بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ابتدا پیش فرمی از ورق هاي فولاد تهیه شد. سپس مجموعه قالب و پیش فرم در دماي 700 درجه سانتی گراد پیش گرم شدند.براي ساخت کامپوزیت لایه اي آلومینیوم – فولاد ، پیش فرم هاي آماده شده در دماي 740 درجه سانتی گراد با روش ریخته گري تحت فشار فلزخورانی شدند.بررسی هاي ریزساختاري کامپوزیت هاي ساخته شده توسط میکروسکوپ نوري مورد مشاهده قرار گرفت. هم چنین استحکام فشاري و سختی کامپوزیت ها نیز بررسی شد. نتایج نشان داد که خواص مکانیکی کامپوزیت ساخته شده با توجه به نوع فصل مشترك افزایش می یابد .
مقدمه
کامپوزیت هاي زمینه فلزي گروهی از مواد مهندسی هستند که براي کاربردهاي فیزیکی و مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. کامپوزیت هاي لایه اي فلز- فلز با اتصال لایه اي دو یا چند فلز بصورت متناوب ساخته میشوند [1,2] . وجود ورق هاي فولاد در زمینه آلومینیوم سبب افزایش خواص مکانیکی مانند استحکام فشاري ، ضربه و سختی ماده مرکب می شود و فراتر از محدوده ي کارآیی معمولی خودش می برد .
آلومینیوم و آلیاژهاي جزء مهمترین فلزات مورد استفاده در صنایع هوافضا ، نظامی و خودرو می باشد. استحکام و سایر خواص مکانیکی آلومینیوم نسبت به فلزاتی مانند آهن ، نیکل و تیتانیوم ضعیف تر است . بنابراین از آلومینیوم به صورت آلیاژهایی با زمینه کامپوزیت یا ترکیبی از این دو استفاده می شود تا از خواص مکانیکی بهتري برخوردار شود . بر همین اساس کامپوزیتهاي زمینه آلومینیومی طی دو دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.[7,8,9] روش فلزخورانی براي چندین دهه جهت تولید کامپوزیتها استفاده می شد . در این روش در این روش تقویت کننده را به صورت پیش فرمی ازیک ساختار پیوسته در می آورند و سپس فلز مذاب به داخل پیش فرم تزریق می شود..[10]در تحقیق حاضر تاثیر قرارگیري ورق هاي فولاد با طراحی هاي مختلف بر خواص مکانیکی ماده مرکب زمینه آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفته است .
روش آزمایش
روش انتخابی براي تولید این ماده مرکب فلزخورانی از طریق پرس تک محوره می باشد .ابتدا ورق هاي فولادي ضخیم با گیوتین برش داده می شود .چربی و آلودگی سطحی آن برطرف می شود، و با سنباده 150 پولیش زده می شود، سپس با نگهدارنده فاصله ي بین ورق ها تنظیم شده ، آنگاه با جوشکاري قوس الکتریکی به یکدیگر متصل شده و پیش فرم ورق هاي فولادي ساخته می شود . با مته به قطر 2 میلی متر وسط ورق ها سوراخ می شود . هم چنین با سنگ فرز روي ورق ها شیار ایجاد می شود .
مرحله بعد نوبت آماده سازي سیلندروپیستون جهت تولید مجموعه قالب است . براي این منظور از شمش فولادي به قطر 3.5 اینچ استفاده شد . شمش ها پس از برش و تراشکاري به صورت پیستون و درپوش آماده می شوند . از لوله هاي فولادي به قطر 3 اینچ به عنوان سیلندر استفاده شد . ارتفاع مناسب براي سیلندر 8 سانتی متر ارزیابی شد ؛ زیرا بیشتر از این مقدار ، فشار اعمالی کاهش می یابد و مذاب بطور کامل تزریق نمی شود . فشار اعمالی تا انتهاي انجماد ادامه دارد و سبب نفوذ مذاب بین لایه هاي فولاد می شود . قالب مورد استفاده استحکام فشاري بالایی دارد و دچار اعوجاج نمی شود .
قبل از ریخته گري مجموعه به مدت یک ساعت در دماي 700 درجه سانتی گراد پیش گرم می شوند و این کار ازسریع سرد شدن مذاب آلومینیوم و ایجاد حفرات انقباضی در کامپوزیت جلوگیري می کند . شمش آلومینیوم با خلوص 99.85 درصد برش زده می شود . قطعات بریده شده در داخل بوته قرار گرفته و تا دماي 740 درجه سانتی گراد در کوره حرارت داده می شود . مجموعه سیلندر و پیستون را از کوره خارج کرده و در قسمت جانمونه اي دستگاه پرس قرار میگیرد .
سپس مذاب آلومینیوم داخل سیلندر و بر روي پیش فرم ریخته می شود.پیستون بر روي سیلندر قرار گرفته و فشار بطور دستی اعمال می شود تا مذاب فضاي بین ورق ها را پر کند. بوسیله سنگ فرز سیلندر را برش داده و نمونه ریختگی خارج می شود . قسمت پایین قطعه که کامپوزیت است از قسمت بالاي آن که آلومینیوم خالص است جدا می شود.آنگاه با دستگاه تراشکاري قطر و ارتفاع نمونه را کاهش داده تا به اندازه مطلوب برسد.شکل 2
نتایج و بحث
ریزساختار نمونه هاي کامپوزیت پولیش شده با میکروسکوپ نوري - OLYMPUS BH-2 - بررسی شده است . فاز روشن آلومینیوم و فاز تیره فولاد است. شکل 3 نشان می دهد که فصل مشترك لایه هاي کامپوزیت فولاد _ آلومینیوم بدون هیچ گونه نقص و عیب است . میکروسختی نمونه ها توسط میکروسختی ویکرز و با نیروي 25 گرم به مدت 10 ثانیه انجام شد و مقادیر بدست آمده از نقاط مختلف کامپوزیت گزارش شده است. جدول 1 نشان می دهد که سختی فاز آلومینیوم در کامپوزیت ساخته شده نسبت به نمونه خالص آن افزایش یافته است .این رفتار به دلیل ممانعت از حرکت نابجایی ها و مکانیزم تحمل بار می باشد .هم چنین مقدار سختی فصل مشترك نمونه پین شده بیشتر از نمونه شیاردار است ،بنابراین کامپوزیت پین شده فصل مشترك قوي تر و محکم تري نسبت به کامپوزیت شیاردار دارد.
