توسعه سيستم آلياژيMgAlZnCuMn چندجزيي سبك‌وزن جديد با استفاده از اصول آنتروپي بالا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

دكتري

در سال¬هاي اخير تلاش¬هاي مداومي براي طراحي آلياژهاي آنتروپي بالاي با چگالي پايين انجام شده است. هدف اصلي از پژوهش حاضر طراحي و توسعه آلياژهاي پيچيده از نظر تركيب شيميايي، سبك وزن و با نقطه ذوب پايين، بر پايه سيستم آلياژي AlMgZnCuMn، به-كمك اصول آلياژهاي آنتروپي بالا است. در اين پژوهش ابتدا تركيب شيميايي چند آلياژ بر اساس پارامترهاي ترموديناميكي طراحي و آلياژها در كوره الكتريكي مقاومتي ساخته شدند. آلياژهاي توسعه¬يافته شامل آلياژ Mg35(Mg35Al35Zn15Cu10Mn5at.%) با چگالي gr/cm3 375/3 و آنتروپي J/K.mol 6/11، آلياژ Mg60(Mg60Al20Mn5Zn5Cu5Ti5at.%) با چگالي gr/cm3 44/2 و آنتروپي J/K.mol 2/10 و آلياژ Mg20(Mg20Al50Zn15Cu10Mn5at.%) با چگالي gr/cm3 84/3 و آنتروپي J/K.mol 083/11 بود. آلياژها در قالب¬هاي باقابليت‌هاي سرمايشي مختلف ريخته¬گري شده و سپس تحت عمليات حرارتي قرار گرفتند. تاثير تركيب شيميايي آلياژ، سرعت¬ سرمايش و عمليات حرارتي بر ساختار و خواص مكانيكي، پايداري حرارتي و مقاومت به اكسيداسيون آلياژها بررسي و مكانيزم¬هاي مربوطه مطالعه شد. نتايج نشان داد ساختار آلياژ Mg35 در همه سرعت¬هاي سرمايش، پيچيده، چند فازي و شامل تركيبات بين فلزي دوتايي Mg7Zn3، MgZn2، Cu2Mg و Al2Cu و تركيبات بين فلزي سه¬تايي Mg32(Al,Zn)49، Mg32Cu7Al47، Al25Mg37.5Zn37.5 و CuMgZn بود. سرعت سرمايش قالب به دليل پايداري ترموديناميكي تركيبات شكل¬گرفته در حين انجماد تأثير قابل¬ملاحظه¬اي بر شكل¬گيري فازها نداشت. عمليات حرارتي منجر به كاهش تعداد تركيبات بين فلزي و بهبود نسبي تردي آلياژها شد. سختي نمونه¬هاي مختلف اين آلياژ در محدوده HV 185-100 و استحكام فشاري آن¬ها در محدوده MPa 95 بود. استحكام فشاري آلياژ Mg35 در دماي ºC 350 تنها 5 درصد كاهش يافت كه نشان از پايداري حرارتي بالاي آلياژ طراحي‌شده دارد. ساختار آلياژ Mg60 شامل 60% حجمي فاز Al5Mg11Zn4 به¬عنوان فاز زمينه به همراه فازهاي محلول جامد ، AlCuMg و تركيب Al8Mn5 بود. سختي اين آلياژ در حدود HV 190 و استحكام فشاري آن در حدود MPa390 همراه با شكل¬پذيري بهتر در مقايسه با آلياژ اول بود كه علت آن كاهش تركيبات بين فلزي و كاهش پيچيدگي¬هاي فازي در مقايسه با آلياژ اول شناسايي شد. استحكام فشاري آلياژ Mg60 در دماي ºC300، 12% كاهش داشت. ساختار آلياژ Mg20 شامل حدود 46% محلول جامد Al و تركيب دوتايي AlZn به همراه فازهاي MgZn2 و AlCuMg و Al3Mn بود. سختي و استحكام فشاري اين آلياژ به ترتيب حدود HV 288 و MPa 500 به¬دست آمد و استحكام فشاري آن در دماي ºC 350 تنها 1 % كاهش نشان داد. علت افزايش سختي و استحكام اين آلياژ، كاهش پيچيدگي¬هاي ساختار شامل كاهش تركيبات بين فلزي و كاهش تعداد فازها و افزايش استحكام¬بخشي محلول جامد، و علت پايداري حرارتي بالاي آلياژ نيز پايداري فازهاي تشكيل‌شده ناشي از اثر آنتروپي بالا دانسته شد. با توجه به استحكام و شكل¬پذيري فشاري نسبتاً مناسب دو آلياژ Mg20 و Mg60 رفتار كششي اين آلياژها نيز بررسي شد. استحكام كششي براي آلياژ Mg60 در حدود MPa 100 و كرنش شكست كششي در حدود 2% بود. از طرفي براي آلياژ Mg20 استحكام كششي در حدود MPa 150 و كرنش شكست 5 % به دست آمد. درنهايت، آلياژ Mg20 ريخته¬گري شده در قالب مسي آبگرد با سختي HV 304، استحكام تسليم فشاري MPa 600، كارپذيري فشاري 9% و چگالي g/cm3 84/3 به¬عنوان آلياژ آنتروپي بالاي سبك‌وزن برتر در اين پژوهش انتخاب شد كه مي¬تواند به¬عنوان گزينه مناسبي در كاربردهاي سازه¬اي مطرح شود.

218258

مهندسي مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان