بخشی از مقاله
چکیده:
دراین پژوهش تاثیر فرآیند آماده سازی بیلت آلومینیم به روشهای مختلف بر خواص مکانیکی پروفیلهای تولید شده در طی فرایند اکستروژن گرم بررسی شد. برای این منظور دو نوع بیلت آلومینیمی که یکی بوسیله ذوب و ریخته گری آلومینیم و دیگری از فشرده سازی چیپس ریز آلومینیم تهیه شده اند، آماده گردید و سپس تحت نیروی پرس 5/9 مگا نیوتن و دمای 400 درجه سانتی گراد اکسترود شد.
برای مقایسه پروفیلهای تولید شده ، آزمون کشش و آزمون ضربه در دمای 25 درجه سانتی گراد بعنوان معیاری از خواص مکانیکی بر روی آنها انجام گرفت. بر اساس نتایج حاصل شده، تنش تسلیم و انرژی ضربه جذب شده توسط پروفیلهای حاصل از چیپس ریز آلومینیمی بترتیب برابر با 190/9مگاپاسکال و 61/33 ژول و برای پروفیلهای تهیه شده از آلومینیم ذوب و ریخته گری 171مگاپاسکال و 48/5ژول می باشد. با مقایسه تصاویر ساختار بخش داخلی پروفیلها، علت بهبود خواص مکانیکی نمونه چیپس ریز را میتوان مربوط به ساختار لایهای ایجاد شده و توزیع متفاوت فازMg2Si در این نمونه دانست.
مقدمه
پروفیلهای آلومینیمی بدلیل دارا بودن وزن کم، خواص مکانیکی منحصربفرد و قابلیت بازیافت؛ نقش بسیار مهمی را در بسیاری از زمینههای مهندسی همچون معماری، صنایع حمل و نقل، راه آهن، سازههای مهندسی و هوا و فضا ایفا میکنند. یکی از فرایندهای تولید پروفیلهای آلومینیمی با تنوع بالا، فرایند اکستروژن گرم میباشد .[1] در طی این فرایند، بیلتهای ساخته شده که معمولا طی فرایند ذوب و ریختهگری تولید شدهاند، پیش گرم شده و سپس در دمای حدود 550-400 درجه سانتیگراد تحت عملیات اکستروژن به صورت پروفیلهایی با اشکال و سطح مقطعهای مختلف شکلدهی میشوند .
در فرایند تهیه بیلتهای آلومینیمی ، باید به این مساله توجه داشت که تولید آلومینیم از طریق ذوب و ریختهگری، فرایندی است که مستلزم صرف انرژی زیاد بوده و با آزاد کردن گاز مونوکسید کربن باعث ایجاد خطرات زیست محیطی فراوان میشود3]و.[4 جهت رفع مشکلات زیست محیطی و همچنین اقتصادی تر کردن فرایند تولید پروفیلهای آلومینیمی از طریق اکستروژن گرم؛ فرایند تبدیل مستقیم چیپس آلومینیم به پروفیلهای نهایی و یا نیمه نهایی از طریق اکستروژن گرم مطرح شد. این فرایند برای اولین بار توسط استرن1 در سال 1945 انجام و ثبت گردید که در آن بیلت اولیه از طریق فشرده سازی چیپس آلومینیم تهیه شد و سپس تحت عملیات اکستروژن گرم شکلدهی شد .
تاکنون تحقیقات گستردهای در زمینه استفاده از این نوع بیلتها در فرایند اکستروژن و همچنین مقایسه خواص مکانیکی و ریز ساختار پروفیلهای ایجاد شده توسط آنها با بیلتهای ریختهگری شده انجام گرفته است
استحکام تسلیم پروفیلهای آلومینیمی AA6060 تولید شده از بیلت چیپس ماشین کاری شده فشرده شده را قابل مقایسه - تنها 10 کمتر - با خواص پروفیلهای تولید شده از بیلتهای ذوب و ریختهگری شده بیان کرده است .
بر طبق گزارشات گولی3 نیز استحکام تسلیم و چقرمگی پروفیل تهیه شده از بیلت چیپس آلومینیم AA6060 ماشین کاری شده فشرده شده اندکی کمتر از پروفیل تولید شده از بیلت آلومینیم ذوب و ریختهگری شده میباشد. وی برای جبران این کاهش استحکام، از بیلت فشرده شده شامل ترکیب پینهای آلومینیمی و چیپس آلومینیمی با نسبت 1:1 استفاده کرد، بطوری که نمودار تنش کرنش حقیقی پروفیل تولید شده با استفاده از این نوع بیلت کاملا منطبق بر نمودار مربوط به پروفیل تولید شده از بیلت آلومینیم ذوب و ریختهگری شده است
علی رغم تحقیقات متعدد در حوزه بررسی خواص مکانیکی - شامل تنش تسلیم و تنش شکست - ، بنظر میرسد گزارشات اندکی در ارتباط با خاصیت ضربه پذیری این پروفیل ها ارائه شده است. در پژوهش حاضر دو پروفیل آلومینیمی اکسترود شده از بیلت ذوب و ریخته گری شده و همچنین از بیلت چیپس فشرده شده تولید شد و منحنی تنش کرنش و خاصیت جذب انرژی این دو پروفیل از طریق انجام آزمون ضربه مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش از چپس های آلومینیمی سری5xxx ،3xxx استفاده شد. برای تهیه نمونه ریخته-گری، ابتدا 9/9 کیلوگرم آلومینیم تجاری در دمای بالای 800 درجه سانتیگراد ذوب شده و سپس بمنظور تهیه بیلت ریختهگری در قالب استوانهای شکل با قطر 10سانتی متر و ارتفاع 42 سانتی متر ذوبریزی شد. نمونه ریختهگری شده سپس در دمای 400 درجه سانتیگراد بمدت 45 دقیقه پیش گرم شد.
برای تولید پروفیل چیپس ریز، در ابتدای کار جهت حذف آلودگی ها و ناخالصی های سطحی، چیپس های آلومینیمی توسط اسید نیتریک و سود شستشو داده شده و سپس خشک شدند. 6 کیلوگرم از چیپس ریز آماده شده تمیز در داخل محفظه اکستروژن ریخته شده و بدون وارد کردن نیروی پرس و تنها توسط نیروی رمپ دستگاه، به مدت 24 ساعت در دمای 350 درجه فشرده شد. بیلت های آماده شده از هر دو نمونه - نمونه ریخته گری و نمونه چیپس ریز - تحت نیروی پرس 5/9 مگا نیوتن و در دمای 400 درجه سانتی گراد اکسترود شدند و پروفیل هایی با سطح مقطع مستطیل شکل با ابعاد 13×50 میلی متر تولید شد.
برای بررسی و شناسایی فازهای تشکیل شده در پروفیلها، از آنالیز پراش اشعه ایکس
- BRUKER-binary V3, Cu Ka1, 54.56.1 A œ - استفاده شد.جهت اندازه گیری خاصیت جذب انرژی پروفیلها، از دستگاه تست ضربه شارپی مدل Roell Amsler, RKP300 استفاده شد.
