بخشی از مقاله
چکیده
دوفلزیها که گروهی از کامپوزیتها هستند، به دلیل داشتن خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب، مورد توجه مهندسان میباشند. در این پژوهش، ساخت دوفلزی آلومینیوم - A356 آلومینیوم 7075 به روش ریخته-گری مرکب بدون آمادهسازی سطح، با ریختهگری مذاب A356 در اطراف مغزی 7075 انجام شد. در این مقاله، پارامتر دمای مذاب بهعنوان یکی از مهمترین پارامترهای تأثیرگذار بر کیفیت فصلمشترک و همچنین اثر دمای مغزی و نحوه سرد شدن نمونه بررسی شده است. مقایسه نتایج حاصل از بررسی ریزساختاری بهوسیله میکروسکوپ نوری، بیانگر بهبود فصلمشترک با افزایش دمای مذاب و مغزی بوده که این امر ناشی از تخریب لایه اکسیدی بر اثر تنش حرارتی بین دو فلز مورد استفاده میباشد. همچنین این نتایج نشان می-دهند که نحوه سرد شدن نمونهها، تأثیر چندانی بر کیفیت فصلمشترک ندارد.
کلمات کلیدی: آلومینیوم، کامپوزیت، دوفلزی، ریختهگری مرکب، فصلمشترک
مقدمه
با پیشرفت صنعت و تکنولوژی، نیاز به حضور مواد جدید به خوبی احساس میشود. این مواد باید خواص مطلوبی در کاربردها و شرایط مختلف داشته باشند. لذا مطالعه ساختار مواد از یک سو و ساخت قطعات چندفلزی از سوی دیگر موردتوجه قرار گرفته است .[1] کامپوزیتها، بهویژه کامپوزیتهای زمینه فلزی، ازجمله موادی هستند که به دلیل خواص برتر، پیشرفت بیشتری نسبت به سایر مواد داشتهاند. چندفلزیها نیز نوعی کامپوزیت زمینه فلزی مورد توجه صنعتگران و مهندسان بودهاند که امروزه بخشی از مواد صنعتی با خواص و کاربرد مختلف را به خود اختصاص داده اند، چراکه یک فلز به تنهایی نمیتواند تمام خواص موردنظر یک کاربرد خاص را تأمین کند. با وجود پژوهشهای فراوان و ارائه روشهای مختلف ساخت، قطعات دوفلزی همچنان در بین سایر مواد مهندسی نقش کمرنگی دارند که احتمالاً به علت اختلاف میان روشهای تئوری ارائه شده و عملیات ساخت آنها میباشد 2] و .[3
هدف از ساخت قطعات دوفلزی، ایجاد پیوندی مستحکم بین لایهها با ضخامت مشخص در تمام سطح تماس و تشکیل ساختار و خواص موردنظر میباشد 3] و .[4 لذا روشهای ساخت این قطعات را میتوان براساس خواص نهایی محصول که توسط مشخصات فصلمشترک تعیین میگردد، دستهبندی کرد. در این روشها، از طریق اعمال حرارت بالا یا فشارهای مکانیکی، فلزات را به یکدیگر متصل میکنند. ازجمله این روشها میتوان به جوشکاری، لحیمکاری، ریختهگری و نورد اشاره کرد .[2]
در میان روشهای فوق، ریختهگری به علت برقراری فصلمشترک مطلوب و ایجاد پیوند متالورژیکی بین دو فلز، روش مناسبی جهت تولید قطعات دوفلزی میباشد. ریختهگری مرکب یکی از رایجترین روشهای ریختهگری دوفلزیها میباشد. در این روش، از یک فلز جامد - تحت عنوان مغزی - و مذاب - تحت عنوان زمینه - استفاده میشود که مذاب اطراف مغزی ریختهگری میگردد. لذا یک منطقه نفوذی در محل تماس این دو فلز به وجود میآید که منجر به انتقال فلزی - نفوذ پیوسته - از یک فلز به فلز دیگر خواهد شد .[5]
هدف اصلی در ریختهگری مرکب، تشکیل متالورژیکی فصلمشترک میباشد تا دو فلز با تشکیل محلول جامد، قابلیت نفوذ در یکدیگر را داشته باشند .[6] ایجاد فصلمشترک مستحکم و پیوسته با پیوند متالورژیکی بین دو فلز، تنها با تر شدن خوب مغزی توسط مذاب و عدم حضور لایههای اکسیدی یا تشکیل ترکیبات بین فلزی میسر میباشد .[5] برای غلبه بر این مشکل، راهحلهای متفاوتی وجود دارد. مرسومترین روش برای دوفلزی آلومینیوم-آلومینیوم، اعمال پوشش روی میباشد .[4]
در اتصال دوفلزیهایی که یکی از فلزات آلومینیوم میباشد، بهخصوص در روش ریختهگری، مشکل لایه اکسیدی وجود دارد. اکسید آلومینیوم یک لایه بسیار نازک ولی مستحکم و چسبنده میباشد که از لحاظ ترمودینامیکی کاملاً پایدار بوده و دمای انحلالش نیز بیشتر از دمای ذوب ریزی است. لذا در مذاب آلومینیوم حل نشده و روی سطح باقی میماند. درنتیجه از ایجاد پیوند متالورژیکی بین دو فلز جلوگیری میکند. پس باید به نحوی این لایه اکسیدی را حذف نمود. یکی از روشهای رایج جهت حل این مشکل، اعمال پوشش روی با عملیات زینکاته یا گالوانیزه میباشد که علاوه بر قابلیت انحلال در مذاب آلومینیوم، از اکسیداسیون مجدد سطح جلوگیری کرده و تر شوندگی سطح را نیز افزایش میدهد 5] و .[6
تاکنون محققان مختلفی پارامترهای گوناگونی از این روش را بررسی کردهاند. با این وجود، در همه تحقیقات، از پوشش روی استفاده گردیده که هزینه ساخت این قطعات را افزایش داده و امکانپذیری تولید چنین قطعاتی را در مقیاس بزرگتر و تعداد بیشتر با مشکل مواجه میکند. لذا در این پژوهش، سعی بر آن شده تا بدون استفاده از پوشش محافظ، به بررسی پارامترهای ریختهگری دمای مذاب، دمای مغزی و نحوه سرد شدن نمونه در ساخت قطعه دوفلزی آلومینیوم-آلومینیوم پرداخته شود. درنهایت، فصلمشترک دو فلز با میکروسکوپ نوری مشاهده شده تا تأثیر این پارامترها بر کیفیت فصلمشترک بررسی گردد.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش جهت ساخت دوفلزی آلومینیوم-آلومینیوم از آلیاژ ریختگی A356 بهعنوان مذاب و از آلیاژ کارپذیر 7075 بهعنوان مغزی استفاده گردید. ترکیب شیمیایی این آلیاژها با انجام اسپکتروسکوپی نشری - کوانتومتری - تعیین گردید - جدول . - 1
جدول .1 ترکیب شیمیایی آلیاژهای مورد استفاده.
جهت تولید دوفلزی آلومینیوم-آلومینیوم به روش ریختهگری مرکب، مغزی 7075 با قطر 10 میلیمتر و طول 150 میلیمتر به مدت 30 ثانیه با سنباده P60 در جهت طولی پرداخت شد تا ضخامت لایه اکسیدی به حداقل برسد. این مغزی درون نشیمنگاه فولادی به طول 40 میلیمتر قرار گرفت. این مجموعه درون یک لوله فولادی به قطر 30 میلیمتر و ارتفاع 150 میلیمتر به عنوان قالب جاگذاری شد - طرح نمادین شکل . - 1
جدول 2، 3 و 4 شرایط ریختهگری مرکب سه گروه نمونه برای پارامترهای مورد بررسی در این پژوهش را نشان میدهند. مذاب در کوره مقاومتی و بوته گرافیتی تهیه شد. قالب، مغزی و نشیمنگاه آن همزمان در کوره مقاومتی پیشگرم شدند. سپس ریختهگری به صورت ثقلی از بالا انجام شد. جهت بررسی فصلمشترک، نمونهها در مقطع عرضی برش خورده و پس از طی مراحل آمادهسازی متالوگرافی، با میکروسکوپ نوری مشاهده شدند.
