عنوان پایان‌نامه

تاثیر پارامترهای فرایند بر مشخصات کامپوزیت های تابعی Al/SiC تهیه شده از روش ذوب مجدد و ته نشینی



    دانشجو در تاریخ ۲۸ دی ۱۳۹۰ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "تاثیر پارامترهای فرایند بر مشخصات کامپوزیت های تابعی Al/SiC تهیه شده از روش ذوب مجدد و ته نشینی" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد-ریخته‌گری‌
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 940;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52659
    تاریخ دفاع
    ۲۸ دی ۱۳۹۰
    دانشجو
    مائده پورمجیدیان
    استاد راهنما
    فرشاد اخلاقی
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    چکیده در پژوهش حاضر برای نخستین بار فرایندی جدید به نام ذوب مجدد و ته¬نشینی، جهت تولید کامپوزیت تابعی A356/SiCp بکار گرفته شد؛ که مبنای آن جدانشینی ثقلی ذرات SiC درون مذاب Al بدلیل اختلاف چگالی اجزاء، طبق قانون استوکس است. ابتدا جهت پیش¬بینی نحوه حرکت ذرات SiC تحت نیروی گرانشی، آزمون¬های مقدماتی انجام شدند. در این دسته از آزمون¬ها سرعت ته¬نشینی ذرات SiC با اندازه¬های مختلف، در مذاب A356 اندازه¬گیری شده و نتایج حاصل در تطابق خوبی با مقادیر پیش¬بینی شده توسط قانون استوکس بودند. در ادامه به ¬منظور تولید کامپوزیت¬های تابعی حاوی ذرات SiC در سه اندازه µm 150-106، µm 90-63 و µm 25>، آزمون¬های ته¬نشینی در دمای ?C650 و مدت زمان¬های مختلف نگهداری صورت پذیرفتند. بدین ترتیب که قرص¬های کامپوزیتی حاوی 20%، 15%، 10%، 5% حجمی از ذرات SiC، درون قالبی استوانه¬ای شکل بر روی یکدیگر قرار داده شدند به قسمی که کسر حجمی ذرات SiC از بالا تا پایین نمونه کاهش داشته باشد. پس از ذوب شدن این مجموعه در داخل کوره¬ای با اتمسفر احیایی و نگهداری آن در مدت-زمان¬های کوتاه و مشخص، ته¬نشینی ذرات در راستای ارتفاع نمونه¬ها صورت گرفت. پس از کوئنچ کردن، جهت انجام مطالعات لازم، نمونه¬ها از مرکز و در راستای ارتفاع برش داده شدند. به کمک نرم افزار آنالیز تصویری کسر حجمی ذرات SiC در نواحی مختلف نمونه¬ها و سپس شیب توزیع ذرات در راستای ارتفاع آن¬ها محاسبه شد. همچنین آزمون¬های سختی¬سنجی و بعضا تخلخل¬سنجی بر آن¬ها صورت گرفت. نتایج نشان دادند که نمونه¬های تولیدی حاوی ذرات SiC در اندازه¬های µm 90-63 و µm 150-106 دارای شیب در درصد حجمی ذرات، شیب در سختی و تخلخل هستند؛ در ضمن زمان نگهداری بهینه برای دستیابی به مناسب¬ترین گرادیان کسر حجمی ذرات SiC با اندازه µm 150-106، 30 ثانیه و برای ذرات با اندازه µm 90-63، 60 ثانیه می¬باشد. در مورد نمونه¬های حاوی ذرات با اندازه µm 25> به دلیل افزایش شدید ویسکوزیته دوغاب و سرعت بسیار پایین ته¬نشینی، حتی در مدت¬زمان¬های بسیار طولانی مانند 40 دقیقه و در دماهای بالاتر مانند ?C750 نیز، فرایند ته¬نشینی و در نتیجه ملایم شدن شیب کسر حجمی ذرات در نواحی پلکانی اولیه، صورت نگرفت. در بخش نهایی این پژوهش، پس از بدست آمدن زمان¬های بهینه جهت ته-نشینی کنترل شده ذرات، اقدام به تولید کامپوزیت¬های تابعی دو طرفه در دو اندازه ذرات µm 150-106 و µm 90-63 شد. همچنین با استفاده از نرم¬افزار MATLAB برنامه¬ای شبیه¬ساز برای ته¬نشینی ذرات طی فرایند ذوب مجدد و ته¬نشینی نوشته شد که نتایج آن در تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی بودند. در مجموع نتایج حاصل از این پژوهش، مبین توانایی روش ذوب مجدد و ته-نشینی در تولید گرادیان ملایمی از ذرات SiC، در مدت زمانی بسیار کوتاه هستند. کلمات کلیدی: مواد تابعی، جدایش ثقلی، ذوب مجدد و ته¬نشینی، کامپوزیت¬های Al/SiCp، قانون استوکس
    Abstract
    Abstract In the present study, a new process termed here as Remelting And Sedimentation (RAS) was utilized for the first time to produce a functionally graded A356/SiCp composite. This process in based upon the gravity separation of SiC particles within aluminum melt. First, in order to estimate the movement of SiC particles under gravitational force, preliminary settling tests were performed. Thus, settling velocities of different sized SiC particles in aluminum A356 melt were measured and the results exhibited a reasonably good agreement with those predicted via the modified Stokes law. Subsequently, in order to produce functionally graded composites with three different sized SiC particles (106-150 ?m, 63-90 ?m and under 25 ?m), slices of particulate Al/SiC composites with compositions of 5, 10, 15 and 20 vol. % of SiC were stacked in a cast iron mould and heated at 650?C in a reducing atmosphere resulting in remelting and unification of the different composite parts. Then the composite slurries were held at this temperature for different short holding times to provide the desired settling of SiC particles along the height of the sample. Then after quenching, the sample was sectioned and subjected to metallographic studies and hardness and porosity measurements. The results showed that the optimum holding time for obtaining a proper gradient of SiC paticles within the height of the samples was 30 and 60 seconds for 106-150 ?m and 63-90 ?m sized SiC particles, respectively. For fine SiC particles (< 25 ?m), due to the significant increase in the viscosity of the melt, even after prolonged holding times, i.e. 40 minutes, no settling of particles was observed. Using the data obtained from these settling tests, two-sided functionally graded composites containing SiC particles with different size ranges of 106-150 ?m and 63-90 ?m were successfully produced. A computer program was also written using MATLAB software in which a modified Stokes equation was employed. This program was able to reasonably simulate the settling of SiC particles during RAS process. The results from this study confirmed a smooth concentration gradient of SiC particles along the height of sample revealing the successful production of FGM by this method. Keywords: Functionally Graded Materials, Gravity Separation, Remelting and Sedimentation, Al/SiCp Composites, Stokes Law