بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش، ساخت و مشخصهیابی استحکام تسلیم کامپوزیت A356-3%SiC در روش ریختهگری گردابی بررسی گردید. برای این منظور، ریختهگری کامپوزیت A356-3%SiC به روش گردابی با دو دمای ذوب ریزی 700 و 800 درجه سانتی گراد تهیه گردید. سپس ریزساختار کامپوزیتهای تولید شده بوسیله میکروسکوپی نوری و استحکام تسلیم آنها با استفاده از آزمایش کشش تک محوره مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری نشان داد که افزایش دمای ذوب ریزی از 700 به 800 درجه سانتی گراد منجر به توزیع یکنواخت ذرات SiC در زمینه فلز آلومینیوم A356 میشود. همچنین مشخص گردید که در اثر افزایش دمای ذوب ریزی از 700 به 800 درجه سانتی گراد، میزان استحکام تسلیم کامپوزیت A356-3%SiC افزایش می یابد.
واژه های کلیدی: ریختهگری گردابی، ساخت و مشخصهیابی، کامپوزیت A356-3%SiC، استحکام تسلیم.
.1 مقدمه
کامپوزیت های زمینه فلزی ریختگی از اوایل دهه 1960 در صنعت شناخته شدند،اما تنها از اواخر دهه 1970 بود که روش های اقتصادی برای ساخت آنها ابداع گردید. عمده ترین مشکل در تهیه کامپوزیت های ریختگی تمایل ذرات غیرفلزی به جدایی از مذاب است که بیشتر مربوط به عدم آغشته پذیری کافی بین ذرات و مذاب می باشد. هدف اصلی تولید کامپوزیت زمینه فلزی افزایش استحکام و سفتی آلیاژ زمینه می باشد. مهمترین و پرکاربردترین کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم - آلومینا، آلومینیوم - سیلیکون، آلومینیوم-گرافیت می باشند 1@؛.>3کامپوزیت ها گروهی از مواد نوین مهندسی هستند که باتوجه به خواص متنوع ، کاربردهای گوناگون و وسیعی دارند.
این دسته از مواد ترکیبی از دو یا چند ماده می باشند که جهت بهبود و اصلاح خواص ماده زمینه و رفع نواقص فاز دوم که اکثر اوقات تقویت کننده نامیده می شود ساخته می گردد. آلیاژهای فلزی متداول دارای محدودیت هایی از نظر میزان سختی ، استحکام ، مقاومت به سایش، مقاومت در دمای بالا ، ضریب انبساط حرارتی پایین و چگالی می باشند. لذا دلایل عمده تولید کامپوزیت ها جبران و بهبود نواقص این مواد است. کامپوزیت های زمینه فلزی برحسب شکل فاز ثانویه موجود در آنها به سه دسته عمده کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پیوسته ، کامپوزیت های تقویت شده با ویسکرها و کامپوزیت های تقویت شده با ذرات سرامیکی تقسیم بندی می شوند. از بین این مواد، کامپوزیت های نوع سوم به دلایل زیر دارای بیشترین کاربرد در صنعت می باشند @؛8:>4
الف - فراوانی و ارزان بودن ذرات تقویت کننده.
ب - امکان ساخت این مواد با استفاده از روش های گوناگون و رایج در صنعت.
ج - امکان شکل دادن آنها با استفاده از روش های مرسوم.
د - عدم وجود اشکالاتی نظیر صدمه دیدن الیاف در حین فرآیند تولید.
شناخت و توسعه مواد جدید با قابلیت بالا، یکی از نیازهای اساسی امروز بشر و از شروط لازم برای پیشرفت تکنولوژی محسوب می شود. لذا مطالعات فراوانی برای گسترش این مواد جدید انجام می پذیرد که از جمله این مواد میتوان به کامپوزیتها اشاره کرد.کامپوزیتها دستهای از مواد پیشرفته هستند که به دلیل خواص مهندسی عالی آنها بر کاربرد آنها روز به روز افزوده میشود 9@؛.>11کامپوزیتها زمنیه آلومینیومی در سه دهه گذشته گسترش قابل توجهی پیدا کردهاند. این کامپوزیتها دستهای از کامپوزیتهای زمینه فلزی هستند که زمینه آنها شامل آلومینیوم یا آلیاژهای آلومینیومی میباشد که تقویتکننده آنها شامل سرامیکهای غیرفلزی تجاری از قبیل , SiC Al2O3 میباشد.
در این بین، تقویتکننده و کسرحجمی در خواص زمینه موثر است. تاکنون ذرات مختلفی از جمله: کاربید تنگستن - WC - ، کاربید تیتانیوم - TiC - ، اکسید زیرکونیوم - ZrO2 - ، نیترید سیلیسیم Si3N4 - - ، کاربید بور - - B4C، نیترید آلومینیوم - AlN - ، الیاف شیشه، گرافیت، خاکستر Fly-Ash، اکسید تیتانیوم - - TiO 2 و ... به عنوان تقویتکننده مورد استفاده قرار گرفتهاند. اما عمده تحقیقات بر روی ذرات تقویتکنندهSiC متمرکز شدهاست.در بین تقویتکنندههای که تاکنون مورد استفاده و آزمایش شدهاند،کاربیدسیلیسیم دارای خواص کششی وچقرمگی بیشتری نسبت به سایر تقویتکنندهها بوده است .>12-15@اگرچه متالورژی پودر و اکستروژن برای تولید کامپوزیتها بکار می رود اما عامل هزینه بالا و گرانی در این روشها یک مانع مهم محسوب می شود.
روشهای ذوبی بدلیل قابلیت چسبندگی مناسبی که در اثر ایجاد زاویه تماس مناسب فراهم میکنند مورد توجه قرار گرفت. مهمترین و سادهترین روش این فرایند روش ریختهگری گردابی است که توس آقایان سوراپا و روهاتجی مورد مطالعه قرار گرفت. این روش ساده ترین روش تولید کامپوزیتهای زمینه آلومینیومی و تضمینی برای توزیع و دربرگیرندگی ذرات تقویت کننده در زمینه می باشد. در فرایند ریختهگری گردابی عدم کنترل مناسب میتواند سبب ایجاد عیوب از قبیل تخلخل و توزیع غیریکنواخت ذرات در کامپوزیت گردد. خواص مکانیکی و اساسا کیفیت کامپوزیتهای زمینه فلزی تهیه شده به روش ریختهگری گردابی تحت تاثیر پارامترهای متعددی قرار میگیرد که عواملی چون نوع همزن، سرعت همزن، اندازه کسر حجمی ذرات تقویت کننده از آن جمله اند.
لذا باید توجه به پارامترهای همچون دمای مذاب، سرعت همزدن، نوع پرههای توربین، زاویه پره ها، نرخ افزودن مواد سرامیکی برحسب گرم بر ثانیه و زمان همزدن را در طول فرایند ریختهگری گردابی مدنظر داشت. آنچه که بیش از پیش در انتخاب این فرایند برای تولید کامپوزیت موثر است کاهش هزینههای آن می باشد. توزیع یکنواخت ذرات تقویت کننده برای کسب خواص مکانیکی مطلوب است- 16@ .>13یکی از مهمترین مواردی که در کامپوزیتها باید مدنظر داشت، واکنش بین تقویتکننده و آلیاژ زمینه است که در پی آن تغییر استحکام فصل مشترک در نتیجه تغییر شکل و شکست کامپوزیت را تحت تاثیر خود قرار می دهد.
در روش گردابی مذاب تمام ذرات را فرا می گیرد و این فراگیری در محدوده ذوب و قبل از انجماد رخ می دهد و در حین انجماد توزیع مجدد رخ می دهد. اما در این بین باید به جدایش وزنی ذرات توجه کرد. چرا که تحت تاثیر اندازه ذرات و وزن آنها می باشد. اما همواره در مشاهدات ریزساختاری در کامپوزیتهای زمینه آلومینیومی مشاهداتی دال بر وجود منطقه فصل مشترک این دو مشهود بوده است. ازدیگر پارامترهای که در اثر افزودن تقویتکنندهها بروی خواص فاز زمینه موثر است تشکیل رسوبات در نتیجه امکان پیرسازی می باشد، بطوریکه این امر سبب افزایش سینیتک پیرسازی میشود.>17 - 19@هدف از این پژوهش بررسی تاثیر دمای ذوبریزی در روش ریختهگری گردابی بر استحکام تسلیم کامپوزیت A356-3%SiC میباشد که در پژوهشهای پیشین به آن پرداخته نشده است.
.2 مواد و روش تحقیق
در این تحقیق مواد اولیه شامل آلیاژ آلومینیم A356، ذرات تقویت کننده SiC ، مواد بهساز شامل قرص دگازر هگزاکلرور اتان می باشند. جدول1 ترکیب شیمیایی آلیاژ آلومینیم استفاده شده را نشان می دهد که توسط دستگاه کوانتومتر شرکت لوله سازی اهواز بدست آمده است.قبل از افزودن ذرات تقویت کننده SiC به مذاب آلیاژ آلومینیم A356، جهت بهبود در خاصیت ترشوندگی مذاب، فرایند آمیژن برروی پودر عملیات حرارتی شده در دمای 1100 درجه سانتیگراد به مدت زمان 2 ساعت استفاده شد.به منظور ساخت کامپوزیت A356-3%SiC ، در ابتدا 12 کیلوگرم آلیاژ آلومینیم A356وزن شد و توس کوره بوته ای از جنس گرافیت به آرامی ذوب شده و اجازه داده شدتا مذاب به دمای فوق ذوب مورد نظر تا1000 درجه سانتیگراد برسد. این دما باتوجه به عملیات گاززدایی و همچنین انتقال ذره تقویت کننده به مذاب و همزدن آنها در نظر گرفته شد. سپس درجه حرارت بارریزی 700 و 800 درجه سانتیگراد انتخاب گردید که سبب افزایش سیالیت به جهت پر کردن قالب می شود. در تمام مراحل تولید، دمای مذاب توس پیرومتر لیزری کنترل گردید.به منظور حذف رطوبت و دیگر آلاینده ها از سطح ذرات، قبل از ورود به مذاب پیشگرم شده که این امر منجر به فعال شدن سطح ذرات و بهبود ترشوندگی می شود.
