عنوان پایان‌نامه
تهیه و مشخصه یابی کامپوزیت های تابعی در جای Al-Al۲Cu از طریق واکنش دهی مذاب آلومینیم با مس جامد
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-ریخته‌گری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1199;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69621
- تاریخ دفاع
- ۰۷ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- فاطمه مشایخی
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- کامپوزیت های تابعی Al-Al2Cu به دلیل تغییرات شیبدار ریز ساختار و خواص در یک یا چند بعد از قطعه، دارای کاربرد های خاص صنعتی هستند. این کامپوزیت ها از روش های مختلفی تولید می-شوند. در پژوهش حاضر این کامپوزیت ها برای اولین بار از یک روش ریخته گری و در اثر اندرکنش مذاب آلومینیم با مس جامد تولید شدند که به دلیل بهره گیری از وسایل متداول ریخته گری دارای مزایای اقتصادی نسبت به سایر روش ها می باشد. در این روش ورق مسی خم کاری شده با پوشش آلومینیم در کف قالب سرامیکی قرار داده شده و آلومینیم مذاب بر روی آن ریخته شد. با تغییر متغیر های ریخته گری همانند دمای بارریزی، سرعت سرد شدن و دمای پیش گرم قالب و مس جامد شرایط به گونه ای مهیا شد تا تمامی مس جامد در اثر اندرکنش با آلومینیم مذاب بصورت محلول در آید و در هنگام انجماد، بسته به غلظت مس در آلومینیم در مکان های مختلف از قالب، یک کامپوزیت با غلظت شیبدار مس شامل آلومینیم، محلول جامد مس در آلومینیم و نیز یوتکتیک Al-Al2Cu تشکیل شود. نتایج این پژوهش نشان داد که در صورت بهینه بودن شرایط، ریز ساختار و سختی نمونه منجمد شده بصورت شیبدار (تابعی) در دو راستای عمودی و افقی تغییر می کند. بطور کلی سختی نمونه ها در راستای عمودی (در مرکز و در امتداد محور تقارن عمودی) در محدوده سختی آلومینیم خالص تجارتی (در بالا) و سختی آلیاژ آلومینیم حاوی 33 درصد وزنی مس (در پایین) قرار می گیرد. ولی در راستای افق شیب سختی ناچیز است. با افزایش دمای بارریزی شیب سختی کاهش می یابد. همچنین پیش گرم مس جامد و قالب باعث کاهش شیب سختی می شود. سرد شدن مذاب در هوا از طریق افزایش سرعت انجماد باعث کاهش جابجایی (کنوکسیون) درون مذاب در مقایسه با سرد شدن مذاب در کوره می شود و همین امر باعث افزایش شیب غلظت مس و سختی در راستای ارتفاع نمونه می شود. همچنین هر چه وزن مس استفاده شده بیشتر باشد، سختی نواحی مختلف از پایین به بالای نمونه تابعی بیشتر می شود. انجام عملیات انحلال و پیرسازی بر روی نمونه های تابعی افزایش سختی قابل توجهی در قسمت هایی از نمونه ها با بیش از 3 درصد وزنی مس نشان داد. کلمات کلیدی: کامپوزیت های تابعی درجای Al-Al2Cu، ریخته گری، ریزساختار، سختی، عملیات انحلال و پیرسازی
- Abstract
- Functionally graded Al-Al2Cu composites due to their gradient microstructure and properties along one or more directions of the component have potential applications in some specific industries. There are several methods for processing of these composites. In the present study, for the first time, these composites were produced by employing a casting method via interaction between molten Al and solid Cu. This is a cost-effective method due to utilization of conventional casting equipment. In this method, a rectangular copper sheet was bended along its width in two points and then coated with aluminum. Then it was placed at the base of a ceramic mold, and the mold was filled with molten Al. In order to achieve complete solution of the solid copper in the molten aluminum, some casting parameters such as pouring temperature, cooling rate, mold pre-heat temperature and solid copper pre-heat temperature were optimized. During solidification of the melt, depending on the various concentrations of copper in different locations of the mold, a composite with graded concentration of copper consisting of Al, Al-Cu solid solution (Al-?) and Al-Al2Cu eutectic was formed. It was shown that in the optimized conditions, gradient microstructure and hardness in vertical and horizontal directions of the solidified specimen could be achieved. In general, the hardness profile at the centerline along the height of the samples laid between the hardness values of commercial pure aluminum (at the top) and Al–33wt.%Cu (eutectic) alloy (at the bottom). However, the horizontal hardness profile at the centerline of the samples exhibited a slight slope, showing decreased Cu content towards the edges of the samples. The increased pouring temperature resulted in decreased slope of the hardness profiles. Similarly, preheating of the solid Cu and/or the mold reduced the hardness gradients. The air cooling of the mold, as compared with furnace cooling, increased the cooling rate and thereby restricted the convection in the melt before solidification resulting in increased slope of Cu concentration and hardness profile along the height of the sample. The increased weight of the solid copper resulted in shifting of the hardness profiles towards higher values. Also the age hardening of the gradient samples resulted in a significant increase in the hardness in the regions of the samples that contained more than 3wt. % of copper. Keywords: In-situ Functionally Graded Al-Al2Cu Composites, Casting, Microstructure, Hardness, Age hardening.
