چکیده
هدف از پژوهش حاضر، مطالعه رفتار آلیاژ منیزیم AZ91 در آزمون کشش سرد و گرم بود. برای این منظور، آلیاژ مذکور در شرایط انجمادی همراه با مبردگذاری و بدون مبردگذاری ریخته‌گری شد. در حین آماده‌سازی مذاب، عنصر نقره در مقادیر مختلف به مذاب اضافه گردید. آزمون کشش تک‌محوری در دمای اتاق و در دمای 120 درجه سانتیگراد بر روی نمونه‌های آلیاژی با درصدهای مختلف نقره و با شرایط انجمادی متفاوت انجام گرفت. نتایج نشان داد که حضور نقره در آلیاژ سبب تغییر در مورفولوژی فاز Mg₁₇Al₁₂ و تغییر در ریزساختار و خواص کششی آلیاژ شد. ریزساختار و مورفولوژی رسوبات توسط میکروسکوپ نوری مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین سطح شکست آلیاژ پس از آزمون کشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. تغییر در مورفولوژی این فاز بر خواص مکانیکی آلیاژ اثر قابل ملاحظه‌ای دارد. این فاز یک فاز ترد و شکننده بوده و می‌تواند در کنار ساختار بلوری هگزاگونال منیزیم سبب تضعیف رفتار کششی آلیاژ گردد. بهترین رفتار کششی برای نمونه با wt% 0.1 نقره بدون مبردگذاری به دست آمد. در این نمونه فاز Mg₁₇Al₁₂ به صورت پراکنده و با پیوستگی کمتر در مرز دانه ظاهر شد. هنگامی که مقدار نقره به wt% 0.4 افزایش یافت، خواص کششی به دلیل افزایش اندازه رسوبات این فاز در ریزساختار کاهش قابل ملاحظه‌ای یافت. انجماد همراه با مبرد اثر مثبتی بر خواص کششی آلیاژ در دماهای بالا و پایین نداشت.
مقدمه: در پژوهش حاضر، اثر افزودن نقره به عنوان عنصر آلیاژی همراه با تغییر در شرایط انجماد با و بدون استفاده از مبردگذاری بر ریزساختار و خواص کششی آلیاژ AZ91 با استفاده از آزمون‌های کشش در دمای اتاق و کشش در دمای °C 120 مورد مطالعه قرار گرفت. نکته مهم در پژوهش حاضر استفاده از عنصر نقره است که در مطالعات پیشین کمتر به آن پرداخته شده است. برای افزودن بسیاری از عناصر آلیاژی، مشکلاتی از قبیل احتمال اکسید شدن، تبخیر شدن و ورود به سرباره وجود دارد. هممچنین بسیاری از عناصر آلیاژی باید به صورت ترکیبی و در قالب یک آمیژان وارد مذاب شوند، در صورتی که در این مطالعه، عنصر نقره به صورت گرانول خالص به مذاب اضافه شد. نقره به عنوان یک عنصر نجیب تمایل کمتری به ایجاد ترکیبات شیمیایی و بین‌فلزی از خود نشان می‌دهد و از این لحاظ پایداری خوبی را در هنگام آماده‌سازی مذاب و ریخته‌گری دارد. چنین خصوصیاتی این امکان را به وجود آورده که در پژوهش حاضر، ریخته‌گری بدون نیاز به اتمسفر کنترل شده انجام گیرد. در بسیاری از تحقیقات مشابه، خواص کششی دمای بالا در محدوده‌ای از دما مورد بررسی قرار گرفته‌اند که مکانیسم های خزشی فعال می‌باشند، اما در این پژوهش، دما تا این اندازه بالا نیست و محدوده دمایی پایین‌تر است و هدف بررسی رفتار کشش در دمای بالا بدون رخداد خزش است. در اغلب مطالعات مربوط به رفتار مکانیکی آلیاژ AZ91 اندازه دانه مهم‌ترین پارامتر مورد مطالعه بوده است، در صورتی که در این پژوهش، اهمیت و نقش فاز β-Mg₁₇Al₁₂ به عنوان فاز ترد موجود در آلیاژ مورد تأکید بوده و اثر این فاز بر خواص کششی مد نظر می‌باشد. قابل ذکر است که مباحث تفسیر ریزساختار، ترکیب شیمیایی و آنالیز عنصری فازهای موجود در آلیاژ در یک مقاله دیگر به قلم نویسندگان حاضر به چاپ رسیده است.
روش­:
نمونه‌های AZ91 (با ترکیب شیمیایی متوسط حاوی 9 درصد وزنی Al، 0.9 درصد وزنی روی و 0.2 درصد وزنی منگنز) با استفاده از ریخته‌گری در قالب دائمی تولید شدند. مواد اولیه به صورت شمش تجاری در داخل یک کوره مقاومت الکتریکی گرم شدند. قالب فولادی مجهز به مبرد مسی دارای سیستم آبگرد در یک جعبه عایق حرارتی نگهداری می‌شد. عملیات ریخته گری در دمای 650، 750 و 850 درجه سانتی‌گراد با یا بدون مبرد انجام شد. نمونه‌های مکعبی (2×2×2 سانتی‌متر مکعب) از قسمت میانی و نزدیک به مرکز قطعات ریخته‌گری شده بریده شدند. سطح نمونه‌ها با استفاده از کاغذهای سنباده SiC از شماره 60# تا 2500# سنباده‌زنی شد. سپس نمونه‌ها بر روی یک نمد مخصوص و با استفاده از یک محلول شوینده تجاری صیقل داده شدند. برای بررسی ریزساختار، نمونه‌ها توسط محلول استیک پیکرال (مخلوطی از 10 میلی‌لیتر اسید استیک، 4.2 گرم اسید پیکریک، 10 میلی‌لیتر آب مقطر و 70 میلی‌لیتر اتانول) به مدت 1 ثانیه حکاکی شدند. برای بررسی ریزساختار نمونه‌ها از میکروسکوپ نوری استفاده شد.
برای ارزیابی رفتار مکانیکی نمونه‌ها، آزمون‌های کشش در دمای اتاق (طبق استاندارد ASTM-E8) و در دمای °C 120 (طبق استاندارد ASTM-E21) انجام شدند.
یافته­ ها:
اثر هم‌زمان 0.1 درصد وزنی نقره و مبردگذاری
در شکل 3، نتایج آزمون‌های کشش دمای اتاق بر روی نمونه‌های حاوی 0.1 درصد وزنی نقره و با شرایط انجمادی متفاوت مربوط به نمونه 1 (ریخته‌گری بدون مبرد در دمای ˚C 650)، نمونه 2 (ریخته‌گری با مبرد در دمای ˚C 750) و نمونه 3 (ریخته‌گری با مبرد در دمای ˚C 850) نشان داده شده است. همان گونه که در شکل 3 مشاهده می‌شود، واضح است که رفتار کششی AZ91 با 0.1 درصد وزنی نقره پس از انجماد با مبردگذاری افت داشته است. نتایج نشان می‌دهد که نمونه حاوی wt% 0.1 نقره و ریخته‌گری شده در  °C 650 دارای بهترین خواص کششی در بین تمام نمونه‌های با انجماد بدون مبردگذاری است.
ذوب‌ریزی از °C 850 با انجماد همراه با مبردگذاری باعث بهبود خواص کششی در مقایسه با نمونه ریخته‌گری شده در دمای °C 750 درجه سانتیگراد شده است.  به منظور توضیح عملکرد مکانیکی نمونه‌های مورد بحث، بررسی ریزساختار نمونه‌ها برای توضیح عملکرد مکانیکی آنها ضروری است. شکل 4 ریزساختار نمونه‌های ریخته‌گری شده در شرایط مختلف در پژوهش حاضر را نشان می‌دهد.
تصاویر میکروسکوپی نمونه‌های حاوی 0.1 درصد وزنی نقره و ریخته گری شده در شرایط مختلف در شکل‌های 4-الف، 4-ب و 4-ج به نمایش در آمده است. انجماد همراه با مبردگذاری می‌تواند مورفولوژی فاز Mg₁₇Al₁₂ را تغییر دهد. در نمونه‌های با حالت‌های مختلف انجماد، اندازه و توزیع Mg₁₇Al₁₂ متفاوت است. برای نمونه ریخته‌گری شده در °C 650، که بدون مبردگذاری تولید شده، سرعت سرد شدن بسیار بالا بود که باعث شده فاز Mg₁₇Al₁₂ به صورت رسوبات مرزدانه‌ای ریز ظاهر شود. انجماد همراه با مبردگذاری نرخ انتقال حرارت را کاهش داده و این باعث تغییر در مورفولوژی Mg₁₇Al₁₂ به صورت پیوستگی کمتر و ضخامت بیشتر شده است. این اثر توسط چن و همکاران نیز گزارش شده است. کاهش نرخ انتقال حرارت سبب افزایش اندازه دانه‌های فاز زمینه گردیده و به تبع آن فاز Mg₁₇Al₁₂ نیز ضخیم‌تر شده است. مقایسه بین نمونه‌های ذوب‌ریزی شده در °C 650 و °C 850 نشان می‌دهد که انجماد همراه با مبردگذاری تقریباً تأثیری بر مورفولوژی فاز β ندارد، اما دمای ذوب‌ریزی بالاتر منجر به ضخامت بیشتر فاز β شده است. به طور خلاصه باید گفت که پس از انجماد همراه با مبردگذاری، ریزساختار AZ91 حاوی 0.1 درصد وزنی نقره تغییر یافته است.
مبردگذاری منجر به کاهش مقدار فاز Mg₁₇Al₁₂ و به طور هم‌زمان منجر به تولید رسوبات درشت و ضخیم Mg₁₇Al₁₂ می‌شود. این واقعیت باعث خواص مکانیکی ضعیف نمونه ریخته‌گری شده در °C 750 در دمای اتاق شده است. ...
نتیجه­ گیری:
- افزودن نقره به مذاب آلیاژ AZ91 باعث تغییر ریزساختار و خواص مکانیکی این آلیاژ شد.
- هنگامی که نقره به AZ91 اضافه شد، مورفولوژی فاز Mg₁₇Al₁₂ از شبکه‌های مرزدانه‌ای ریز به رسوبات درشت و ضخیم با پیوستگی کمتر تغییر یافت.
- کاهش پیوستگی فاز β منجر به بهبود خواص کششی در اتاق و دماهای بالا شد.
- برای نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف نقره بدون مبردگذاری، در آزمون کشش سرد، افزودن نقره سبب بهبود رفتار کششی آلیاژ شد. در آزمون کشش گرم نیز همین روند تکرار شد.
- در آزمون کشش سرد نمونه‌های حاوی wt% 0.1 نقره، استحکام تسلیم و استحکام کششی برای نمونه ریخته‌گری شده در  °C 650 بیشترین مقدار بود که مبردگذاری سبب کاهش این مقادیر شد. با افزایش دمای ذوب‌ریزی، مقادیر استحکام افزایش اندکی پیدا کرد. مقادیر کرنش شکست برای نمونه تولید شده با مبردگذاری در °C 850 بیشترین مقدار بود. نتایج آزمون کشش گرم نیز تقریباً به همین منوال بود تفاصيل المقالة