بخشی از مقاله
چکیده
با ریخته گری گریز از مرکز آلیاژهای Al-xCu-yMg با مقادیر مختلف Cu وMg ، پتانسیل آنها برای نیل به ساختار درجه بندی شده با سختی مناسب در جهت شعاعی استوانه های ریختگی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.که ما نشان داده ایم این سری از آلیاژها با نسبت Cu/Mg متوسط به علت دامنه ی انجماد کمتر در ریخته گری گریز از مرکز و وجود هر دونوع ذره Al2Cu و Al2CuMg در ریخته گری ثقلی در این ترکیب در مقایسه با نسبت های بالاتر و پایین تر جدایش قابل توجه و خواص مکانیکی بهتری دارد. در ریخته گری گریز از مرکز به دلیل جدا شدن مس و منیزیم از همدیگر ذره Al2CuMg حذف خواهد شد . و سختی این سری از آلیاژها با جدایش ذرات Al2Cu به ناحیه ی بیرونی استوانه افزایش می یابد.
مقدمه
در روند توسعه مواد، بیشتر تلاش های محققان در راستای دستیابی به یکنواختی در مشخصات ماده صورت گرفته است و غالبا نتایج و دستاورد ها شامل تلاش هایی در جهت به دست آوردن یکنواختی در ترکیب شیمیایی، ساختار و بافت مواد بوده است .اما در سال های اخیر و با توسعه تکنولوژی های جدید و پیشرفته و پیدایش موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، توربین ها و راکتورها، نیاز به موادی که بتوانند پاسخگوی شرایط کاری سخت چند منظوره از نظر فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی باشند بیش از پیش احساس شده است .[1] در بسیاری از این نوع کاربردها مواد همگن معمولی نمی توانند کارایی لازم را از خود نشان دهند .رشد روز افزون تکنولوژی و نیاز به موادی با درجه خلوص بالا و متنوع، ایده طراحی کامپوزیت های غیر همگن را تقویت نمود که در نتیجه آن خانواده جدیدی از مواد مرکب لایه ای غیر همگن ابداع شدند که از خواص متفاوتی در مقاطع مختلف برخوردار بودند .اما به دلیل وجود مرزها و فصل مشترک های تیز و مشخص در محل اتصال لایه ها و به خاطر غیرپیوستگی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی در مرزهای بین لایه ای، اغلب رفتارهای ناپایدار و نامطلوبی در آن مشاهده می شد .جدایش مرزی و پدیده ورقه ورقه شدن ناشی از تنش های حرارتی در ماده، نمونه ای از این عیوب است .[1] بر این اساس نیاز به مواد جدید با ساختاری هدفمند که ترکیب و ریز ساختار و خواص آنها به طور پیوسته و تدریجی در مقاطع مختلف تغییر کند بیش از پیش احساس می شد و لذا روش های مختلفی برای ساخت مواد هدفمند از قبیل متالورژی پودر، رسوب دهی شیمیایی بخار، جوشکاری، ذوب لیزری، زینترینگ و تزریق واکنشی پیشنهاد شدند که اغلب از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و در مقیاس صنعتی با محدودیت های زیادی مواجه بودند 2]و.[3 در این میان، ریخته گری گریز از مرکز به علت ارزانی نسبی و عدم پیچیدگی فراوان، توجه تعدادی از محققین را معطوف خود ساخت .[4] .برای اولین بار یک دانشمند ژاپنی به نام Fukui روش ریخته گری گریز از مرکز را برای تولید مواد هدفمند پیشنهاد داد .او در این روش از اختلاف نیروی گریز از مرکز وارد بر فلز مذاب و ذرات تقویت کننده اضافه شده به آن برای ایجاد شیب ترکیبی و یا ریزساختاری استفاده نمود .در واقع اختلاف نیروی گریز از مرکزی که به مذاب و ذرات وارد می شود ناشی از اختلاف چگالی میان مذاب و ذرات تقویت کننده می باشد و تفاوت اصلی ساختار درجه بندی شده هدفمند در این روش با روش های دیگر تغییر تدریجی ترکیب و یا ریز ساختار ماده و به حداقل رساندن فصل مشترک های تیز بین دو لایه غیر متجانس می باشد که محل های مناسبی برای تمرکز تنش های مکانیکی و حرارتی محسوب می شوند.[5] بر این اساسfukui و همکارانش6]و.[7 با استفاده از روش ریخته گری گریز از مرکز توزیع ذرات تقویت کننده را در کامپوزیت هایی نظیر Al/Al3Ni ، Al/Al3Ti، Al/SiC شیب دار و هدفمند نموده و ریزساختار و خواص مکانیکی آنها را مورد بررسی قرار دادند .آنها همچنین تنش های پسماند حرارتی ماده هدفمند Al/SiC مورد آنالیز قرار داده و رفتار سایشی کامپوزیت Al/Al3Ti بررسی نمودند8]و.[9 نتایج بدست آمده در خصوص کامپوزیت هدفمند Al/Sic نشان می دهند که به طور کلی ذرات SiC به علت چگالی بالاتر نسبت به آلومینیم، تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز ریخته گری به سمت سطوح بیرونی استوانه های کنند مطالب بالا نشان می دهند که بیشتر تحقیقات انجام گرفته در زمینه ساخت آلیاژها یا کامپوزیت های هدفمند ریختگی با استفاده از روش ریخته گری گریز از مرکز روی آلیاژها یا کامپوزیت های زمینه آلومینیمی دو جزئی متمرکز بوده اند و به بررسی امکان ایجاد ساختار هدفمد در آلیاژهای سه جزئی یا چند جزئی توجه چندانی نشده است. براین اساس، در تحقیق حاضر سعی شده است که تأثیر نسبت مس به منیزیم بر ریز ساختار و سختی درجه بندی شده هدفمند آلیاژهای سه جزئی Al-xCu-yMg بررسی شود و از طریق اندازه گیری شیب ترکیبی، توزیع فازی در ریز ساختار و خواص مکانیکی نمونه های به دست آمده از مقاطع مختلف نمونه های ریختگی، قابلیت این آلیاژها برای هدفمند شدن تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز مورد ارزیابی قرار گیرد.
2 مواد و روش تحقیق
سه نمونه با A ،B و C با درصد مورد نظرآلیاژ سازی شد. و پس از ذوب مجدد هر سه نمونه با ماشین ریخته گری گریز از مرکز عمودی موجود در داشگاه صنعتی سهند با دمای 250 درجه سانتیگراد پیش گرم قالب و سرعت چرخش 1450 rpm کنترل و ریخته گری شدند.
1-2 متالوگرافی و سختی سنجی
با توجه به اینکه نیروی گریز از مرکز در راستای شعاعی اعمال می شود، لذا برای بررسی شیب ریز ساختاری نمونه مطابق شکل 2 در جهت ضخامت مورد آنالیز قرار گرفتند. بنابراین استوانه های ریخته گری در راستای شعاع و به موازات محور چرخش برش داده شدند که نمونه های حاصل از هر سه و همچنین شمش های اولیه آلیاژ سازی شده برای بررسی های میکروسکوپی، و آزمایش سختی مورد استفاده قرار گرفتند.
2-2 بررسی ریز ساختاری نمونه ها
ریز ساختاری نمونه ها های متالوگرافی شده با میکروسکوپ نوری مدل OLYMPUS PMG3 مجهز به دوربین DP11 و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل Cam Scan MV2300 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور شناسایی فازهای انجمادی تشکیل شده در ریز ساختار نمونه های هدفمند و شیمیایی آن ها نیز از SEM مجهز به سیستم آنالیز شیمیایی EDX استفاده شد.
