بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تاثیر میش متال بر ویژگی هاي ریزساختاري - مورفولوژي و اندازه ذرات سیلیسیم یوتکتیک - و نیز استحکام کششی آلیاژ ریختهگري آلومینیم– سیلیسیم A357 مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور مقادیر مختلف میش متال از 0/01 تا 1 درصد وزنی به آلیاژ فوق افزوده شد. بررسی ریزساختاري و اندازه گیري خواص آلیاژ با استفاده از میکروسکوپ نوري، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و آنالیز تصویري و همچنین آزمون کشش با استفاده از دستگاه تست کشش یونیورسال انجام شد.
نتایج حاصل از اندازه گیري ذرات سیلیسیم نشان داد که حضور میش متال باعث افزایش پارامتر کیفیت میشود. این افزایش در خواص آلیاژهاي حاوي میش متال به علت اصلاح ساختاري ناشی از ریز شدن بازوهاي دندریتی اولیه و فاز سیلیسیم یوتکتیک توسط عناصر نادر خاکی موجود در میش متال است.
واژههاي کلیدي: میش متال، ریزساختار، استحکام کششی، سیلیسیم یوتکتیک، عناصر نادر خاکی.
مقدمه
آلیاژهاي ریختگی Al-Si به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، قابلیت ریخته گري عالی، مقاومت به خوردگی و سایش بالا، استحکام ، خواص خستگی و ضربه مناسب پس از اعمال فرایند هاي عملیات حرارتی ، سریعا تبدیل به پر کاربرد ترین آلیاژهاي تجاري آلومینیم مورد استفاده در صنعت خودرو سازي شده اند .خواص مکانیکی آلیاژهاي Al-Si به میزان زیادي به اندازه و مورفولوژي ذرات یوتکتیک سیلیسیم وابسته است. در شرایط سرمایش معمولی، این ذرات به صورت سوزن هاي درشت در زمینه حضور می یابند. این سوزن ها مکان هاي مرجح براي شروع ترك محسوب شده و می توانند منجر به افت خواص مکانیکی آلیاژ شوند .
اصلاح سیلیسیم یوتکتیک از حالت سوزنی به فیبري ریز به دو روش امکان پذیر می باشد: اصلاح شیمیایی - از طریق افزودن عناصر خاص - - اصلاح از طریق عملیات تبرید سریع جهت اعمال اصلاح شیمیایی می توان از عناصر مختلفی نظیر Sb، Sr و Na استفاده نمود. Sr و Na مورفولوژي ذرات سیلیسیم را به شکل فیبري ریز تغییر می دهند. در حالیکه Sb منجر به ریز شدن سیلیسیم هاي ورقه اي شکل می شود و گزارش هاي تحقیقاتی نیز وجود دارد که از موثر بودن عناصر نادر خاکی روي اصلاح ساختار آلیاژ حکایت می کند. Nogita و همکارانش پیشنهاد کرده اند که عناصر نادر خاکی بر روي سیلیسیم یوتکتیک تاثیر دارند.
میش متال - MM - تلفیقی از عناصر نادر خاکی است که طبق تحقیقات انجام شده می تواند به عنوان یک اصلاح کننده ذرات سیلیسیم مورد استفاده قرار گیرد و همکارانش تحقیقی را بر روي اثر بهسازي عناصر نادر خاکی بر آلیاژهاي هیپو و هایپر یوتکتیک انجام دادند. آن ها مشاهده کردند که افزودن عناصر نادر خاکی تا %0/2 به آلیاژهاي هیپویوتکتیک منجر به ریز شدن آلومینیم α اولیه و ساختار یوتکتیک می شود .
همکارانش ضمن انجام تحقیقاتی پیرامون میزان اثربخشی میش متال ها بر آلیاژهاي ، ریزدانه سازي همزمان سیلیسیم اولیه و یوتکتیک را مشاهده نمودند همکارانش در سال 2008 اثر همزمان میش متال به عنوان اصلاح کننده و استرانسیم در سرعت هاي سرد کردن بالا و پایین بر آلیاژ ریختگی A356.2 را مورد بررسی قرار دادند. به این منظور میش متال به صورت آمیژان Al-20% MM در 4 مقدار 0 ، 2 ، 4 و 6 درصد وزنی و استرانسیم به صورت آمیژان Al -10% Sr به مذاب گاززدایی شده اضافه شد.
بررسی هاي ریزساختاري نشان داد که بهترین نتیجه در 4 درصد وزنی میش متال ، که منجر به بهبود همزمان مورفولوژي و ابعاد ذرات سیلیسیم یوتکتیک شده است، حاصل می شود. با این حال در مقادیر 6 درصد وزنی میش متال، یک افزایش جزئی در ابعاد و یک کاهش جزئی در دانسیته ذرات سیلیسیم مشاهده شده که این امر را می توان ناشی از اندرکنش بین میش متال و استرانسیم و در نتیجه کاهش اثربخشی آن ها دانست .
تحقیقات مشابهی توسط Liu و همکارانش پیرامون اثر بهسازي میش متال غنی از لانتانیم در مقایسه با استرانسیم خالص، بر آلیاژ A357 صورت گرفت که با توجه به اثر لانتانیم به عنوان یک عنصر بهساز، طبق انتظار، در مورفولوژي ذرات سیلیسیم یوتکتیک و نیز استحکام کششی بهبود قابل توجهی مشاهده شد.
مواد و روش تحقیق
جهت تهیه آلیاژ A357 مورد استفاده در این تحقیق Al، Si و Mg خالص با مقادیر مشخص که نشان داده شده است، درون یک کوره مقاومتی الکتریکی و با استفاده از یک بوته از جنس کاربید سیلیسیم به ظرفیت 10 کیلوگرم در دماي 770 درجه سانتی گراد ذوب گردیدند. سپس شمش به قطعات کوچکتر با ابعاد تقریبی 20×30×40 میلی متر تقسیم، تمیز و خشک شده و در ادامه جهت افزودن میش متال، درون کوره مقاومتی الکتریکی دیگري با استفاده از بوته اي با ظرفیت 2 کیلوگرم در دماي 770 درجه سانتی گراد مجددا ذوب شدند.
