علوم و فناوری کامپوزیت

طراحی و ساخت کامپوزیت‌های استوانه‌ای شکل تابعی مدرج Al-Mg2Si با استفاده از روش ریخته‌گری گریز از مرکز درجا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران

2 استادیار، مهندسی مواد و متالورژی، پژوهشکده حمل و نقل فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران

3 استاد، مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران

4 استاد، مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

در دهه‌های اخیر استفاده از کامپوزیت‌های زمینه فلزی و مواد تابعی مدرج به دلیل بدست آمدن تلفیقی از خواص مکانیکی و فیزیکی گسترش پیدا کرده است. در این پژوهش روش ریخته‌گری گریز از مرکز درجا برای ساخت قطعات استفاده شد. کامپوزیت اولیه مورد استفاده در این روش Al-15wt.%Mg2Si بود. قطعات تابعی مدرج درجا با سرعت‌های دورانی 1000، 1300 و 1700 دور بر دقیقه با موفقیت ساخته شدند. برای بررسی ریزساختار نمونه‌های تولید شده از میکروسکوپ نوری و برای بررسی خواص مکانیکی از سختی سنجی ویکرز استفاده شد. مقطع نمونه‌های ساخته شده به دو قسمت تقویت شده و ماتریس تفکیک شدند و مشاهده شد که با افزایش دور قالب، اندازه قسمت تقویت شده کاهش می‌یابد ولی درصد حجمی ذرات در آن ناحیه افزایش پیدا می‌کند. تخلخل به عنوان متغیری مخرب در قسمت تقویت شده افزایش پیدا کرد. سختی در ناحیه تقویت شده افزایش یافت و بیشینه مقادیر سختی برای قطعات با سرعت دورانی‌های 1000 و 1300 دور بر دقیقه به ترتیب معادل 5/67 و 70 ویکرز بدست آمد. همچنین در ناحیه کنار قالب، سختی افزایش یافت و بیشینه مقدار سختی برای قطعه با سرعت دورانی 1700 دور بر دقیقه، معادل 70 ویکرز در این ناحیه بدست آمد. عملیات حرارتی انحلال برای نمونه‌های ساخته شده انجام شد. با مشاهده ریزساختار دیده شد که مورفولوژی ذرات Mg2Si اولیه و یوتکتیک تغییر کرده‌اند. سختی پس از عملیات حرارتی با حفظ روند کمی افزایش پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and manufacturing of Al-Mg2Si cylindrical functionally graded composites using in-situ centrifugal casting

نویسندگان [English]

  • Mohamad Nirumand 1
  • Yaser Vahidshad 2
  • Massoud Emamy 3
  • Karen Abrinia 4

1 Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Space Transportation Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran

3 School of Metallurgy and Materials, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

4 Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

In recent decades, the use of metal matrix composites and functionally graded materials for achieving a combination of mechanical and physical properties has increased. In this research, an in-situ centrifugal casting method was used to make the samples. The primary composite used in this method was Al-15wt.% Mg2Si. In situ prepared functionally graded samples were successfully manufactured at 1000, 1300, and 1700 rpm rotational speeds. Optical microscopy was used to examine the microstructure of the samples, and a Vickers hardness tester was used to examine the mechanical properties. The cross-section of the fabricated samples was divided into two parts, the reinforced and the matrix parts. Porosity increased as a destructive parameter in the reinforced area. The hardness increased as the volume fraction of particles in the reinforced area was increased. Also, hardness increased in the chilled zone due to the fine-grains and trapped particles in that area. Solutionizing heat treatment was performed for the fabricated samples. By observing the microstructure, there was no change in the placement trend of the primary particles, but the morphology of the primary and eutectic Mg2Si particles were changed. Hardness increased after heat treatment while its gradient did not change.

کلیدواژه‌ها [English]

  • FGM
  • Centrifugal casting in-situ method
  • Microstructure
  • Heat treatment
  • Mechanical properties
مراجع
[1] Chawla, K. K., “Metal Matrix Composites“  in: Composite Materials, Eds., pp. 197-248: Springer, 2012.
[2] Sedighi, M., Shakibaei Nasab, M. and  Jabbari Mostahsan, A., “Fabrication of Fgm Sheet of Aluminum Matrix Composite Using Powder Metallurgy and Hot-Rolling Processes“ Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 1, pp. 69-78, 2019.
[3] Miyamoto, Y., Kaysser, W., Rabin, B., Kawasaki, A. and  Ford, R. G., “Functionally Graded Materials: Design, Processing and Applications“,  Springer Science & Business Media, 2013.
[4] Watanabe, Y., Hattori, Y. and  Sato, H. J. J. o. M. P. T., “Distribution of Microstructure and Cooling Rate in Al–Al2cu Functionally Graded Materials Fabricated by a Centrifugal Method“, Vol. 221, pp. 197-204, 2015.
[5] Watanabe, Y., Zhou, Q., Sato, H., Fujii, T. and  Inamura, T. J. J. J. o. A. P., “Microstructures of Al–Al3ti Functionally Graded Materials Fabricated by Centrifugal Solid-Particle Method and Centrifugal in Situ Method“, Vol. 56, No. 1S, pp. 01AG01, 2016.
[6] Tamura, D., Nagai, R., Sugimoto, K., Udono, H., Kikuma, I., Tajima, H. and  Ohsugi, I. J. J. T. S. F., “Melt Growth and Characterization of Mg2si Bulk Crystals“, Vol. 515, No. 22, pp. 8272-8276, 2007.
[7] Zhang, J., Fan, Z., Wang, Y., Zhou, B. J. M. S. and  A, E., “Microstructural Development of Al–15wt.% Mg2si in Situ Composite with Mischmetal Addition“, Vol. 281, No. 1-2, pp. 104-112, 2000.
[8] Nasiri, N., Emamy, M., Malekan, A., Norouzi, M. J. M. S. and  A, E., “Microstructure and Tensile Properties of Cast Al–15% Mg2si Composite: Effects of Phosphorous Addition and Heat Treatment“, Vol. 556, pp. 446-453, 2012.
[9] Lin, X., Liu, C. and  Xiao, H. J. C. P. B. E., “Fabrication of Al–Si–Mg Functionally Graded Materials Tube Reinforced with in Situ Si/Mg2si Particles by Centrifugal Casting“, Vol. 45, No. 1, pp. 8-21, 2013.
[10] Ahmed, A., El-Hadad, S., Reda, R. and  Dawood, O. J. I. J. o. C. M. R., “Microstructure Control in Functionally Graded Al-Si Castings“, Vol. 32, No. 2, pp. 67-77, 2019.
[11] Ram, S., Chattopadhyay, K., Chakrabarty, I. J. J. o. A. and  Compounds, “High Temperature Tensile Properties of Centrifugally Cast in-Situ Al-Mg2si Functionally Graded Composites for Automotive Cylinder Block Liners“, Vol. 724, pp. 84-97, 2017.
[12] Xie, Y., Liu, C., Zhai, Y., Wang, K. and  Ling, X. J. R. m., “Centrifugal Casting Processes of Manufacturing in Situ Functionally Gradient Composite Materials of Al-19si-5mg Alloy“, Vol. 28, No. 4, pp. 405-411, 2009.
[13] Malekan, A., Emamy, M., Rassizadehghani, J., Emami, A. J. M. and  Design, “The Effect of Solution Temperature on the Microstructure and Tensile Properties of Al–15% Mg2si Composite“, Vol. 32, No. 5, pp. 2701-2709, 2011.
[14] Samadi, A. and  Ghayebloo, M. J. P., Journal of Advanced Materials in Engineering, “Effect of Al-5ti-B Inoculant Addition on the Graded Microstructure of Centrifugally Cast Al-13.8 Wt.% Mg2si Composite“, Vol. 34, No. 2, pp. 49-59, 2015.
[15] Rahvard, M. M., Tamizifar, M., Boutorabi, S. M. A., Shiri, S. G. J. M. and  Design, “Characterization of the Graded Distribution of Primary Particles and Wear Behavior in the A390 Alloy Ring with Various Mg Contents Fabricated by Centrifugal Casting“, Vol. 56, pp. 105-114, 2014.
[16] Chirita, G., Soares, D., Silva, F. J. M. and  Design, “Advantages of the Centrifugal Casting Technique for the Production of Structural Components with Al–Si Alloys“, Vol. 29, No. 1, pp. 20-27, 2008.
[17] Li, Z., Li, C., Liu, Y., Yu, L., Guo, Q., Li, H. J. J. o. A. and  Compounds, “Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Property of Al–10% Mg2si Alloy“, Vol. 663, pp. 16-19, 2016.
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 8، شماره 4
اسفند 1400
صفحه 1749-1757
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار