بررسی اثر سرعت سرد شدن و جوانه زایی بر ریز ساختار آلیاژهای آلومینیوم- مس به کمک آنالیز حرارتی منحنی های سرد شدن
الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینمهدی دهنوی 1 , محسن حداد سبزوار 2
1 - کارشناسی ارشد مهندسی مواد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 - استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
الکلمات المفتاحية: آنالیز حرارتی, آلیاژ Al- Cu, اندازه دانه, جوانه زای Al-5Ti-1B, سرعت سرد شدن,
ملخص المقالة :
خواص و ویژگی‌های ریزساختاری در آلیاژهای آلومینیوم، بسته به شرایط ریخته‌گری و ترکیب شیمیایی آلیاژها متفاوت خواهد بود. برای دست یابی به ساختار های هم محور در آلیا ژهای آلومینیوم، از جوانه زاهای Al-5Ti-1B و Al-Ti استفاده می شود. در این پژوهش تأثیر سرعت سرد شدن و مواد جوانه زا بر مشخصه‌های ریز ساختاری آلیاژهای دوتایی آلومینیوم- مس حاوی2/2، 7/3 و wt.%8/4 مس، با کمک آنالیز حرارتی منحنی های سرد شدن مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، نمونه هایی از آلیاژ مورد نظر ذوب شده و با سرعت‌های 04/0، 19/0، 42/0 و°C/sec 08/1 سرد شدند. جهت بررسی اثر مواد جوانه زا بر ریز ساختار، برخی از نمونه‌ها با جوانه‌زای Al-5Ti-1B جوانه زایی شدند. منحنی سرد شدن در حین انجماد با استفاده از ترموکوپل نوع K و سیستم ثبت داده در رایانه ذخیره گردید. بررسی کمی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و پردازش تصاویر با استفاده از نرم‌افزار "Clemex Vision" انجام گرفت. نتایج بررسی‌های ریز ساختاری نشان داد که اندازه دانه و فاصله بازوهای دندریتی با افزایش سرعت سرد شدن و جوانه‌زایی کاهش پیدا می‌کنند. نتایج بررسی‌های آنالیز حرارتی نیز نشان داد که در اثراستفاده از مواد جوانه زا تحت تبرید اولیه برای جوانه زایی تقریبا به صفر رسیده است.
1- W. Kurz, D.J. Fisher, “Dendrite growth at the limit of stability: tip radius and spacing”, Acta Metall. Vol. 29 , pp. 11- 20, 1981.
2- R.N. Grugel, Meterials Characterization 28, pp. 213-219, 1992 .
3- میرزایی، م. روشن، م.ر. جواد پور، س. " افزایش شدید خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 2024 با اعمال یک پاس نورد سرد" نشریه مواد نوین، جلد 4، شماره 3، بهار 1393.
4-M.C. Flemings, Solidification Processing, Mc Grow-Hill, New York, 1974.
5- D. Eskin, Q. Du, D. Ruvalcaba, and L. Katgerman, “Experimental study of structure formation in binary Al–Cu alloys at different cooling rates”، Materials Science and Engineering A, Vol. 405, pp. 1-10, 2005.
6- D. Apelian, G. K. Sigworth, and K.R. Whaler; "Assessrnent of Grain Refinernent and Modification of Al-Si Foundry Alloys
by Thermal Analysis." AFS Transactions. Vol. 92, pp. 297-307, 1984.
7-W. Rosenhain, J. D. Grogan, and T. H. Schofield, J. “Recent Developments in the treatment of Aliminum and some of its Alloys”, Journal of Inst. Met, 46, 305-318, 1980.
8- W. E. Sicha, R. C. Boehm “Grain Refinement in Al-4.5% Cu Alloys” AFC Trans, 92, 398-409, 1948.
9- D. Emadi, “Applications of thermal analysis in quality control of solidification processes”, Journal of Themal Analysis and Calorimetry, Vol. 81, pp. 235-242, 2005.
10- I.U.Haq, J. S. Shin, and Z. H. Lee, “Computer-Aided Cooling Curve Analysis of A356 Aluminium Alloy”, Met. Mater. Int, Vol. 10, pp. 89-96, 2004.
11- J.O. Barlow and D.M. Stefanescu, “Computer-aided cooling curve analysis revisited”, AFS Trans,Vol. 105, pp. 349-354, 1997.
12- O. Fornaro, H.A. Palacio, “Study of dilute Al–Cu solidification by cooling curve analysis” J. Mater. Sci. 44, 4342–4347, 2009
13- W.T. Kierkus and J.H. Sokolowski, “Recent Advances in CCA: A New Method of Determining Baseline Equation”, AFS Trans.Vol. 66, pp. 161-167, 1999.
14- K.G. Upadhya, D.M. Stefanescu, K. Lieu and D.P. Yeager, “Computer- Aided Cooling Curve Analysis: Principles and Applications in Metal Casting”, AFS Transactions, Vol. 97, pp. 61-66, 1989.
15- D. Emadi and L. Whiting; “Determination of Solidification Characteristics of Al-Si Alloys by Thermal Analysis”, AFS Transactions,Vol. 110, 2002.
16- Y. Birol, Grain refinement of Al–Cu foundry alloys with B additions, Int. J. Cast Met. Res. 25, 117-120, 2012.
17- H. Li, T. Sritharan, Y. M. Lam, and N.Y. Leng, “Effects of processing parameters on the performance of Al grain refinement master alloys Al-Ti and Al-B in small ingots”, Journal of Materials Processing Technology, pp. 253- 257, 1997.
18- M. Krupiński, K. Labisz, L.A. Dobrzański, and Z.M. Rdzawski, “Derivative thermo-analysis application to assess the cooling rate influence on the microstructure of Al-Si alloy cast”, journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering,Vol. 38, pp. 115-121, 2010.
19- L. Backerud. P. Gustafson, and M. Johnsson, “Grain Refining Mechanisms in Aluminurn as a Result of Additions of Titaniurn and Boron”, Part II, ” Vol. 67, pp. 910-915, 1991.20- D. Dispinar, “Determination of the melt quality of aluminum and its alloys”, PhD, University of Birmingham, UK, January 2005.
21- M. Malekan and S. G. Shabestari, “Computer-aided cooling curve thermal analysis used to predict the quality of aluminum alloys”, J Therm Anal Calorim, 103:453–458, 2011.
22- T. Chandrashekar, “Effect of growth restricting factor on grain refinement of aluminum alloys”, Int J Adv Technol,Vol. 40, pp. 234-241, 2009.
23- D.H. StJohn, “New approach to analysis of grain refinement”, Int J Cast Met Res, Vol. 20, pp. 131-135, 2007.
24- M.A. Easton and D.H. StJohn, “An analysis of the relationship between grain size, solute content, and the potency and number density of nucleant particles,”Metall Mater Trans A,Vol. 36, pp. 1911-1920, 2005.
25-A. Easton and D.H. StJohn, Grain refinement of aluminum alloys (Part II): Confirmation of, and a mechanism for, the solute paradigm, Metall Mater Trans A, 30A: 1625−1633, 1999.
26- V. A. Hosseini, S.G. Shabestari, and R. Gholizadeh, “Study on the effect of cooling rate on the solidification parameters, microstructure, and mechanical properties of LM13 alloy using cooling curve thermal analysis technique” , Materials and Design, Vol. 50, pp. 7-14, 2013.
27- G.K. Sigworth, “Determining grain size and eutectic modification in aluminum alloy casting”, modern casting, pp. 23-27, 1987.
