بررسی اثر فشار پرس بر خواص کامپوزیت آلیاژ منیزیم- آلومینای تولید شده به روش ریخته‌گری نفوذی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 11، دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 36، خرداد 1395، صفحه 115-124   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

بهمن اقتداری¹؛ محمود مرآتیان^{* 2}؛ علی مالکی³؛ محمد خدائی⁴

¹کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

²دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

³استادیار، پژوهشکده فولاد، دانشگاه صنعتی اصفهان

⁴استادیار، مرکز تحقیقاتی مهندسی پیشرفته، واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزد اسلامی

چکیده

یکی از روش­های جدید برای ساخت مواد کامپوزیتی زمینه منیزیمی روش نفوذدهی مذاب به درون فوم­های سرامیکی می­باشد. در این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه منیزیمی AZ91- Al₂O₃ با روش ریخته­گری نفوذی فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مذاب آلیاژ AZ91 تحت محافظت فلاکس  MAGREXو با استفاده از کوره شعله­ای آماده شد و سپس درون قالب پیش­گرم شده در دمای ˚C 250 و حاوی فوم آلومینایی پیش­گرم شده در دمای ˚C 800 ریخته­گری شد. به منظور بررسی اثر فشار بر مذاب با استفاده از پرس، فشارهای MPa 50، 75 و 100 و به مدت 1 دقیقه روی مذاب اعمال شد تا انجماد کامل شود. آزمایش مشابهی نیز بدون اعمال فشار بر مذاب، به منظور مقایسه نتایج انجام شد. نتایج نشان داد که انجماد تحت فشار درصد تخلخل را به میزان % 60 نسبت به ریخته­گری ثقلی (تحت بار MPa 0) کاهش داد. با نفوذ دادن مذاب به فوم سرامیکی استحکام فشاری کامپوزیت نسبت به آلیاژ زمینه کاهش یافت که علت این امر تشکیل فاز MgAl₂O₄ غیریکنواخت و ناهمگن در فصل مشترک (ناشی از واکنش مذاب و آلومینا) و تنش­های حرارتی پس­ماند فشاری در فصل مشترک (به علت تفاوت ضرایب انبساط حرارتی آلیاژ زمینه و تقویت­کننده­ی سرامیکی) تشخیص داده شد. بعلاوه در کامپوزیت مذکور کاهش وزن در اثر سایش نسبت به آلیاژ زمینه کاهش چشمگیری یافت (حدود % 53) که علت این امر می­تواند ناشی از سختی ذاتی بالاتر آلومینا باشد. همچنین با اعمال فشار بر مذاب در حین انجماد به علت کاهش اندازه دانه و کاهش قابل ملاحظه تخلخل، نرخ سایش به مراتب کمتر از حالت مشابه ریخته­گری ثقلی شد. سایش چسبان مکانیزم غالب برای آلیاژ (بدون تقویت­کننده) و سایش خراشان و تورقی مکانیزم­های غالب برای کامپوزیت تشخیص داده شد.

کلیدواژه‌ها

کامپوزیت زمینه منیزیمی؛ تقویت کننده آلومینا؛ ریخته‌گری نفوذی؛ رفتار سایشی

مراجع

[1]       م. پاکشیر، ر. مدحت، خ. مرشد بهبهانی، "بررسی و مقایسه رفتار خوردگی آلیاژ منیزیوم AZ91 ریختگی و تغییرفرم یافته به روش اکستروژن برشی ساده"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره دو، 1394.

 

[2]     G. A. Rozak, Ph.D. thesis, “Effects of processing on the properties of aluminum and magnesium matrix composites”, Department of Material Science and Engineering, Case Western Reserve University, 1993.

 

[3]     S. Jayalakshmi, S. V. Kailas & S. Seshan, “Properties of squeeze cast Mg-10Al-Mn alloy and its alumina short fibre composites”, Journal of Materials Science, Vol. 38, pp. 1383 – 1389, 2003.

 

[4]     Z. Trojanova, A. Mielczarek, W. Riehemann & P. Luka, “Cyclic bending and the damping behavior of short fibre-reinforced magnesium alloy AZ91”, Journal of Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 585–590, 2006.

 

[5]       ا. صیفوری، ش. میردامادی، ع. خاوندی، م. یزدانی، "بررسی رفتار زیست تخریبی و ترشوندگی پوششهای سیلیکاتی ایجاد شده بر روی آلیاژ منیزیم AZ31 به روش اکسیداسیون ریز جرقه"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال هفتم، شماره سه، 1392.

 

[6]     L. Cizek, M. Greger, L. Pawlica, L. A. Dobrzanski, & T. Tanski, “Study of selected properties of magnesium alloy AZ91 after heat treatment and forming”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 157–158, pp. 466–471, 2004.

 

[7]     M. K. Kulekci, “Magnesium and its alloys applications in automotive industry”, Journal of Advance Manufacturing Technology, Doi 10.1007/s00170-007-1279-2.

 

[8]     K. Kainer, “Metal matrix composite”, Wiley book, 2006.

 

[9]       م. سمیعی، اثر فعال­سازی مکانیکی بر ساخت کامپوزیت ریختگی آلومینیم- آلومینا، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1388.

 

[10] N. Chawala & K. K. Chawla, “Metal Matrix Composites”, an Oxford–Kobe Materials Text, Springer, 2006.

 

[11] M. Mizumoto, T. Ohgai & A. Kagawa, “Characterization of fiber-reinforced metal matrix composites fabricated by low-pressure infiltration process”, Journal of Materials Science and Engineering, Vol. 413–414A, pp. 521–526, 2005.

 

[12] J. Binner, H. Chang & R. Higginson, “Processing of ceramic-metal interpenetrating composites”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 29, pp. 837–842, 2009.

 

[13] K. Lemster, M, Delporte, T, Graule & J. Kuebler, “Activation of alumina foams for fabricating MMCs by pressureless infiltration”, Journal of Ceramics International, Vol. 33, pp. 1179–1185, 2007.

 

[14] K. Konopka & M. Szafran, “Fabrication of Al₂O₃–Al composites by infiltration method and their characteristic”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 175, pp. 266–270, 2006.

 

[15] K. S. Sohn, K. Euh, S. Lee & I. Park, “Mechanical Property and Fracture Behavior of Squeeze-Cast Mg Matrix Composites”, Journal of Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 29A, pp. 1998-2543, 1997.

 

[16] S. M. Skolianos, G. Kiourtsidis & T. Xatzifotiou, “Effect of applied pressure on the microstructure and mechanical properties of squeeze-cast aluminum AA6061 alloy”, Journal of Materials Science and Engineering, Vol. 231A, pp. 17-24, 1997.