بخشی از مقاله
چکیده: در این پژوهش ساخت فوم پایه آلومینیوم توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی بوسیله ابزار با پین مثلثی مورد بررسی قرار گرفت. متغییرهای فرآیند شامل سرعت چرخش ابزار، سرعت پیشروی ابزار و تعداد پاس در فرآیند فوم شدن می باشد. پس از انجام فرآیند فوم سازی، نمونه ها توسط استریو میکروسکوپ، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد برای تولید ماده خام قبل از فرآیند فوم شدن، سرعت چرخش ابزار 1250 دور در دقیقه و تعداد 4و6 پاس مناسب ساخت فوم می باشد. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که با افزایش تعداد پاس و افزایش سرعت چرخش ابزار اندازه حفرات ایجاد شده بوسیله ذرات فضا ساز بهبود یافته و کوچکتر گردیده است. با کاهش اندازه حفرات و بهبود مورفولوژی آنها خواص مکانیکی فوم افزایش می یابد.
.1 مقدمه :
فوم های فلزی دسته ای از مواد نو و پیشرفته هستند که دارای ساختاری دو فازی، متشکل از فاز جامد و حفره های گازی هستند.[1] اخراًی فوم-های فلزی به علت ساختار منحصر به فرد و مشخصات مکانیکی مورد توجه قرار گرفته اند. گزارشات عمده ای درمورد فوم آلومینیوم و آلیاژهای آن منتشر شده است .[2] در این میان، آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل دارا بودن چگالی پایین نسبت به سایر فلزات، در دسترس بودن و سهولت تبدیل به فوم، به عنوان پرکاربردترین مواد در تولید فوم های فلزی بکار برده می شوند .[3]
آلومینیوم و آلیاژهای آن پس از فولاد و آلیاژهای آهنی از مهمترین و پرمصرف ترین آلیاژها هستند این موضوع به دلیل خواص مناسب این آلیاز مانند نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت به خوردگی خوب، سهولت ساخت، هدایت الکتریکی بالا، قیمت پایین و ... است .[4] علیرغم خواص مناسبی که در بالا ذکر شد آلومینیوم و آلیاژهای آن خواص سایشی و سختی نسبتا ضعیفی دارند به همین دلیل تحقیقات زیادی جهت بهبود این خواص صورت گرفته است که از آن جمله می توان به فرآیند اصطکاکی اغتشاشی اشاره کرد. گرم شدن سریع و کاملا موضعی سطح نمونه در حالی که هنوز درجه حرارت کل قطعه چندان افزایش نیافته است اساس روش اصطکاکی اغتشاشی می باشد.
در این فرآیند ناحیه خمیری در اثر انتقال حرارت بالای فلز سریعا منجمد می شود که این امر باعث ایجاد ساختار ریز دانه شده و در نهایت سبب افزایش سختی سطح می گردد .[5] این روش به لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می باشد به نحوی که از یک ابزار غیرمصرفی در انجام فرآیند استفاده می شود که به درون سطح فلز نفوذ کرده و حرکت دورانی موجب تولید حرارت شده و در نهایت فلز پایه را به حالت پلاستیک رسانده و همگنی و ریزدانه شدن را در برخواهد داشت. شکل1 نحوه انجام فرآیند را بطور شماتیک نشان می دهد.[6] در این تحقیق ساخت فوم پایه آلومینیوم با اضافه کردن نمک طعام به عنوان فضا ساز به روش اصطکاکی Bاغتشاشی به وسیله ابزار پین مثلثی انجام و پارامترهای موثر بر روی آن بررسی شد..
2 مواد و روش تحقیق
تعداد 3 عدد تسمه آلومینیوم سری 1050 با طول 200 میلی متر، عرض 100میلی متر و ضخامت10 میلی متر تهیه گردید. خلوص آلومینیوم توسط دستگاه XRF، ساخت کشور سوئیس مدل Thermo Scientitic - ASL 2150 واقع در آزمایشگاه متالورژی گروه صنعتی آلومینیوم تاکستان اندازهگیری شد. ابزار بکار رفته از جنس فولاد گرمکار H13 بوده، لازم به ذکر است که سختی ابزار مورد استفاده بوسیله عملیات حرارتی حدودا به 52HRC رسانده شد، شکل2 تصویر ابزار پین مثلثی و ابزار بدون پین را نشان می دهد.
جهت حرکت پین در جهت عقربه های ساعت بوده و همچنین بدلیل جلوگیری از حرکت و اعوجاج ناشی از انجام فرآیند قطعات مورد نظر بوسیله فیکسچر ثابت شدند. پارامترهای سرعت پیشروی ثابت در نظر گرفته شد به نحوی که سرعت پیشروی 50 میلی متر بر دقیقه در انجام فرایند در نظر گرفته شد. پودر نمک طعام جهت ریز تر کردن ابعاد آن بوسیله آسیاب خانگی به مدت 2 ساعت آسیاب شد و جهت تشخیص اندازه دانه نمک از الک آزمایشگاهی شیکر ساخت کشور آلمان مدل AS200 Retsch استفاده شد، مشخص شد که بزرگترین اندازه دانهی نمک به 125 میکرون می رسد.
توسط دستگاه فرز ارهای، شیاری به طول 180 میلیمتر و عرض 1,5 میلیمتر و به عمق 5 میلیمتر درست در وسط قطعات آلومینیومی ایجاد گردید . این شیار به منظور جاگذاری پودر نمک جهت تولید فوم میباشد. پودر نمک با خلوص بیش از 99/9 درصد بوده و جهت حل سازی نمک از نمونه ها، نمونه ها را به مدت 72 ساعت در آب جوشان قرار دادیم. شکل 3 ترکیبات قطعه آلومینیوم را نشان می دهد.
.3 نتایج و بحث
.1-3 بررسی سیلان مواد اطراف پین چرخنده در طی فرآیند و همچنین توزیع ذرات فضا ساز تصاویر ماکروسکوپی منطقه فرآیند اصطکاکی اغتشاشی با پین مثلثی در شکل 4 آورده شده است. چون تغییر شکل در فرایند اصطکاکی اغتشاشی در مناطق مختلف یکسان نیست ریزساختار منطقه اغتشاشی بصورت غیریکنواخت درآمده است .[7] تقریبا در تمامی نمونه ها تصاویر ریزساختار مناطق دارای خلل و فرج را نشان می دهند که این را می توان به مقدار حرارت ورودی به منطقه فرآیند و سیالیت نامناسب ماده کامپوزیتی نسبت داد. سیالیت خوب ماده کامپوزیت باعث پر کردن خلل و فرج در منطقه فرآیند شده و یک منطقه عاری از حفره ایجاد می کند.
