تغییر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 قبل و بعد از اکستروژن نیمه جامد
 | این مقاله، تغییر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 قبل و بعد از اکستروژن نیمه جامد، اخیراً بهواسطهٔ فرایند ایجاد مقاله ایجاد شدهاست. بازبینیکننده در حال بستن درخواست است و این برچسب احتمالاً بهزودی برداشته میشود.
ابزارهای بازبینی: پیشبارگیری بحث اعلان به نگارنده |
خطای اسکریپتی: پودمان «AfC submission catcheck» وجود ندارد. در این مقاله مطالب زیر بررسی شده است:
- شکل دهی نیمه جامد چیست؟
- لازمه ی شکل دهی نیمه جامد چیست؟
- چگونه می توان ریز ساختار دندریتی آلیاژ آلومینیوم 7075 را به ریز ساختاری غیر دندریتی تبدیل کرد؟
- خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 بعد از شکل دهی نیمه جامد چقدر تغییر کرده است؟ تاثیر هر یک از پارامتر های شکل دهی بر خواص مکانیکی چگونه است؟
1- شکل دهی نیمه جامد چیست؟[ویرایش]
یعنی شکل دهی آلیاژ فلزی در حالت خمیری شکل (نیمه جامد) است[۱]. برای بدست آوردن حالت خمیری شکل یک آلیاژ، آلیاژ فلزی باید ساختار غیر دندریتی داشته باشد[۲].
اگر آلیاژ با ساختار غیر دندریتی، جامد باشد تا دمای کمتر از دمای ذوب به آلیاژ حرارت می دهند. مثلا برای آلیاژ آلومینیوم 7075 اگر دمای ذوب 650 درجه سانتی گراد باشد، با حرارت دادن به آلیاژ آلومینیوم 7075 تا دمای 590-620 درجه سانتی گراد، آلیاژ به صورت خمیری شکل می شود که به این خمیر، نیمه جامد نیز گفته می شود. وقتی با بالا بردن دما آلیاژ به صورت خمیری شکل شود و سپس شکل دهی شود، اصطلاحا به آن تیگزوشکل دهی (ThixoForming) می گویند. ولی اگر آلیاژ با ساختار غیر دندریتی، مذاب باشد، مثلا آلیاژ آلومینیوم 7075 که دمای 650 درجه سانتی گراد دارد، باشد، با پایین آوردن دما، آلیاژ به صورت خمیری شکل می شود و سپس شکل دهی می شود، اصطلاحا به آن رئو شکل دهی (RheoForming) می گویند. پس تفاوت ThixoForming و RheoForming در بالا بردن دما و پایین آوردن دما هنگام بدست آوردن حالت خمیری (نیمه جامد) است. حال اگر شکل دهی مثلا ریخته گری باشد به جای کلمه ی شکل دهی، ریخته گری قرار می گیرد. مثلا:
در ریخته گری "شکل دهی نیمه جامد" را "ریخته گری نیمه جامد" می گوییم که می تواند ThixoCasting باشد یا RheoCasting.
در اکستروژن "شکل دهی نیمه جامد" را "اکستروژن نیمه جامد" می گوییم که می تواند ThixoExtrusion باشد یا RheoExtrusion. که RheoExtrusion معمول و متداول نیست. فرایند شکل دهی نیمه جامد دارای مزایایی نظیر کاهش جدایش های ماکروسکوپی و تخلخل، نیروی پایین شکل دهی، پر شدن یکنواخت قالب و کاهش مراحل و هزینه های ساخت قطعات در مقایسه با فرایندهای مرسوم ریخته گری و آهنگری می باشد[۳].
به طور کلی، فرایندهای شکل دهی نیمه جامد شامل سه مرحله اساسی 1-تولید شمش نیمه جامد(حالت خمیری شکل) 2- ذوب مجدد جزئی و 3- تیکسو شکل دهی (ThixoForming) یا رئوشکل دهی (RheoForming) هستند.
2- لازمه ی شکل دهی نیمه جامد چیست؟[ویرایش]
همانطور که اشاره شد، براي فرآیند شکل دهی نیمه جامد، ایجاد میکروساختار غیر دندریتی(ریزساختار کروی یا هم محور یا گلبولی) امري ضروري می باشد.
فرایندهای شکل دهی نیمه جامد در محدوده دمای نیمه جامد (بین دماهای سالیدوس و لیکوئیدوس) که هر دو فاز مایع و جامد در کنار یکدیگر وجود دارند، انجام می شوند.
3- چگونه می توان ریز ساختار دندریتی آلیاژ آلومینیوم 7075 را به ریز ساختاری غیر دندریتی تبدیل کرد؟[ویرایش]
10 روش وجود دارد:
1- به هم زنی مکانیکی:
متلاطم ساختن مذاب معمولا بًه وسیله مته ها، پره ها و یا متلاطم کننده هاي چند پدالی که بر روي یک شفت دوار مرکزي سوار شده اند صورت می گیرد.
2- مگنتو هیدرودینامیک(MHD):
شامل حرکت تلاطمی الکترو مغناطیسی در حالت نیمه جامد براي شکستن دندریت ها می باشد.
3- القاي کرنش مذاب فعال(Strain Induced Melt Activated= SIMA):
شامل مراحل زیر می باشد:
تغییر شکل سرد بیلت هاي گرم اکسترود شده و کوئنچ شده براي القاي کرنش پلاستیک باقیمانده در بیلت (افزایش سطح مقطع یا پرس کردن نمونه).
حرارت دهی مجدد بیلت کار سرد شده به دماي نیمه جامد سپس اکستروژن یا هر شکل دهی دیگر.
4- اسپري فرمینگ(Spray forming)
ریخته گري پاششی یک فرآیند غیر اغتشاشی براي تولید ماده اولیه می باشد. در این فرایند، فلز مذاب از داخل یک نازل عبور داده می شود تا تحت یک گاز خارجی فشار بالا قرار گیرد(نیتروژن یا آرگون). در اثر فشار بالاي گاز، فلز مایع به قطرات ریز در حد میکرون تبدیل شده و در حین سقوط آن ها به زمین تحت سرعت سرمایش بالایی قرار می گیرند. در حالی که قطرات بزرگ کاملا مًایع باقی می ماند، قطرات ریز در حین اتمیزه شدن منجمد می شوند، قطرات با سایز متوسط به حالت نیمه جامد در می آیند. قطرات بر روي یک صفحه متحرك جمع آوري شده و به صورت یک شکل پیش فرم، فشرده می شوند. قطرات مایع و نیمه جامد با کسر مایع بالا در هنگام برخورد با صفحه متحرك کاملا پًخش می شوند ولی قطرات جامد و نیمه جامد با کسر جامد بالا تکه تکه می شوند. کسري از دانه هاي جامد تحت ذوب مجدد قرار گرفته و دوباره به آرامی منجمد می شوند. میکروساختار به دست آمده شامل دانه هاي هم محور بسیار ریز خواهد بود.
5- ریخته گري پیوسته در حالت شبه مایع: پیشرفت هاي جدیدي در زمینه تولید ماده اولیه غیر دندریتی با جهت دهی سه بعدي شرایط انجماد، بوجود آمده است. فرایند رئومولدینگ بر اساس این قانون از فلز در دماي نزدیک به حات مایع ایجاد شده است که در آن مایع به داخل محفظه اي ریخته شده و تحت نرخ برشی قرار می گیرد این امر منجر به جوانه زنی هم محور دانه در حین حرکت چرخشی و برشی خواهد شد. بدلیل دماي نزدیک به حالت مایع اندازه دانه ریز می باشد. این روش بعنوان یک روش حرارتی مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد.
6- روش جدید MIT:
این روش اخیراً گسترش یافته است و از حرکت تلاطمی هیبریدي در فلز مایع استفاده می شود. متلاطم کننده در داخل مذاب فرو برده شده و تا حدود چند درجه بالاي سطح مایع قرار می گیرد بعد از چندین ثانیه تلاطم، دماي مذاب به مقدار خاص جهت بدست آمدن کسر جامد مشخص کاهش می یابد و در نهایت متلاطم کننده از داخل مذاب خارج می شود.
7- فرایند ریز دانه کردن: ریز دانه کردن شیمیایی امروزه یک روش معمول در ریخته گري پیوسته آلیاژ هاي آلومینیوم می باشد. در اغلب موارد یک مفتول پیش آلیاژي به داخل جریان فلز گرم هدایت شده و در آنجا محل هاي جوانه زنی ناهمگن را که معمولاً پایه تیتانیوم و برن هستند، آزاد می نماید. به خاطر سرعت بالاي جوانه زنی ناهمگن و جلوگیري از رشد دندریت، یک ساختار ریز و هم محور می تواند بدست آید. در این روش امکان بدست آوردن میکرو ساختار هم محور وجود دارد.
8- روش آلتراسونیک: کاربرد ارتعاشات قدرت بالاي التراسونیک (یا عملیات التراسونیک) بر روي مذاب در حال انجماد و جهت ریزساختار نمودن آن به اواسط دهه 1970 برمی گردد. در سال هاي اخیر تمایل جدید به این تکنولوژي به عنوان یک وسیله تولید ماده اولیه وجود داشته است. با توجه به آزمایشات صورت گرفته دیده شده است که کاربرد عملیات آلتراسونیک بر روي یک مذاب در حال سرد شدن در یک دماي بالاي منطقه مایع می تواند یک ساختار غیر دندریتی و ریز ایجاد کند که براي حرارت دهی مجدد و عملیات بعدي مناسب می باشد.
9- انتقال حرارتی نیمه جامد: ساختار کروي با حرارت دهی ساختار دندریتی تا رنج دمایی نیمه جامد براي یک بازه زمانی بدست می آید. این روش به نام انتقال حرارتی نیمه جامدي یا semisolid thermal transformation= SSTT شناخته شده است.
10- سطح شیبدار : این فرایند، برگرفته شده از فرایند ریخته گري مایع می باشد. در این فرایند فلز مذاب از روي یک سطح شیبدار به داخل قالب ریخته می شود. جوانه زنی بر روي سطح شیبدار، منجر به وجود آمدن ساختار کروي ریزدانه در بیلت ریخته گري شده خواهد شد. هرچه قدر دماي فوق ذوب در این فرایند کم انتخاب شود، ساختار بدست آمده ریزتر و کروي تر خواهد بود.
4- خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 بعد از اکستروژن نیمه جامد چقدر تغییر کرده است؟ تاثیر هر یک از پارامتر های شکل دهی بر خواص مکانیکی چگونه است؟[ویرایش]
برای بررسی تغییر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 بعد از اکستروژن نیمه جامد، نتیجه یک تحقیق <ref dir=ltr>{{پک/بن|Wired|ک=Study of microstructure and mechanical properties of aluminum 7075 alloy extruded in a semi-solid state|زبان=en}}</ref>
که در آن 4 نمونه در حالت نیمه جامد اکستروژن شده است به صورت زیر آورده شده:
بیلت استوانه ای آلیاژ آلومینیوم 7075 با قطر 2 سانتی متر از بازار خریداری شد. مطابق شکل 1 ساختار این آلیاژ، دندریتی است. برای تغییر میکروساختار دندریتی به غیر دندریتی از روش سیما استفاده شد. ابتدا 4 نمونه با طول های 26، 24، 22 و 28 سانتی متر بریده شد و به صورت عمودی زیر پرس قرار داده شد تا با پرس کردن هریک از این نمونه ها تا طول ثانویه 20 سانتی متر، افزایش سطح مقطع های به ترتیب 20، 10، 30 و 40 درصد بدست آید.
با پرس شدن نمونه ها که به آن افزایش سطح مقطع نیز گفته می شود، دندریت ها شکسته می شوند و انرژی لازم برای تبلور مجدد ایجاد می شود. اگر دما بالا برود، چون انرژی لازم برای تبلور مجدد وجود دارد، دندریت های شکسته شده کنار هم قرار می گیرند و با دادن زمان مناسب به نمونه، ریز ساختار های کروی که از گرد آمدن دندریت های شکسته شده گرد هم می آیند، به وجود می آیند. دندریت های شکسته شده برای اینکه حداقل انرژی داشته باشند و پایدار بمانند به صورت کروی کنار هم گرد می آیند و ساختار دندریتی به ساختار غیر دندریتی کروی تبدیل می شود. زمان، دما و افزایش سطح مقطع در جدول 1 آمده است. اگر نسبت اکستروژن را 89 درصد و برای 4 آزمایش ثابت در نظر گرفته شود و سرعت اکستروژن را مطابق جدول 1 باشد، 4 آزمایش تحت شرایط جدول 1 انجام شد و 4 نمونه اکسترود شدند (شکل 2) که خواص مکانیکی آنها به دست آمد و با خواص مکانیکی نمونه خریداری شده مقایسه شد(جدول 2).
| شماره آزمایش | نسبت اکستروژن(%) | زمان(دقیقه) | دما(درجه سانتی گراد) | افزایش سطح مقطع(%) | سرعت(متر بر ثانیه) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 89 | 5 | 620 | 20 | 35. |
| 2 | 89 | 10 | 610 | 10 | 5. |
| 3 | 89 | 15 | 600 | 40 | 05. |
| 4 | 89 | 20 | 590 | 30 | 2. |
| تنش تسلیم
(MPa) |
تنش نهایی
(MPa) |
الانگیشن
(%) | |
|---|---|---|---|
| نمونه ی اکسترودشده
تحت شرایط آزمایش شماره ی 1 |
350 | 429 | 5 |
| نمونه ی اکسترودشده
تحت شرایط آزمایش شماره ی 2 |
247 | 316 | 5. |
| نمونه ی اکسترودشده
تحت شرایط آزمایش شماره ی 3 |
274 | 421.5 | 11 |
| نمونه ی اکسترودشده
تحت شرایط آزمایش شماره ی 4 |
327 | 459.5 | 14 |
| نمونه خام خریداری شده
از بازار |
230 | 265 | 8 |
جدول 2 نتایج حاصل از تست کشش می باشد که خواص مکانیکی نمونه خام و نمونه های اکسترود شده نیمه جامد را در دمای اتاق نشان می دهد. طبق جدول 2 تنش تسلیم و تنش نهایی همه ی نمونه های اکستروژن نیمه جامد بیشتر از نمونه ی خام شد. جدول 2 نشان می دهد که شکل دهی نیمه جامد روش مطلوبی در افزایش تنش تسلیم و تنش نهایی می باشد. درصد تغییر طول (Elongation) نمونه های 3 و 4 بیشتر از نمونه ی خام ولی درصد تغییر طول نمونه های 1 و 2 کمتر از نمونه ی خام شد.
ریختگری و همکارانش <ref dir=ltr>{{پک/بن|rikhtegar|ک=Investigation of mechanical properties of 7075 Al alloy formed by forward thixoextrusion process |زبان=en}}</ref> و سانگ و همکارانش <ref dir=ltr>{{پک/بن|sang|ک=Characterization of Al 7075 alloys after cold working and heating in the semi-solid temperature range |زبان=en}}</ref> حضور فاز مایع در مرز دانه ها و در داخل
دانه های کروی با نسبت کوچکتر که باعث تخلخل پس از انجماد می شوند را دلیل کاهش درصد تغییر طول نمونه ها در شکل دهی نیمه جامد گزارش کرده اند. که این مشکل تا حدی با تمپر کردن (T6 post-treatment) قابل حل است.
در مورد تاثیر پارامتر های دما، زمان، افزایش سطح مقطع و سرعت اکستروژن: هر چه دما و زمان بیشتر باشد، اندازه دانه های کروی بزرگ می شوند و طبق رابطه هال پچ استحکام تسلیم و استحکام نهایی پایین می آید. لین<ref dir=ltr>{{پک/بن|lin|ک=Effect of predeformation on the globular grains in AZ91D alloy during strain induced melt activation (SIMA) process |زبان=en}}</ref> و همکاران تاثیر افزایش سطح مقطع در روش سیما، بر خواص مکانیکی را بررسی کرده اند. آنها گزارش کرده اند، اگر در افزایش سطح مقطع های مختلف، زمان و دمای نگهداری نمونه ها در حالت نیمه جامد، یکسان باشد، با افزایش سطح مقطع (یا نرخ پرس(Compressive ratio or predeformation ratio)) دانه ها ریز تر و استحکام کششی و درصد تغییر طول نمونه ها در تست کشش بیشتر است و اگر با افزایش سطح مقطع، اندازه دانه ها ثابت باشد استحکام کششی و درصد تغییر طول نمونه ها در تست کشش ثابت است. دانسیته نابجایی ها با افزایش سرعت اکستروژن، افزایش می یابد واستحکام نهایی و تنش تسلیم نیز افزایش می یابد.
نتیجه اینکه در روش اکستروژن نیمه جامد اگر پارامترهای تاثیر گذار مانند نسبت اکستروژن، دما، زمان، افزایش سطح مقطع و سرعت اکستروژن بهینه انتخاب شوند، نمونه تولید شده خواص مکانیکی بالاتری نسبت به نمونه خام خواهد داشت.
منابع[ویرایش]
* "Investigation of mechanical properties of 7075 Al alloy formed by forward thixoextrusion process".صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- "Characterization of Al 7075 alloys after cold working and heating in the semi-solid temperature range".صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- "Effect of predeformation on the globular grains in AZ91D alloy during strain induced melt activation (SIMA) process".صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
منابع[ویرایش]
* "Study of microstructure and mechanical properties of aluminum 7075 alloy extruded in a semi-solid state".صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
This article "تغییر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 قبل و بعد از اکستروژن نیمه جامد" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:تغییر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 قبل و بعد از اکستروژن نیمه جامد. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
- ↑ «Semi-Solid Thixoforming: Part One :: Total Materia Article». www.totalmateria.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۱.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ «محقق Google». scholar.google.com. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۱.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
