بخشی از مقاله
چکیده
پارگی گرم یکی از عیوب متداول در آلیاژ هاي ریختگی با دامنه انجماد بالا است که در حین انجماد در ناحیه نیمه جامد آلیاژ و در اثر تاثیر متقابل انقباض قطعه و مقاومت قالب به این انقباض رخ می دهد. بررسی هاي مختلف نشان داده است که ترکیب شیمیایی اثر بسیار زیادي بروقوع پارگی گرم دارد. در این تحقیق، تاثیر منیزیم بر بروز پارگی گرم در یک آلیاژ Al-4.5%Cuتوسط روش ICTC مورد مطالعه قرار گرفت.
به این منظور قالبهاي T شکل با سیستم راهگاهی فشار طبیعی ساخته و دو مذاب با و بدون %2 منیزیم در شرائط یکسان درانها ریخته گري و نیروي حاصل از انقباض قطعه در حین انجماد به صورت نمودار نیرو - زمان ثبت شد. نتایج نشان داد که شیب نمودار در ناحیه مستعد به پارگی در نمونه با منیزیم کمتر از نمونه بدون منیزیم و به همین ترتیب استعداد به پارگی گرم در نمونه همراه با %2 منیزیم نسبت به نمونه بدون منیزیم بالاتر می باشد.
مقدمه
پارگی گرم ، گسیختگی کششی فلز ریختگی در حین انجماد است و وقتی که فلز هنوز نیمه جامد است و توانایی مقاومت در برابر تنش هاي گرمایی و مکانیکی را ندارد، رخ می دهد. تنش هاي مکانیکی نتیجه محدودیت هاي ایجاد شده توسط شکل هندسی قالب در مقابل انقباض آزاد قطعه و تنش هاي گرمایی، حاصل از انقباض گرمایی در حین سرد شدن هستند. این عیب یکی از مهمترین مشکلات جدي در ریخته گري فلزات است. اگرچه در این زمینه تحقیقات زیادي انجام شده است ولی هنوز مشکل بزرگی در صنعت، به خصوص براي آلیاژ هاي خاص به حساب می آید. این عیب برگشت ناپذیر بوده و ممکن است هم در داخل و هم در روي سطح قطعه ریختگی اتفاق بیفتد
طی سالها آزمونهاي زیادي براي اندازه گیري و مشاهده پارگی گرم ارائه شده است. در همه این آزمونها از روش هایی استفاده میشود تا از انقباض آزاد قطعه جلوگیري کند و استعداد به پارگی گرم را مشخص نماید. یکی از روش هایی که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است بر اساس اندازه گیري نیروي انقباضی در حین انجماد می باشد.
از جمله اخیرا، نصر اصفهانی و نیرومند[3]روشو دستگاهجدیدي به نام ICTC2 ابداع نمودند. در این روش، مذاب درون قالبی Tشکل ریخته می شود که انتهاي دو بازو پیچ هایی جهت جلوگیري از انقباض آزاد قطعه تعبیه شده است و نیروي انقباضی در حین انجماد اندازه گیري می شود. این روش بر اساس اندازه گیري دما و نیرو بر حسب زماندر حین انجماد می باشد.
بعضی از عواملی که روي قابلیت پارگی گرم اثر می گذارند شامل دماي بارریزي، دماي قالب، ترکیب آلیاژ، اندازه دانه، گاز محلول در مذاب و نوع سیستم راهگاهی میباشد. یکی از مهمترین عوامل، ترکیب شیمیایی آلیاژ می باشد. میزان گستردگی دامنه انجماد بستگی به عناصر تشکیل دهنده آلیاژ دارد. در مذاب نسبتا خالص دامنه انجمادي وجود ندارد سپس با افزایش مقدار عنصر آلیاژي، دامنه انجماد به سرعت افزایش می یابد. افزایش بیشتر در غلظت عنصر آلیاژي سبب کاهش دامنه انجماد شده و مقدار فاز یوتکتیک افزایش مییابد.
تحقیقات نشان داده است که آلیاژهاي با دامنه انجماد بالا مستعدتر به پارگی گرم می باشند و با نزدیک شدن به ترکیب یوتکتیک، شدت پارگی گرم کاهش مییابد و افزایش مقدار فاز یوتکتیک در مذاب باقی مانده سودمند است. در واقع، در اثر افزایش کسر حجمی فاز یوتکتیک، کرنش حرارتیدر پایان انجماد کاهش و جمع طول ترك ها کاهش می یابد
کلین سیستم آلیاژي Al-Mg را با استفاده از آزمون داگبون3 مورد مطالعه قرار داد. او متوجه شد که حتی در آلومینیم خالص با مقدار بسیار کمی منیزیم پارگی گرم مشاهده می شود. با این وجود وقتی که از آلومینیم %100 خالص استفاده کرد، متوجه شد هیچ پارگی در قطعه رخ نداده است. بنابراین نتیجه گرفت که حتی مقدار بسیار کمی از ناخالصی میتواند سبب بروز پارگی گرم شود.
نتیجه تحقیق دیگري که با تغییر در مقدار منیزیم و دماي بارریزي صورت گرفته در شکل 1 نشان داده شده است. شکل 1 نشان می دهد که ماکزیمم تمایل به پارگی گرم بستگی به دماي بارریزي و درصد عنصر آلیاژي دارد. همانطور که مشاهده می شود با افزایش در دماي بار ریزي، تمایل به پارگی افزایش و نمودار به سمت درصد کمتر منیزیم کشیده می شود.
هدف این تحقیق، بررسی اثر درصد منیزیم بر قابلیت پارگی گرم آلیاژ Al-4.5%Cuبا استفاده از روش ICTCمیباشد. در قسمت بعدي ابتدا دستگاه ICTCو روش انجام ازمایشها توضیح داده شده و سپس نتایج اندازه گیري هاي نیروي انقباضی و بررسیهاي ماکروسکوپی ارائه خواهد شد.
شکل.1 قابلیت پارگی گرم آلیاژهاي[5Al-Mg]
روش ها و مواد مورد آزمایش
ترکیب استاندارد آلیاژمورد استفاده در جدول 1 آورده شده است. دستگاه ICTCبه کار برده شده در شکل 2نشان داده شده که بسیار مشابه با دستگاه استفاده شده در تحقیقات گذشته [6]میباشد با این تفاوت که براي پر کردن قالب از سیستم راهگاهی فشار طبیعی استفاده شده است.
جدول.1 ترکیب شیمیایی آلیاژ مورد استفاده
دستگاه ICTCکه توسط نصر و نیرومند 3]و[7 ارائه شده استزیر مجموعه آزمونهايTمی باشد. در این آزمون از دو انتهاي حفره Tشکل قالب دو پیچ خارج می شود. یکی از این پیچ ها بواسطه یک میله رابط به یک صفحه صلب وصل می گردد که وظیفه آن جلوگیري از انقباض آزاد قطعه Tشکل می باشد. پیچ دیگر به یک لودسل متصل می گردد. نیروي حاصل از انقباض قطعه در حین انجماد به یک برد ویژه که قابلیت نشان دادن نیروي وارد بر لودسل را دارد، منتقل می شود.
پس از ذوب ریزي و با شروع فرآیند انجماد، انجماد سریع اطراف پیچ ها باعث درگیرشدن پیچها با قطعه شده و نیروي حاصل از انقباض انجمادي و انقباض قسمت هاي در حال سرد شدن قطعه به میله هاي رابط و لودسل منتقل می شود که به صورت نمودار نیرو - زمان رسم و ثبت می گردد. مقاومت پیچ ها به انقباض آزاد قسمت هاي منجمد شده باعث ایجاد کرنش در مناطق خمیري قطعه گردیده که در صورت وجود شرایط مناسب منجر به پارگی میگردد. این پارگی در نمودارهاي بدست آمده به صورت یک پیک یا تغییر شیب ظاهر میگردد
شکل.2 نمایی از دستگاه ICTCاستفاده شده براي تست استعداد به پارگی گرم
