تعیین سیکل عملیات پیرسازی فوم کامپوزیتی پایه آلومینیم A356+4%wt.Cu و مقایسه آن با خواص مکانیکی فوم A356
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
سیدمحمد حسین میرباقری
1
(دانشیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی.)
حسین سلطان
2
(کارشناس مهندسی متالورژی- دانشگاه امیرکبیر.)
حامد والی
3
(کارشناس مهندسی متالورژی- دانشگاه امیرکبیر)
کلید واژه: خواص مکانیکی, جذب انرژی, فوم آلومینیم A356, مس, عملیات حرارتی پیرسازی,
چکیده مقاله :
امروزه فومهای فلزی بویژه فوم های پایه آلومینیم به عنوان مواد پیشرفته پا به عرصه صنعت گذاشتهاند و روز به روز فرآوردههای متنوعی از آنها وارد بازار مصرف میشود. لذا، بهبود خواص و دانش فنی این فوم ها به وسیله پژوهشگران در حال توسعه است. از این رو، در این پژوهش سعی شده است؛ ابتدا محصول فوم آلومینیم A356 به روش ذوبی تهیه شود. سپس با آلیاژ سازی آلیاژ A356 به وسیله 4 درصد وزنی مس خالص، این آلیاژ مستعد به عملیات پیرسازی شود. آنگاه فوم دیگری با این آلیاژ A355+4%wt.Cu ساخته شود. در مرجله دوم با طراحی و انجام آزمون های متفاوت عملیات حرارتی، سیکل بهینه پیرسازی برای آلیاژ اخیر بدست آمد. نتایج نشان می دهند عملیات محلول سازی فوم فلزی یاد شده در دمای510 درجه سلسیوس به مدت زمان 12 ساعت و سپس کوئنچ آن در آب سرد و در پی آن عملیات پیر سازی در دمای 160 درجه سلسیوس به مدت 3 ساعت، بهترین خواص مکانیکی را برای فومA356+4%wt.Cu فراهم می آورد. در این شرایط استحکام تسلیم فشاری تک محوری فوم پیرسازی شده نسبت به نمونه خام تقریباً از 10 به 27 MPa تغییر یافته است که حدود 170 درصد افزایش استحکام تسلیم را نشان می دهد. همچنین، نتایج آزمون جذب انرژی در بارگذاری فشاری تک محوری نشان میدهد نمونه پیر شده یاد شده حدود 160 درصد نسبت به نمونه خام عملیات حرارتی نشده، افزایش داشته است، اما مدول الاستیک مشخصه فوم یاد شده در مقایسه با سایر سیکل ها که زمان محلول سازی و پیرسازی آن ها کمتر بوده، تغییرات قابل ملاحظه ای نداشته و بین 10 تا GPa 11 تقریباً ثابت می ماند. بررسی ساختار سلولی فوم پیش و پس از آزمون فشار نشان می دهد حضور 4 درصد مس منجر با فاکتور کرویت نزدیک به واحد شده و ساختار سلولی فوم حاصله بسیار همگن تر از نمونه A356 تنها بوده و چروکیدگی سطح داخلی این فوم با افزودن 4 درصد مس کاملاً از بین می رود
Metal foams as an advanced material show many interesting properties which is the reason for their wide use in industries. The properties and technology of metal foams are developing and improving. In this investigation aluminum-A356 foam was produced by melting process at first step and then it was prepared for aging process by making an alloy of 4%wt. Cu. The results were shown that, solution process at 510 °C for 12 hours and then quenching in cold water, carrying on the process by aging at 160 °C for 3 hours gave rise to best mechanical properties for A356-4%wt.Cu. The yield strength of the A356-4%wt.Cu and the aged A356-4%wt.Cu were compared which presented a change from 10 to 27 MPa, about 170% yield strength increase. The energy absorption, was measured by uniaxial compressive loading, it was shown an increase of about 185% for the aged alloy in comparison to non-heat-treated specimen. Elastic modulus characteristic for the above mentioned alloy had not considerably changed in comparison to other cycles with lower solution and aging time and was between 10 to 11 GPa. Comparison of foam cell structure before and after the compression test was shown that 4% Cu was contribute to make spherical factor to be almost equal to 1 and also the cell structure was more homogeneous rather than the A356 foam. As a final result the internal surface shrinkage was disappearing by adding 4%wt.Cu
1- حسین سلطانی، پایانامه کارشناسی، "بررسی عملیات پیرسازی فوم آلیاژ356A حاوی عنصر مس بر خواص مکانیکی و جذب انرژی آن"، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، گروه مهندسی متالورژی، فروردین 1393.
2-حامد والی، پایانامه کارشناسی، "بررسی اثر مس بر ساختار سلولی و خواص مکانیکی فوم آلیاژ 356A"، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، گروه مهندسی متالورژی، فروردین 1393.
3- میلاد دانشمند، "ساخت هسته فوم آلومینیمی و مدلسازی تغییر فرم لوله های پرشده توسط هسته فومی" دانشگاه صنعتی امیرکبیر، گروه مهندسی متالورژی، بهمن 1389.
4- سید یوسف طباطبائیان، پایان نامه کارشناسی ارشد" بررسی ساختار سلولی فوم های فلزی و مدلسازی آن" دانشگاه صنعتی امیرکبیر، گروه مهندسی متالورژی، 1387.
5-Michael F. Ashby, Tony Evans, N.A. Fleck, J.W. Hutchinson, H. N. G. Wadley and L.J. Gibson , (book) "Metal Foams: A Design Guide", publisher, Butterworth-Heinemann, 2000.
6-B. Matijasevic-Lux, J. Banhart, S. Fiechter, O. Gorke and N. Wanderka, Modification of titanium hydride for improved aluminium foam manufacture,ActaMaterialia, 54, 1887-1900, 2006.
7-M. Farkašová, E. Tillová and M. Chalupová, "Modification of Al-Si-Cu cast alloy," Faculty of Mechanical Engineering,England, vol. 41, pp. 210-215, 2013.
8-A. Bhakta and E. Ruckenstein., "Decay of standing foams: drainage, coalescence and collapse", Advances in Colloid and Interface Science, 70: 1–124, 1997.
9- N. Movahedi, S. M. H. Mirbagheri, and S. R. Hoseini, "Effect of Foaming Temperature on the Mechanical Properties of Produced Closed-Cell A356Aluminum Foams with Melting Method" Met. Mater. Int., Vol. 20, No. 4, pp. 757~763, 2014.
10- نیما موحدی، محمد حسین میرباقری وسیدرضا حسینی، "اثر عوامل ریخته گری در تولید فوم آلومینیمی A356 بر رفتار تغییر شکل پلاستیک طی آزمون فشار تک محوری," ریخته گری،.شماره 101، سال 32،صفحه 34، بهار 1392.
11-محمد حسین میرباقری ویوسف طباطبایی مجد، "اثر عوامل فرآیندی بر ساختار سلولی کف-جامدآلومینیمیA356-SiC ریختگی و کمی سازی تخلخل آن"، ریخته گری،.شماره 101، سال 32،صفحه 56، بهار 1392.
12-محمد حسین میرباقری ورضا پورغلام، "ریخته گری فوم آلومینیم A356 سلول بسته به کمک مخلوط مذاب و سیلیکون-دولومیت گرانوله و بررسی رفتار فشاری آن"، ریخته گری،شماره 103، سال 32،صفحه 38، پاییز و زمستان 1392.
13- L.J. Vendra and A. Rabiei, " A comparison of composite metal foam's properties and other comparable metal foams".Materials Letters, Vol: 63, P: 533–536, 2009
14- T. Miyoshi, M. Itoh, S. Akiyama, and A. Kitahara. "ALPORAS aluminum foam: production process, properties, and applications", Advanced Engineering Materials, 2: 179–183, 2000.
15- N. Bekheet, R. Gadelrab, M. Salah and A. A. El-Azim, "The effects of aging on the hardness and fatigue behavior of 2024 Al alloy/SiC composites," Materials and Design, vol. 23, pp. 153-159, 2002.
16- D. Mandal and S. Viswanathan, "Effect of heat treatment on microstructure and interface of SiC particle reinforced 2124 Al matrix composite," Materials Characterization, vol. 85, pp. 73-81, 2013.
17-R. K. Bhushan, S. Kumar and S. Das, "Fabrication and characterization of 7075 Al alloy reinforced with SiC particulates," Int J Adv Manuf Technol, vol. 65, pp. 611-624, 2013.
18-F. Campana and D. Pilone, "Effect of heat treatments on the mechanical behaviour of aluminium alloy foams," Scripta Materialia, vol. 60, p. 679–682, 2009.
19- S. Sajjadi, H. Ezatpour and M. T. Parizi, "Comparison of microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy/Al2O3 composites fabricated by stir and compo-casting processes," Materials and Design, vol. 34, pp. 106-11, 2012.]
20-S. Pal, R. Mitra and V. Bhanuprasad, "Aging behaviour of Al–Cu–Mg alloy–SiC composites," Materials Science and Engineering A, vol. 480, pp. 496-505, 2008.
21- M. Wang, D. Chen, Z. Chen, Y. Wu, F. Wang, N. Ma and H. Wang, "Mechanical propertiesof in-situ TiB2/A356 composites," Materials Science & Engineering A, vol. 590, pp. 246-254, 2014.
22-N. Ponweiser and K. W. Richter, "New investigation of phase equilibria in the system Al–Cu–Si," Journal of Alloys and Compounds, vol. 512, p. 252– 263, 2012.
23- R. Daniel A. Cluff, and S. Esmaeili, "Prediction of the Effect of Artificial Aging Heat Treatment on the Yield Strength of an Open-Ccell Aluminum Foam", Journal of Materials Science, Vol.43 (3),pp 1121-1127, 2008.
24- زهره وند،حمید، پایان نامه کارشناسی ارشد، "بررسی تاثیر عملیات حرارتی بر فوم آلیاژ آلومینیم A356 و خواص مکانیکی آن"،دانشگاه آزاد اسلامی ساوه،استاد راهنما دکتر میرباقری،1392.
25-V. Raghavan, "Al-Cu-Si (Aluminum-Copper-Silicon)," Journal of Phase Equilibria and Diffusion, vol. 28, pp. 180-182, 2007.
26-D. A. Porter and K. E. Easterling, Phase Transformations in Metals and Alloys, London, Weinheim, New York, Tokyo, Melbourne, Madras: Chapan And Hall, 1981, 1992.
27-ج. قربانیان و ح. سراجیان،آلومینیم و آلیاژهای آن، انتشارات امیرکبیرتهران، 1387
28-اکرم صالحی؛ سید مجتبی زبرجد؛ ابوالفضل باباخانی؛ محمدصادق ابروی، "بررسی ریزساختاری فوم نانوکامپوزیتی آلومینیوم تقویت شده با نانوذرات اکسید سیلیسیم تولید شده با استفاده از امواج مافوق صوت"مجله مواد نوین، دوره 4، شماره 16، صفحه 98-1، تابستان 1393.