Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نیرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Khosro Aghaiani
محسن خسروآقایانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Study of the Effect of Ultrasonic Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Magnesium alloy
Ultrasonic treatment is an effective but less practiced dynamic nucleation method for grain refinement of molten or solidifying alloys. In this study the influence of ultrasonic treatment on the microstructural features and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy was investigated. Ultrasonic waves were directed to the surface of the molten or solidifying alloy using an ultrasonic device with frequency of 20kHz and nominal power of 600W. The parameters investigated included the intensity and duration of ultrasonic treatment as well as the casting temperature in the mushy zone of the alloy (solid fraction before pouring). For investigation of the effect of ultrasonic intensity, the melt was ultrasonic treated for 5min at 700 o C at 0, 20, 40 and 60 percent of the nominal power of the device and was then poured in a sodium-silicate sand mould. For study of the effect of time of ultrasonic treatment, the melt was ultrasonic treated at 30% of the nominal power of the device for 0, 2 and 15min at 700 o C and was then poured in a sodium-silicate sand mould. For investigation of the effect of solid fraction before pouring, the alloy was melted and then continuously cooled inside the furnace. The ultrasonic treatment with 40% of the nominal power of the device was started from 605 o C (i.e. about 7 o C super heat) and continued until reaching various temperatures in the mushy zone of the alloy and then the samples were quenched in water. Similar experiments were carried out with out ultrasonic treatment. Cast samples were then cut and their microstructural features and mechanical properties were investigated. Size and morphology of ?-Mg dendrites and intermetallic phases such as Mg 2 Si, MnFeAl(Si) and Mg 17 Al 12 were characterized using image analysis techniques. Experimental results indicated that with increasing the ultrasonic power or ultrasonic treatment time, the size of grains and phases decreased while their sphericity increased. Tensile strength and elongation of the samples increased simultaneously with increasing the ultrasonic treatment power or time. Results of the continuous cooling experiments indicated that at each casting temperature (solid fraction) the size of grains and intermetallic phases decreased and their sphericity increased by ultrasonic treatment compared to the conventionally cooled samples. Also with increasing the casting temperature within the mushy zone under ultrasonic treatment, the average length and width of Mg 17 Al 12 either in the quenched zone or between the primary dendrites decreased. At each casting temperature (solid fraction), Key words: Ultrasonic treatment, AZ91 magnesium alloy, Microstructure, Mechanical properties
عملیات آلتراسونیک یکی از روشهای دینامیکی می باشد که به منظور بهبود و اصلاح ساختار انجمادی و خواص آلیاژهای ریختگی مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق به منظور بررسی تأثیر توان آلتراسونیک بر ساختار و خواص آلیاژ AZ91، مذاب آلیاژ AZ91 تحت محافظت پوشش فلاکس MAGREXدر دمای ?C700 آماده شد و به مدت 5 دقیقه در این دما تحت عملیات آلتراسونیک با توانهای مختلف قرار گرفته و سپس در دمای حدود ?C685 در قالبهای استوانه ای از جنس ماسه CO 2 ریخته گری شد. همچنین به منظور بررسی تأثیر زمان عملیات آلتراسونیک، عملیات با توان ثابت در دمای ?C700 و به مدت زمانهای صفر، 2 و 5 دقیقه بر روی مذاب انجام شد و مذاب درون قالبهای ماسه CO 2 ریخته گری شد. به منظور بررسی تأثیر عملیات آلتراسونیک تا کسر جامدهای مختلف، مذاب به دمای ?C 605 که حدود 7 درجه بالای دمای لیکوئیدوس می باشد، رسانده شده و از این دما تحت عملیات آلتراسونیک قرار گرفت. سپس مذاب تحت عملیات آلتراسونیک تدریجاً تا کسر جامدهای مورد نظر در منطقه نیمه جامد سرد شده و در آب کوئنچ گردید. آزمایشات مشابهی نیز بدون اعمال آلتراسونیک به منظور مقایسه در هر یک از حالتها انجام شد. بررسی ساختار و خواص نمونه ها نشان داد که با افزایش توان و زمان عملیات آلتراسونیک اعمالی بر مذاب، اندازه دندریتهای ?-Mg و همچنین ابعاد ذرات فازهای میانی موجود در ساختار شامل فازهای Mg 2 Si، MnFeAl(Si) و Mg 17 Al 12 کاهش و میزان کرویت آنها افزایش پیدا می کند. استحکام کششی و درصد ازدیاد طول آلیاژ با افزایش توان و زمان عملیات آلتراسونیک افزایش می یابد. به طور مثال با افزایش توان عملیات آلتراسونیک، استحکام کششی از حدود MPa94 در حالت بدون عملیات آلتراسونیک به حدود MPa165 در توان 60% و درصد ازدیاد طول از 4/2% به 5% افزایش یافت. در اثر اعمال آلتراسونیک تا کسر جامدهای مختلف، مشاهده شد که در همه دماها اندازه دانه های?-Mg و ابعاد فازهای میانی موجود نسبت به حالت بدون عملیات آلتراسونیک کاهش وکرویت آنها افزایش می یابد. با افزایش دمای ریخته گری تحت عملیات آلتراسونیک در منطقه نیمه جامد، میانگین طول و ضخامت فاز Mg 17 Al 12 ، چه در منطقه کوئنچ و چه در بین دانه های ?-Mg اولیه کاهش پیدا می کند. ولی با افزایش دمای ریخته گری بدون عملیات آلتراسونیک در منطقه نیمه جامد، میانگین طول و ضخامت فاز Mg 17 Al 12 ، در منطقه کوئنچ افزایش و در بین دانه های ?-Mg اولیه کاهش پیدا می کند. استحکام کششی و سختی در اثر اعمال عملیات آلتراسونیک در دماهای مختلف در منطقه نیمه جامد افزایش می یابد اما تأثیر عملیات آلتراسونیک بر درصد ازدیاد طول و انرژی ضربه چندان چشمگیر نیست. در مقایسه بین دماهای مختلف در منطقه نیمه جامد در دو حالت با و بدون عملیات آلتراسونیک، دیده می شود که در مجموع اعمال عملیات آلتراسونیک در دماهای بالا تأثیر گذاری بهتری بر خواص و ساختار آلیاژ داشته است. کلمات کلیدی: عملیات آلتراسونیک، آلیاژ منیزیم AZ91، ریزساختار، خواص مکانیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی