵/۰ باشد. انجماد و سرد شدن قطعه درون قالب در دمای محیط صورت گرفت. شماتیک و مشخصات ابعادی قطعه ریختگی نمونه های تست کشش به ترتیب در شکل ۱ و جدول۲ دیده می شود.
15 قالب با مشخصات مذکور ساخته شد که در ۵ قالب اول فیلترهای ppi 10، در ۵ قالب دوم فیلترهای ppi 20 و در ۵ قالب سوم فیلترهای ppi 30 قرار داده شد. در مجموع 25 نمونه مکعب مستطیل شکل برای هر فیلتر و 75 نمونه بدون استفاده از فیلتر ریخته گری شدند. از میان 75 نمونه بدون فیلتر، 25 نمونه به طور تصادفی برای انجام آزمایش کشش جدا گردید.
نمونه های مکعب مستطیل شکل با استفاده از دستگاه تراش CNC به شکل نمونه های تست کشش درآمدند. شکل شماتیک و مشخصات ابعادی نمونه های تست کشش در شکل ٢ دیده می شوند. نمونه های تست کشش توسط دستگاه Zwick 1484 با سرعت کشش mm.min-1 ۱ تحت تست کشش قرار گرفته و حداکثر استحکام کششی کلیه نمونه های فیلتر شده و فیلتر نشده با هر دو سیستم راهگاهی ثبت گردید. استحکام های کششی توسط آنالیز ویبول مورد بررسی قرار گرفت.
در ادامه، سطوح مقطع شکست نمونه ها توسط میکروسـکوﭖ الکترونـی روبشـی (SEM) و دتکتـورEDX بررسی شدند.
