تعیین ثابت‌های رابطه هال- پچ اصلاح شده و ارتباط خواص مکانیکی با ریزساختار آلیاژ AS7U3G

نویسندگان

1 1. دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 2. دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم هیپویوتکتیک به‌­شدت تابع ابعاد تیغه‌­های سیلیسیم یوتکتیکی و فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی است. رابطه هال- پچ اصلاح شده اثر این دو متغیر ریزساختاری بر استحکام تسلیم و استحکام کششی آلیاژهای پایه آلومینیوم- سیلیسیم را نشان می­دهد. این دو متغیر ریزساختاری به متغیرهایی همچون ترکیب شیمیایی، سرعت سرد شدن و عملیات کیفی مذاب بستگی دارند. در این پژوهش اثر سرعت­ سرد شدن بر مشخصات ریزساختاری و خواص مکانیکی آلیاژ AS7U3G بررسی شده، ثوابت رابطه هال- پچ اصلاح شده برای این آلیاژ به‌­دست آمد. به این منظور آلیاژ از دمای 750 درجه سانتی­گراد در قالب­‌های ماسه‌ای، فلزی پیش­گرم شده و فلزی آبگرد ریخته شد. بررسی­‌های آنالیز حرارتی و متالوگرافی نشان داد که سرعت سرد شدن در قالب فلزی آبگرد 7/15 برابر بیشتر از قالب ماسه‌­ای بوده که درنتیجه باعث کاهش فاصله میانگین بازوهای ثانویه دندریتی از 54 میکرومتر به 17 میکرومتر شد. همچنین مشخص شد که با کاهش فاصله بازوهای ثانویه دندریتی از 45 میکرومتر به 17 میکرومتر استحکام تسلیم و استحکام کششی به‌­ترتیب 5/16 و 5/6 درصد افزایش می­یابد. در ادامه با بررسی­‌های متالوگرافی و انجام آزمون‌­های کشش، ثابت‌های رابطه هال- پچ اصلاح شده و ارتباط خواص کششی با ریزساختار آلیاژ به‌­دست آمد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of the Modified Hall-Petch Equation Constants and the Relationship Between the Microstructure and Mechanical Properties of AS7U3G Alloy

نویسندگان [English]

  • M. Lashani Zand 1
  • B. Niroumand 1
  • B. Niroumand 1
  • A. Maleki 2
1 1. Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
2 2. Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

Mechanical properties of the alloys are a strong function of the average silicon particles size and the secondary dendrite arm spacing (SDAS). Modified Hall-Petch equation expresses the effects of these two microstructural parameters on the yield strength and ultimate tensile strength of the Al-Si based alloys. These microstructural parameters depen on parameters such as chemical composition, cooling rate and melt treatment. In this study, the effect of cooling rate on the  equation constants of the alloy were determined. For this purpose, the alloy was poured at 750 °C in three different molds including a sand mold, a preheated steel mold, and a water cooled steel mold. The Thermal and microstructural analysis showed that the cooling rate in the metal mold was 15.7 times higher than that of the sand mold, which resulted in a decrease of the SDAS from 54 micrometers to 17 micrometers. It was also found that by reducing the SDAS from 45 micrometers to 17 micrometers, the yield strength and tensile strength were increased by 16.5% and 6.5%, respectively. The modified Hall-Petch equation constants and the microstructure-mechanical properties relationships were then established by the microstructural and tensile test studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminum-Silicon alloy
  • modified Hall-Petch equation
  • SDAS
  • mechanical properties

مراجع

1. Kumari, S., Pillai, R. M., Rajan, D., and Pai, B. C., “Effects of Individual and Combined Additions of Be, Mn, Ca and Sr on the Solidification Behaviour, Structure and Mechanical Properties of Al-7Si-0.3Mg-0.8Fe Alloy”, Materials Science and Engineering A, Vol. 460, pp. 561-573, 2007.
2. Dahle, A. K., Nogita, K., McDonald, S. D., and Lu, L., “Eutectic Modification and Microstructure Development in Al-Si Alloys”, Material Science and Engineering A, Vol. 413-414, pp. 243-248, 2005.
3. Kaufman, J. G., Aluminum Alloy Casting, ASM International, 2004.
4. Kaufman, J. G., “Introduction to Aluminum Alloys and Tempers, ASM International, 2000.
5. Mao, F., Chen, Y., G., Wang, T., and Cao, Z., “Effect of Strontium Addition on Silicon Phase and Mechanical Properties of Zn-27Al-3Si Alloy”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 622, pp. 871-879, 2015.
6. Zamani, M., “Al-Si Cast Alloys-microstructure and Mechanical Properties at Ambient and Elevated Temperature”, Ph.D. Thesis, Jonkoping University, 2017.
7. Wang, Q. G., “Microstructural Effects on the Tensile and Fracture Behavior of Aluminum Casting Alloys A356/357”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 34, pp. 2887-2899, 2003.
8. Sui, Y., Wang Q., Wang G., and Liu T., “Effects of Sr Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Cast Al-12Si-4Cu-2Ni-0.8Mg Alloys”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 622, pp. 572-579, 2015.
9. Lu, S. Z., and Hellawell, A., “The Mechanism of Silicon Modification in Aluminum-Silicon Alloys: Impurity Induced Twinning”, Metallurgical Transactions A, Vol. 18, pp. 1721-1733, 1987.
10. Yan, G., Mao, J., F., Cao, Z., Li, T., and Wang, T., “Effect of Sr Addition on the Characteristics of As-cast and Rolled 3003/3004 Clad Aluminum”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 678, pp. 201-211, 2016.
11. Dong, X., Zhang, Y., and Ji, Sh., “Enhancement of Mechanical Properties in High Silicon Gravity Cast AlSi9Mg Alloy Refined by Al3Ti3B Master Alloy”, Materials Science and Engineering A, Vol. 700, pp. 291-300, 2017.
12. Fu, Y., Wang, H., Zhang, Ch., and Hao, H., “Effects of Minor Sr Additions on the As-cast Microstructure, Fluidity and Mechanical Properties of Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca (wt%) Alloy”, Materials Science and Engineering A, Vol. 723, pp. 118-125, 2018.
13. Hertzberg, R., Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, New York: John Wiley, 1989.
14. Wierzbińska, M., and Sieniawski, J., “Effect of Morphology of Eutectic Silicon Crystals on Mechanical Properties and Cleavage Fracture Toughness of AlSi5Cu1 Alloy”, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 14, pp. 31-36, 2006.
15. Warmuzek, M., Aluminum-silicon casting alloys (Atlas of microfractographs), ASM International, 2004.
16. Namilae, S., Chandra, N., and Nieh, T., “Atomistic Simulation of Grain Boundary Sliding in Pure and Magnesium Doped Aluminum Bicrystals”, Scripta Materialia, Vol. 46, pp. 49-54, 2002.
17. Paradkar, A. G., Kamat, S. V., Gogia, A. K., and Kashvap, B. P., “On the Validity of Hall-Petch Equation for Single-phase β Ti-Al-Nb Alloys Undergoing Stress-induced Martensitic Transformation”, Materials Science and Engineering A, Vol. 520, pp. 168-173, 2009.
18. Fan, Z., Tsakiropoulos, P., and Miodownok, A., “A Generalized Law of Mixtures”, Journal of Materials Science, Vol. 29, pp. 141-150, 1994.
19. Fan, Z., Tsakiropoulos, P., Smith, P. A., and Miodownik, A. P., “Extension of the Hall-petch Relation to Two-ductile-phase Alloys”, Philosophical Magazine A, Vol. 67, pp. 515-531, 2006.
20. Stephen, J., Light Metals, WILEY, 2011.
21. Houria, M. I., Nadot, Y., Fathallah, R., Roy, M., and Maijer, D. M., “Influence of Casting Defect and SDAS on the Multiaxial Fatigue Behaviour of A356-T6 Alloy Including Mean Stress Effect”, International Journal of Fatigue, Vol. 80, pp. 90-102, 2015.
22. Ceschini, L., Morri, A., Toschi, S., Johansson, S., and Seifeddine, S., “Microstructural and Mechanical Properties Characterization of Heat Treated and Overaged Cast A354 Alloy with Various SDAS at Room and Elevated Temperature”, Materials Science and Engineering A, Vol. 648, pp. 340-349, 2015.
23. Ceschini, L., Morri, A., Morri, A., Toschi, S., Johansson, S., and Seifeddine, S., “Effect of Microstructure and Overaging on the Tensile Behavior at Room and Elevated Temperature of C355-T6 Cast Aluminum Alloy”, Materials & Design, Vol. 83, pp. 626-634, 2015.
24. ASTM, E8, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, 2015.
25. Kurz, W., and Fisher, D. J., “Fundamentals of Solidification”, Switzerland: Trans Tech Publications LTD, 1992.
26. Khan, S., and Elliott, R., “Quench Modification of Aluminium-silicon Eutectic Alloys”, Journal of Materials Science, Vol. 31, pp. 3731-3737, 1966.
27. Flemings, M., Solidification Processing, McGraw-Hill, 1929.
28. Shabestari, S., and Shahrani, F., “Influence of Modification, Solidification Conditions and Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of A356 Aluminum Alloy”, Journal of Materials Science, Vol. 39, pp. 2023-2032, 2004.
29. Comalco, “Modification of Foundry Al-Si Alloys”, Comalco Aluminium Limited, 1997.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 37، شماره 4
اسفند 1397
صفحه 91-100

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی