عنوان پایان‌نامه
تاثیر مدول و حجم قطعات ریختگی بر چگونگی توزیع ذرات Sic در کامپوزیت های AI/Sic تولید شده به روش باریکه مذاب NMS
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-ریخته‌گری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 938;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52468
- تاریخ دفاع
- ۱۳ اسفند ۱۳۹۰
- دانشجو
- فرهاد ارزندی
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- روش باریکه مذاب (NMS) یکی از روش¬های جدید در ایجاد ساختار گلبولی است که برای اولین بار در دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران ابداع شده و برای ایجاد ساختار گلبولی در آلیاژ آلومینیم 356 بکار گرفته شده است. در این روش مذاب ازطریق یک بوته کف ریز و از ارتفاع مشخص به داخل قالبی که در ارتفاع مشخص در زیر بوته قرار داده شده ، ریخته می شود که پس از عملیات ذوب مجدد جزیی منجر به تولید ساختار گلبولی می شود. در تحقیق حاضر برای اولین بار امکان تولید کامپوزیت ذره ای Al-SiC با ساختار گلبولی از این روش بررسی شده و تاثیر ابعاد قالب (مدول و حجم) بر چگونگی توزیع ذرات SiC، میزان کرویت و اندازه گلبول های ایجاد شده، میزان تخلخل و سختی نمونه های ریخته گری شده مورد مطالعه قرارگرفت. به این منظور از آلیاژ آلومینیم 356 به عنوان فلز زمینه و از ذرات SiC با اندازه ذراتی در محدوده µm 90-63 (اندازه متوسط µm 76) برای تولید کامپوزیت Al-10 vol%SiC استفاده شد. به منظور ریخته گری از شش سری سه-تایی از قالب های چدنی استوانه ای استفاده شد که سه سری اول شامل قالب هایی با حجم های ثابت و مدول های متغیر و سه سری دوم متشکل از قالب هایی با مدول های ثابت و حجم های متغیر بودند. همچنین به منظور مقایسه ریزساختاری، میزان تخلخل و سختی کامپوزیت های تولیدشده از روش-های باریکه مذاب و هم زدن درحالت نیمه جامد (کامپوکستینگ)، شمش های Al-10vol.%SiC از روش کامپوکستینگ نیز در قالب های فوق ریخته گری شدند. نتایج نشان داد، با استفاده از روش باریکه مذاب و با انجام عملیات حرارتی ذوب مجدد جزئی در دمای 580 درجه سانتی گراد، به مدت 8 دقیقه و سپس کوئنچ در آب، کامپوزیت با ساختار زمینه گلبولی تولید می شود. همچنین با افزایش مدول قالب ها در حجم ثابت اندازه متوسط گلبول های فاز ? افزایش یافته و میزان کرویت آن ها کاهش می یابد. توزیع ذرات SiC در کامپوزیت های تولید شده با این روش در مقایسه با کامپوزیت های تولید شده به روش کامپوکستینگ یکنواخت تر است اگرچه با افزایش مدول از یکنواختی توزیع ذرات در زمینه کاسته شده است. همچنین با افزایش حجم قالب ها در مدول ثابت نیز روند فوق البته با تغییرات کمتر برای اندازه و فاکتور شکل گلبول ها با افزایش حجم مشاهده شد. نحوه توزیع ذرات SiC نیز با افزایش حجم در مدول ثابت غیریکنواخت تر شده است. نتایج آزمون تخلخل سنجی نشان دهنده کاهش تخلخل با افزایش مدول در حجم ثابت بوده و با میزان تغییرات کمتر همین روند برای افزایش حجم در مدول ثابت مشاهده شد که این مشاهدات به کاهش سرعت انجماد و افزایش زمان برای خروج گازهای حبس شده ارتباط داده شد. همچنین تخلخل کامپوزیت های تولیدی از روش باریکه مذاب تاحدی بیشتر و سختی آن ها به طور جزیی بیشتر از کامپوزیت های تولیدشده از روش کامپوکستینگ بودند، که دلیل این امر تغییر ریزساختار ریختگی از حالت دندریتی به ساختاری نسبتا هم محور در روش باریکه مذاب و کاهش مناطق تمرکز تنش در ساختار زمینه تشخیص داده شد. علاوه براین افزایش سختی با افزایش مدول در حجم ثابت و نیز افزایش سختی با افزایش حجم در مدول ثابت (البته با میزان تغییرات کمتر) برای نمونه های ریخته گری شده مشاهده شد.
- Abstract
- Narrow Melt Stream (NMS), is a relatively new cost effective process for semi-solid processing of aluminum alloys with a globular structure. This method is based on pouring the melt through a small sized nozzle into a mould located at a certain height under the crucible. The controlled nucleation events promoted by the interaction of the melt stream upon entering the mould cavity, together with generation of nucleis upon contact of the melt with the mould bottom and walls, provide a suitable non-dendritic microstructure which can be converted to a globular structure after re-heating. This technique has been successfully utilized for processing Al 356 alloy with a globular structure. In the present study for the first time the NMS technique is used for producing a globular structure in Al 356-10vol. %SiC composites and the effects of casting modulus and casting size on the distribution of SiC particles, porosity and hardness in Al-SiC composites produced by NMS Method has been investigated. For this purpose, 14 cylindrical shaped cast iron moulds in three series with identical modulus (1.2, 1.6 and 2.0 cm) and different volumes and three series with identical volumes (200, 600 and 1000 cm3) and different moduluses were used. The as-cast composites exhibited a non-dendritic microstructure which could be converted to a globular structure after re-heating (partial remelting) at 580°C, for 8 min and then quenching in water. It was concluded that by decreasing the casting modulus with identical volumes and decreasing the casting volume in identical modulus the average size of generated globules decreased and formation of more spherical globules together with a more uniform distribution of SiC particles within the matrix alloy were occurred. It was observe that in composites produced by NMS method, the distribution factor was lower than those produced by compocasting. The hardness of NMS produced composites was higher as compared with compocast samples at the expense of higher porosity levels. Moreover, by increasing the casting modulus (for identical mould volumes) and/or mould volume (for identical casting modulus), the porosity of composites decreased due to the extended solidification time. However, the effect of casting modulus on the microstructure, porosity levels and hardness of composites was more pronounced.
