عنوان پایان‌نامه
بررسی دمای بار ریزی و فرکانس ارتعاش بر ریز ساختار و سختی کامپوزیت فرآوری شده به روش سطح شیبدار لرزان
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-ریخته‌گری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1080;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61395
- تاریخ دفاع
- ۲۷ آذر ۱۳۹۲
- دانشجو
- شایا صفاری
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- کامپوزیت های درجایAl-Mg2Si به دلیل چگالی پایین و خواص مکانیکی مطلوب مورد توجه صنایع خودروسازی و هوافضا قرار گرفته‌اند. با این وجود ذرات Mg2Si اولیه که در طی فرآیند انجماد ایجاد می‌شوند، ساختار درشتی دارند که این ساختار می‌تواند اثرات مخربی بر خواص کامپوزیت داشته باشد. بنابراین ذرات باید به گونه‌ای بهسازی شوند تا خواص مکانیکی از جمله استحکام و شکل‌پذیری بهبود یابند. در پژوهش حاضر برای اولین بار از فرایند سطح شیبدار لرزان به عنوان یک فرایند نیمه جامد، جهت فراوری کامپوزیت Al-Mg2Si استفاده شد. در ابتدا شمش های کامپوزیتی حاوی 15 و 25 درصد وزنی Mg2Si به عنوان مواد اولیه تهیه شدند. در ادامه این شمش ها مجددا ذوب شدند و در فوق‌گدازهای °C100، °C200 و °C300 با استفاده از سه فرایند ریخته‌گری ثقلی، سطح شیبدار ساکن و سطح شیبدار مرتعش شده در قالب استوانه‌ای چدنی با قطر داخلی 60 میلیمتر و ارتفاع 35 میلیمتر و ضخامت دیواره 2 میلیمتر، ریخته گری شدند. در این پژوهش، طول و زاویه سطح شیبدار به ترتیب mm400 و 45 درجه در نظر گرفته شد و برای سطح شیبدار لرزان، ریخته گری تحت سه فرکانس 40، 50 و 60 هرتز که سبب ایجاد دامنه های 520، 600 و 680 میکرومتر می شدند صورت گرفت. در این تحقیق، تأثیر فرکانس ارتعاش، فوق‌گداز و کسر وزنی Mg2Si بر ریزساختار و فاکتور شکل ذرات Mg2Si اولیه، تخلخل و سختی نمونه های تولید شده مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین رفتار سایشی نمونه‌های حاوی درصدهای وزنی مختلف Mg2Si که در فوق‌گداز ثابت °C100 فراوری شده بودند، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش فوق‌گداز در نمونه¬های کامپوزیتی ریخته‌شده به روش ثقلی سبب کاهش اندازه ذرات Mg2Si اولیه و در نمونه‌های فراوری‌شده با استفاده از روش‌های سطح شیبدار ساکن و سطح شیبدار لرزان سبب افزایش اندازه ذرات Mg2Si اولیه می‌شود. در فوق‌گدازهای ثابت 100 و 200 درجه سانتیگراد، استفاده از روش سطح شیبدار لرزان سبب کاهش اندازه و افزایش فاکتور کرویت ذرات Mg2Si اولیه در مقایسه با روش سطح شیبدار ساکن و ریخته‌گری ثقلی می‌شود. همچنین افزایش فرکانس ارتعاش در محدوده 40 تا 60 هرتز در این دو فوق‌گداز باعث کاهش قطر معادل ذرات و افزایش نامحسوس میزان فاکتور کرویت آن ها می شود. نتایج حاصل از تخلخل سنجی نشان دادند که با افزایش درصد وزنی Mg2Si، میزان تخلخل در نمونه ها افزایش می یابد. درضمن نمونه های سطح شیبدار لرزان در مقایسه با نمونه های سطح شیبدار ساکن و ریخته‌گری ثقلی دارای تخلخل بالاتری هستند. اعمال ارتعاش مکانیکی به سطح باعث افزایش میزان تخلخل نمونه ها می شود. نتایج حاصل از سختی سنجی نمونه ها نشان داد که با افزایش درصد وزنی Mg2Si، میزان سختی نمونه ها افزایش می یابد. همچنین نمونه های سطح شیبدار لرزان در مقایسه با نمونه های ثقلی دارای سختی بالاتری هستند. درضمن، میزان سختی در نمونه های سطح شیبدار ساکن نیز بیشتر از نمونه های ثقلی است. نتایج آزمون سایش نشان داد که میزان کاهش حجم نمونه در اثر سایش و همچنین ضریب اصطکاک با افزایش درصد وزنی Mg2Si، کاهش می یابد. درضمن، کمترین میزان کاهش حجم برای نمونه های فراوری شده با استفاده از سطح شیبدار لرزان حاصل شد.
- Abstract
- Al-Mg2Si in-situ composites, due to their light weight and good mechanical properties have been developed to meet the demand of weight reduction and saving fuel for high-performance applications such as automotive and aerospace industries. However, the presence of coarse primary Mg2Si particles in these composites negatively affect their properties. Therefore, composites with coarse primary Mg2Si particles must be modified to gain appropriate mechanical properties such as strength and ductility. In the present study, for the first time, Vibrating Cooling Slope (VCS) process as a new semi-solid method was utilized for processing of Al-Mg2Si composite. At first, composite ingots containing 15 and 25 weight percent of Mg2Si were prepared as the starting materials. Then these ingots were remelted and poured with 100o C, 200o C or 300o C superheating temperature into a cast-iron die with the internal diameter of 60 mm and a height of 35 mm and wall thickness of 2 mm using three different methods, namely Gravity Casting (GC), Conventional Cooling Slope (CS) and VCS. The cooling slope consisted of a 400 mm long copper plate set at 45? inclined angle that could vibrate at 40, 50 and 60 Hz and amplitude of 520, 600, 680 µm respectively. In this study, the effect of vibration frequency, superheating temperature and Mg2Si weight percent on the microstructure and shape factor of primary Mg2Si particles, as well as porosity and hardness of cast samples was investigated. Also the tribological properties of composite samples containing 15 and 25 wt.% of Mg2Si poured at 100?C superheating temperature, were studied. The results revealed that by increasing superheating temperature, primary Mg2Si particle size(de) decreased in GC samples, while this quantity was increased in CS and VCS samples. The VCS method led to decrease of size and increase of shape factor of Mg2Si particles when compared with CS and GC samples prepared at 100o C or 200o C superheating temperatures. It was concluded that increasing of vibration frequency in the range of 40-60 Hz resulted in decreased size of Mg2Si particles while their shape factor was unaffected. The results of porosity measurement showed that, the amount of porosity increased with Mg2Si content. Moreover the VCS processed sample were always more porous as compared to the specimens produced by GC and CS methods. By applying mechanical vibration to the cooling slope, the porosity content increased. The results of hardness test showed an improvement in hardness with increasing Mg2Si content. It was also indicated that for a fixed Mg2Si content, the VCS processed samples had more hardness than GC samples. Furthermore the hardness value of CS processed samples were higher than GC samples. The results of wear and friction tests revealed a decrease in volume loss and friction coefficient of samples with increasing of Mg2Si content. Moreover the minimum wear weight loss was obtained for VCS samples.
