بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تاثیر اکسید فیلم دو لایه بر چگونگی ایجاد فازهاي غنی از آهن در مذاب، آلومینیوم خالص تجاري ذوب شده و 1 درصد آهن به مذاب اضافه گردید و بخار آب به مذاب دمیده شد. در آزمایش دیگري این مذاب بصورت آرام در کوره سرد شد. نمونههاي حاصل ازهریک ازاین آزمایشات به روش متالوگرافی وبا استفاده ازمیکروسکوپ نوري، میکروسکوپ الکترونی روبشی وآنالیز EDX بررسی شد. نتایج نشان داد که به علت کاهش اکسید فیلمها در اثر دمش بخار آب به مذاب، میزان فازهاي غنی از آهن کاهش مییابد. همچنین با سرد کردن آرام مذاب به علت ته نشین شدن اکسید فیلمها، میزان فازهاي آهن تشکیل شده در پایین نمونه افزایش مییابد.
مقدمه
عناصر موجود در آلیاژهاي ریخته شده آلومینیوم ممکن است با ایجاد ترکیبات بین فلزي در آلیاژ اثرات مخرب بسیاري برخواص ریختگی و انعطاف پذیري قطعات داشته باشند .[1] از جمله این عناصر آهن است که باعث کاهش انعطافپذیري آلیاژهاي Al-Si میشود و معمولاً با کاهش استحکام کششی همراه است. با این حال استحکام تسلیم، تأثیرپذیري چندانی از مقدار آهن ندارد. با افزایش آهن اندازه و چگالی ترکیبات بین فلزي و به خصوص فاز β و همچنین میزان تخلخلها افزایش یافته و بنابراین انعطافپذیري کاهش خواهد یافت.
اثر میزان آهن بر قابلیت ریختهگري آلیاژهاي با پایه Al-Si بوسیله تیلور 2]و[ اخیراً نیز توسط امبایا و همکارانش [3] بررسی شده است. هردو آنها اتفاق نظر دارند که آهن قابلیت ریختهگري را پایین میآورد به ویژه در میزان آهن بالا که باعث میشود تمایل به تشکیل تخلخل افزایش پیدا کند. در واقع وجود آهن به میزان زیاد باعث افزایش ذرات فاز β میشود و این ذرات به عنوان مکانهاي جوانه زنی تخلخل عمل میکنند. همچنین صفحات بزرگ β مانعی براي رسیدن مذاب به فضاهاي بین دندریتی در طول انجماد هستند و بنابراین باعث میگردند که حفرات انقباضی با سهولت بیشتري تشکیل شوند.
علت اثر مخرب ترکیبات بین فلزي غنی از آهن بر خواص مکانیکی این است که این ذرات بسیار راحت دچار شکست میشوند. همچنین این ذرات مکانهایی مرجح براي جوانهزنی ترك تلقی میگردند .[2] محققان بسیاري نشان دادند که ترکیبات بین فلزي غنی از آهن در آلیاژهاي مختلف آلومینیوم بر روي اکسید فیلمها جوانه میزنند 4]، 5، .[6 براي جوانه زدن فازهاي غنی از آهن بر روي اکسیدها، وجود تطابق بین ساختارهاي کریستالی آنها فاکتوري مهم است و اکسیدهاي MgO، MgO.Al2O3، γ- Al2 O3 و α-Al2O3مکانهاي مناسبی براي جوانه زنی و رشد فاز آهن α هستند. طبیعت سطح اکسید فیلمها مانند انرژي فصل مشترك آنها نیز در جوانه زنی و رشد فازهاي غنی از آهن برروي آنها موثر است
روند عملی
آلومینیوم با خلوص تجاري در بوته گرافیتی و در کوره الکتریکی تا دماي750ºC ذوب شده و سپس 1 درصد آهن به مذاب اضافه گردید. به منظور حلشدن کامل آهن در آلومینیوم، مذاب مذکور به مدت 30 دقیقه در کوره نگه داشته شده و سپس بوته در دماي محیط سرد شد. در آزمایش سري دوم بعد از حل شدن آهن، بوته را از کوره خارج کرده و در محفظهاي که اطراف آن با پشم شیشه پوشیده شده بود، قرار داده شد و ضمن کنار زدن سطح مذاب به صورت پیوسته،به سطح آن بخار دمیده شد. دمیدن بخار آب به مذاب در 5 مرحله تکرار گردید و بعد از هر مرحله به علت پایین آمدن دما، مذاب به کوره برگردانده شد.
در آزمایش سوم دماي مذاب آلومینیوم بعد از اضافه کردن آهن، به صورت تدریجی کاهش یافت.به این ترتیب که مذاب را در کوره نگه داشته و دماي کوره در هر ساعت 25 درجه کاهش داده شد. به گونهاي که کاهش دما از750ºC به 550ºC ، 8 ساعت طول کشید. سپس مذاب در کوره سرد شد. از قسمتهاي مختلفقطعات حاصل از هریک از آزمایشات بعد از برش نمونههاي متالوگرافی تهیه شده و توسط میکروسکوپ نوري، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز EDX بررسی و مقایسه شدند.
نتایج
عکسهاي SEM نمونههاي مربوط به آزمایش اول و دوم در شکل ا - الف و ب نشان داده شده است. در این شکل فازهاي سوزنی شکل آهن در زمینه آلومینیوم مشاهده میشوند.همانطور که شکل نشان میدهد در حالت دمش بخار اندازه این فازها ریزتر شده است. شکل - 2 الف فازهاي غنی از آهن را در درشت نمایی بزرگتر نشان میدهد. آنالیز EDX نقاط P1 و P2 به ترتیب در شکلهاي - 2 ب و ج نشان داده شده است. نقطه P1 فاز آهن و نقطه P2 نشاندهنده زمینه نمونه است. شکل -2 د نیز نشان میدهد که مرز بین فازهاي آهن و اکسید فیلم حاوي میزان زیادي اکسیژن است.در واقع درکنار فازهاي غنی از آهن ترکی مشاهده میشود که مطابق با آنالیز EDX، غلظت اکسیژن آن از سایر مکانها بیشتر است.
شکل :1 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی الف - نمونه با هیدروژن کم ب - نمونه با هیدروژن بالا
الف - تصویر SEM تشکیل فاز آهن در مجاورت ترك
ب - آنالیز EDX نقطه %83 - 1 آلومینیوم، %17 آهن -
ج - آنالیز EDX نقطه 2 - آلومینیوم خالص -
د - آنالیز EDX نقطه %76/9 - 3 آلومینیوم، 19/2 آهن، %4 اکسیژن -
عکسهاي نوري نمونههایی از بالا، وسط و پایین قطعه حاصل از آزمایش 3 به ترتیب در شکل3 الف، ب و جنشان داده شده است.
