تأثیر روش ریخته‌گری فرسابی بر ریزساختار آلیاژ منیزیمی AZ81

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

محسن قسوری ¹ (کارشناس ارشد، فارغ التحصیل دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران)
محمدعلی بوترابی ² (استاد دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران)

تاریخ دریافت : 1396/04/14 تاریخ پذیرش : 1396/10/16 تاریخ انتشار : 1397/05/01

کلید واژه: تخلخل, ریخته‌گری فرسابی, آلیاژ AZ81, ریزدانگی, رسوبات,

چکیده مقاله :

یکی از مشکلات ریخته­گری منیزیم و آلیاژهای سری AZ درشت­دانگی است. هدف از این پژوهش، ایجاد ریزساختاری ظریف‌تر نسبت به ریخته­گری در ماسه معمولی است. در این تحقیق از روش جدید ریخته­گری فرسابی استفاده شد. در روش ریخته‌گری فرسابی پس از ذوب ریزی و قبل از انجماد کامل قطعه، قالب باید توسط آب شسته شود. به این ترتیب سرعت انجماد قطعه افزایش می‌یابد. قالب ماسه­ای s30 بعد از ذوب ریزی با فشار آب شسته شده تا حرارت قطعه قالب ماسه تو‌سط آب خارج شود. آنالیز حرارتی توسط ترموکوپل‌های قرار گرفته در نقاط مشخصی از قالب انجام شد. سپس با استفاده از آن‌ها سرعت سرد شدن نمونه‌ها اندازه‌گیری شد. سرعت سرد شدن در فاصله­ دمای شروع تا پایان انجماد یعنی در ناحیه خمیری برای نمونه­­ی فرسابی 27/1 و برای نمونه­ معمولی °C/sec 52/0 به دست آمد. سرعت سرد شدن نمونه­ فرسابی 42/2 برابر نمونه‌ ریخته‌شده در ماسه CO₂ معمولی بود. با افزایش سرعت سرد شدن اندازه­ی دندریت­ها از 5/164 به µm9/46 کاهش یافت. برای پیش‌بینی جهت‌دار بودن دندریت‌ها، گرادیان دمایی بین دو نقطه از نمونه فرسابی در حین سرد شدن اندازه گیری شد. متوسط گرادیان دمایی بین این دو نقطه °C/mm12/1 بود. این میزان گرادیان دمایی برای ایجاد ساختار ستونی کافی نبود. در نمونه‌ فرسابی درصد حجمی فاز یوتکتیک و رسوبات کم­تر شد. در نمونه‌ فرسابی تغییری در شکل حفرات مشاهده نشد؛ اما میزان درصد حجمی و میانگین قطر تخلخل‌ها کاهش یافت. میانگین قطر تخلخل‌ها در نمونه‌ معمولی 82 و در نمونه‌ فرسابی µm42 بود.

چکیده انگلیسی:

     Grain growth is a challenge in AZ magnesium alloys casting. The purpose of this research was to develop a finer microstructure than the conventional sand casting. In this study, a new method ablation casting was used. In the ablation casting method the mold must be washed after pouring and before the part complete solidification. In this way the part solidification rate increases. The sand mold was washed by water pressure 30 seconds after pouring in order to remove the heat content of the piece only by water. Thermal analysis was done by thermocouples that were placed in certain positions in mold. Then the cooling rates of samples were measured by them. The cooling rates in mushy zone were 1.27 and 0.52°C/sec for ablated and conventional casting parts respectively. The Cooling rate of the ablated part was 2.42 times further than the conventional CO₂ sand casting. Size of dendrites decreased from 164.5 to 46.9µm with increasing cooling rate. During the solidification temperature gradients between two points of the ablated part was measured to predict of dendritic solidification. The temperature gradient mean between these points was 1.12°C/mm. In ablated sample, eutectic phase volume percent and precipitates were reduced. There was no change in shape of the pores in the ablated sample, but the volume percent of pores and maximum size was reduced. The average pore diameters were 82 and 42µm in ablated and control sample respectively.

منابع و مأخذ:

References:

1-M. Sahoo, Technology for Magnesium Castings : design, products & applications, 1^st ed., pp. 1-9, American Foundry Society, Schaumburg, 2011.

2-K. U. Kainer, Magnesium Alloys and Technology, p. 18, Wiley-VCH, Geesthacht, 2003.         

3- ن. بیات ترک و همکاران، "بررسی قابلیت تغییر شکل منیزیم خالص و آلیاژ AZ91، در دمای پایین با کاربرد فرآیند اکستروژن برشی ساده"، مجله مواد نوین، دوره‌ی1، شماره‌ی 2، ص 41-48، زمستان 1389.

4-J. R. Grassi, J. Campbell and G. Kuhlman, “Mold-Removal Casting Method And Apparatus“, Google Patents, WO 2004/004948 A2, 2004. 

5-M. Alderman, M. V. Manuel, N. Hort and N. R. Neelameggham, Magnesium Technology 2014, p. 5, Wiley & Sons, New Jersey, 2014.    

6-J. W. Zindel, “Ablation Casting Evaluation for High Volume Structural Castings”, p. 3, USAMP, 2012.           

7-T. J. Williams, D. Galles, and C. Beckermann, “Translating Water Spray Cooling of a Steel Bar Sand Casting”, 67th SFSA Technical and Operating Conference, Iowa, pp. 1-10, 2013. 

8-J. Grassi, J. Campbell, M. Hartlieb and F. Major, “The Ablation Casting Process”, Materials Science Forum, Vol. 618-619, pp. 591-594, 2009.     

9-J. Campbell, Complete Casting Handbook, 2^nd ed., p. 1018, Elsevier, Waltham, 2011.   

10-A. A. Lou, “Magnesium casting technology for structural applications”, Journal of Magnesium and Alloys, Vol. 1, 1, pp. 2-22, 2013.       

11-W. Baldwin, "Metallography and Microstructures of Magnesium and Its Alloys", ASM Metals Handbook, Vol. 9, pp. 1943-1986, 2004. 

12-K. Pettersen, O. Lohne, and N. Ryum, “Dendritic solidification of magnesium alloy AZ91” Metallurgical Transactions A, Vol. 21 A, pp. 221-230, 1990.         

13-P. Sharifi, “Property Relationships of Magnesium Alloys”, ph. D. Thesis University of Western Ontario, Ontario, 2012.

14-M. Ferry, Direct strip casting of metals and alloys, 1^st ed., p. 90, CRC Press, Boca Raton, 2006.         

15-Md. Imran Khan, A. O. Mostafa, M.  Aljarrah, E. Essadiqi, and Mamoun Medraj, “Influence of Cooling Rate on Microsegregation Behavior of Magnesium Alloys”, Journal of Materials, pp. 1-18, 2014.

16- K.N. Braszczyńska-Malik, “Precipitates of γ–Mg₁₇Al₁₂ Phase in AZ91 Alloy”, Magnesium Alloys - Design, Processing and Properties, pp. 95-112, 2002.

17-O. Sabokpa, A. Zarei-Hanzaki and H. R. Abedi, “An investigation into the hot ductility behavior of AZ81 magnesium alloy”, Materials Science and Engineering A, Vol. 550, pp. 31–38, 2012.       

18-M. Nazmul Khan, “Solidification study of commercial magnesium alloys” MSc Thesis Concordia University, Montreal, 2009.

19-D. H. StJohn, A. K. Dahle, T. Abbott, M. D. Nave, and Ma Qian, “Solidification of Cast Magnesium Alloys”, Magnesium Technology 2003, 2003.

20-J. B. Duval, Foundry Manual, 1^st ed., p. 2, Bureau for Shipbuilding and Fleet, Washington, 1958.