تحلیل مورفولوژیکی و بررسی شار حرارتی براده بر ریزساختار آلیاژ ریختگی آلومینیوم

نویسندگان

گروه مواد و مهندسی متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این پژوهش تأثیر اضافه کردن براده بر ریزساختار قطعات آلومینیومی ریخته‌گری شده به‌روش ریخته‌گری تحت فشار مطالعه و امکان تغییر ساختار آلیاژ آلومینیوم 380 در قالب فلزی با افزودن براده بررسی شد. ریزساختار قطعه بیشتر از دانه‌های آلفا، فاز یوتکتیک و ترکیبات بین فلزی و تخلخل تشکیل شده است. به‌علت وقوع شرایط غیرتعادلی انجماد در سیستم آلیاژی حاضر، برای محاسبه کسر وزنی جامد از معادله شایل با تعیین مقدار دقیق ضریب توزیع تعادلی توسط روش تجزیه شیمیایی خطی میکروسکوپ الکترونی روبشی در مجاورت یک فاز بین فلزی در زمان‌های مختلف هم‌زدن و همچنین معادلات حاکم بر تجزیه حرارتی استفاده شد. درنهایت با استفاده از تحلیل شار حرارتی در بوته، پیش‌بینی علمی درخصوص میزان بهینه افزودن براده، زمان هم‌زدن و دمای باریزی به‌دست آمد. میزان فاکتور شکل در دمای بهینه 590 درجه سانتی‌گراد برابر 0/643 اندازه‌گیری شد. مطابق با تصاویر میکروسکوپی نوری از نمونه‌های ریخته‌گری شده، روش افزودن براده (قرار دادن آن در کف یا اضافه کردن به سطح) و افزایش دمای تزریق، تأثیر بسزایی در کسر وزنی جامد تشکیل شده، مورفولوژی دانه‌های آلفا و ریزساختار نهایی آلیاژ دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Morphological and Thermal Flux Analysis in as-Cast Al Alloy after Swarf Addition

نویسندگان [English]

  • H. Hadian
  • M. Haddad Sabzevar
  • M. Mazinani
Department of Materials and Metallurgical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University, Mashhad, Iran.
چکیده [English]

In this research, effect of swarf addition on the microstructure of die cast aluminum A380 alloy and the possibility of altering the alloy structure in the metallic die has been studied. The microstructure mainly consists of the α-phase, eutectic, intermetallic compounds and porosity. Since the alloy solidifies under non-equilibrium conditions, the Scheil equation with exact amount of equilibrium distribution, analyzed by SEM-Line scan around an intermetallic phase at different mixing times as well as governing equations of thermal analysis, was used to calculate the solid weight fraction. Finally, using the thermal flux analysis in the crucible, a scientific prediction on the optimal amount of swarf addition, mixing time and temperature, was made. The shape factor at an optimum temperature of 590 °C was measured as 0.643. According to the optical microscope images of the die cast samples, the addition method (adding it to the floor or to the surface) and increasing the injection temperature have a significant effect on the solid weight fraction, morphology of the α-phases and final microstructure of the alloy.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Semi-solid casting
  • microstructure
  • solid fraction
  • swarf
  • solidification
1. Santos, J., “Al-7Si-Mg Semi-Solid Castings-Microstructure and Mechanical Properties”, Ph.D. Thesis, Jönköping University, School of Engineering, 2018.
2. Motegi, T., Tanabe, F., and Sugiura, E., “Continuous Casting of Semisolid Aluminium Alloys”, Materials Science Forum, Vol. 396, pp. 203-208, 2002.
3. Payandeh, M., Sabzevar, M. H., Jarfors, A. E., Wessén, M., “Solidification and Re-melting Phenomena During Slurry Preparation Using the RheoMetal™ Process”, Metallurgical and Materials Transactions B, Vol. 48, pp. 2836-2848, 2017.
4. Giordano, P., and Chiarmetta, G., “Thixo and Rheo Casting: Comparison on a High Production Volume Component”, Proceedings of the 7th S2P Advanced Semi-solid Processing of Alloys and Composites, ed Tsutsui, Kiuchi, Ichikawa, Tsukuba, Japan, Vol. 14, pp. 665-670, 2002.
5. Haghparast, A., Nourimotlagh, M., and Alipour, M., “Effect of the Strain-Induced Melt Activation (SIMA) Process on the Tensile Properties of a New Developed Super High Strength Aluminum Alloy Modified by Al5Ti1B Grain Refiner”, Materials Characterization, Vol. 71, pp. 6-18, 2012.
6. Tzimas, E., and Zavaliangos, A., “Evolution of Near-Equiaxed Microstructure in the Semisolid State”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 289, pp. 228-240, 2000.
7. Eigenfeld, I. K., and Djurdjevic, I. M., “Impact of Casting Parameters and Chemical Composition on the Solidification Behaviour of Al-Si-Cu Hypoeutectic Alloy”, Doktoringenieurin / Doktoringenieur(Dr.-Ing.) von Dipl.-Ing. Jelena Pavlovic-Krstic geb. 02.01.1979. in Zajecar, Serbien genehmigt durch die Fakultät für Maschinenbau.
8. Shiomi, M., Takano, D., Osakada, K., and Otsu, M., “Forming of Aluminium Alloy at Temperatures Just Below Melting Point”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 43, pp. 229-35, 2003.
9. Azadrooy, D., and Saghafian, H., “The Microstructural Study of in Situ Al Alloy 319 Based Composite Reinforced by Iron-Based Intermetallic Produced by Stir Casting Process”, Journal of Advanced Materials In Engineering, Vol. 36, pp. 111-126, 2017.
10. Kolahdooz, A., and Mousavi, M. L., “Optimization of Microstructural Variations and Mechanical Properties of Aluminum Alloy A360 Produced by Semi-Solid Casting Method”, Journal of Solid State Engineering, Vol. 8, pp. 59-70, 1394.
11. Ratke, L., Sharma, A., and Kohli, D., “Effect of Process Parameters on Properties of Al-Si Alloys Cast by Rapid Slurry Formation (RSF) Technique”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 27, pp. 12-68, 2012.
12. Flemings, M. C., “Behavior of Metal Alloys in the Semisolid State”, Metallurgical Transactions A, Vol. 22, pp. 957-981, 1991.
13. Metals hand book, Vol 9: Metallography and Microstructures, ASM, USA, 1998.
14. Mora, C., and Kwan, A., “Sphericity, Shape Factor, and Convexity Measurement of Coarse Aggregate for Concrete using Digital Image Processing”, Cement and Concrete Research, Vol. 30, pp. 351-358, 2000.
15. Kaufman, J. G., and Rooy, E. L., Aluminum Alloy Castings: Properties, Processes, and Applications, ASM International, 2004.
16. Nafisi, S., and Ghomashchi, R., Semi-Solid Processing of Aluminum Alloys, Springer, 2016.
17. Maniara, R., Dobrzański, L., Krupiński, M., and Sokołowski, J., “The Effect of Copper Concentration on the Microstructure of Al-Si-Cu Alloys”, Archives of Foundry Engineering, Vol. 7, pp. 119-124, 2007.
18. Damavandi, E., Nourouzi, S., and Rabiee, S. M., “Effect of Porosity on Microstructure and Mechanical Properties of Al2O3 (p)/Al-A356 MMC”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, pp. 55-64, 2015.
19. Janudom, S., Rattanochaikul, T., Burapa, R., Wisutmethangoon, S., and Wannasin, J., “Feasibility of Semi-Solid die Casting of ADC12 Aluminum Alloy”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 20, pp. 1756-1762, 2010.
20. Pola, A., Tocci, M., and Kapranos, P., “Microstructure and
Properties of Semi-Solid Aluminum Alloys: A Literature Review”, Metals, Vol. 8, p. 181, 2018.
21. Tzimas, E., and Zavaliangos, A., “Evaluation of Volume Fraction of Solid in Alloys Formed by Semisolid Processing”, Journal of Materials Science, Vol. 35, pp. 5319-5330, 2000.
22. Metals Hand Book, Vol 3: Alloy Phase Diagrams, ASM, 1992.
23. Handbook, A., Volume 15 Casting, Materials Park: ASM International, 2008.
24. Davis, S. H., Theory of Solidification, Cambridge University Press, 2001.

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی