آلياژسازي درجاي آلياژ Al-5%Cu به روش ذوب بستر پودر با ليزر و ارزيابي خواص مكانيكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، آلياژ آلومينيوم-5 درصد وزني مس (Al-5Cu) به روش آلياژسازي درجا و با استفاده از فرآيند ذوب بستر پودر با ليزر توسعه يافت. انتخاب اين تركيب شيميايي به دليل ماهيت تجاري و كاربردي آن در توسعه آلياژهاي پيشرفته سري 2000 صورت گرفت كه مي‌تواند زمينه‌ساز توليد آلياژهايي با استحكام بسيار بالا باشد. هدف اين تحقيق، دستيابي به اطلاعات جامعي از پارامترهاي فرآيندي مناسب براي توليد اين آلياژ و همچنين ارزيابي عملكرد مكانيكي آن در دو حالت پس از ساخت و پس از اعمال عمليات حرارتي رسوب‌سختي بود. در گام نخست، عناصر فلزي سازنده آلياژ با استفاده از تركيب دو روش آسياب‌كاري گلوله‌اي و اختلاط مستقيم پودر مخلوط شدند. سپس ساخت نمونه‌هاي مختلف در دو سري انجام گرفت. پس از تعيين پارامترهاي بهينه جهت توليد نمونه‌هاي متراكم و بدون ترك، نمونه‌هاي آزمون فشار و كشش ساخته شدند. با توجه به اينكه آلياژ Al-5Cu براي رسيدن به خواص مطلوب بايد عمليات حرارتي شود، سيكل عمليات حرارتي بهينه براي اين آلياژ به روش تجربي تعيين شد و تمام نمونه¬ها، قبل از آزمون¬هاي ارزيابي خواص مكانيكي، عمليات حرارتي شدند. همچنين ريزسختي نمونه‌ها در مراحل مختلف ارزيابي و با آلومينيوم خالص توليدشده به روش ذوب بستر پودر با ليزر مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه در سرعت‌هاي روبش بالا، باوجود دستيابي به چگالي نسبي 8/99 درصد، ترك‌هاي انجمادي گسترده‌اي در ساختار نمونه‌ها ايجاد شد. با اصلاح پارامترهاي فرآيند و كاهش سرعت روبش به 100 ميلي‌متر بر ثانيه، گراديان حرارتي تعديل شده و نمونه‌هايي كاملاً متراكم و عاري از ترك توليد گرديد. شناسايي فاز بين‌فلزي Al₂Cu به‌وسيله آزمون پراش پرتو ايكس، موفقيت فرآيند آلياژسازي درجا را تأييد كرد. در نهايت، پيرسازي مصنوعي در دماي 190 درجه سانتي‌گراد به مدت 5/12 ساعت (پس از 3 ساعت انحلال)، منجر به دستيابي به بيشينه سختي معادل 101 ويكرز شد كه نشان‌دهنده افزايشي بيش از 200 درصد نسبت به آلومينيوم خالص است. در ارزيابي خواص مكانيكي، تنش تسليم فشاري ميانگين نمونه‌ بهينه 208 مگاپاسكال و استحكام نهايي كششي 259 مگاپاسكال حاصل شد كه در مقايسه با روش ريخته‌گري، بهبود چشم¬گيري در استحكام نشان مي‌دهد. اين ارتقاي خواص به ريزساختار سلولي فوق‌ريز حاصل از انجماد سريع و توزيع يكنواخت رسوبات استحكام‌ساز پس از عمليات حرارتي نسبت داده شد. همچنين تحليل تفاوت رفتار كششي و فشاري نشان داد كه تخلخل‌هاي ميكروسكوپي در حين بارگذاري فشاري بسته شده و منجر به ثبت تنش تسليم بالاتري شدند. در مجموع، پنجره فرآيندي به‌دست‌آمده در اين پژوهش مي‌تواند به‌عنوان راهنمايي دقيق براي دستيابي به آلياژهاي مستحكم‌تر در اين خانواده از مواد مورد استفاده قرار گيرد

237297

ساخت و توليد

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان