Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نیرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hashem Azarpira
هاشم آذرپیرا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Effects of Semisolid and Squeeze Casting Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Alloy
SSR (Semi-Solid Rheocasting) is a relatively new simple and low cost semisolid process for producing semisolid slurries and ingots which rely on formation of a high nuclei density at the early stages of solidification. Due to lack of research on this process, especially for magnesium alloys, in this study the feasibility of SSR processing of AZ91 magnesium alloy was investigated. The experimental procedure can be divided into two stages. In the first stage, AZ91 alloy was subjected to three different melt treatment procedures before being cast into a steel die at three different temperatures, i.e. a temperature above the liquidus temperature and two temperatures within the semisolid temperature range of the alloy. The main treatments included normal cooling to the casting temperature, immersing a stationary cold copper rod into the melt during cooling of the alloy (ICR) and inserting a rotating copper rod during cooling of the melt (SSR). The microstructures of the cast specimens were then characterized. In the second stage, the effect of applied pressure during secondary solidification of the semisolid slurries on the microstructure and mechanical properties of the specimens were studied and compared with those of the conventionally squeeze cast specimens. The result showed that non-dendritic microstructures could be obtained with both ICR and SSR processes but SSR process generated smaller and more spherical primary particles. In each method, sphericity and grain size of primary particles increased with decreasing the casting temperature (increasing the solid fraction). Formation of non-dendritic primary particles in the microstructures decreased the hardness of the alloys. In the SSR process, increasing the applied pressure had a little effect on the morphology and grain size of the primary particles, but it had a considerable effect on the intermetallic phases and eutectic structure. The results showed that strength of conventionally squeeze cast specimens increased with increasing the applied pressure but similar trend was not observed for the SSR specimens. Study of the fracture surfaces suggested this to be associated with the higher possibility of formation and entrapment of oxide bifilms in the SSR processed slurries. The effect of applied pressure on the hardness of conventionally squeeze cast specimens was more than on SSR specimens. Density of SSR specimens cast under 30MPa pressure was more than that of conventionally squeeze cast specimens at this pressure. Considering the results, it was recognized that SSR processing of flux protected magnesium melts was not a suitable method due to the high possibility of formation of oxide layers and entrapment of inclusions and flux in the melt which would result in loss of mechanical properties. For utilization of full benefits of SSR process, the entire process should be performed under a suitable
فرایند SSR (Semi-Solid Rheocasting) یکی از فرایندهای نیمه‌جامد است که با روشی نسبتاً ساده و ارزان قیمت با ایجاد چگالی بالایی از جوانه‌ها در ابتدای انجماد شرایط تولید دوغاب‌ها و شمش‌های نیمه‌جامد را فراهم می‌سازد. به دلیل تحقیقات کمی که تا کنون بر روی فرایندهای SSR به خصوص در مورد آلیاژهای منیزیم انجام گرفته است، در این پژوهش امکان‌پذیری فرایند SSR در مورد آلیاژ AZ91 منیزیم بررسی شد. در مرحله اول این پژوهش، پس از تعیین ابعاد مناسب همزن برای فرایند SSR، آلیاژ AZ91 تحت سه عملیات متفاوت قرار گرفته و سپس در سه دمای متفاوت (یک دما در بالاتر از لیکوئیدوس و دو دما در محدوده نیمه‌جامد) ریخته گری شد. عملیات اصلی انجام شده قبل از ریخته گری مذاب شامل سرد کردن مذاب بدون هیچ‌گونه عملیات بر روی آن تا دمای ریخته‌گری، سرد کردن مذاب به همراه فروبردن میله مسی سرد ثابت در آن (ICR) و سرد کردن مذاب به همراه فرو بردن یک میله مسی چرخان در آن (SSR) بود. نمونه های ریخته شده در این مرحله از لحاظ خصوصیات ساختاری بررسی و مقایسه شدند. در مرحله دوم، تاثیر اعمال فشار در حین انجماد ثانویه دوغاب نیمه جامد بهینه بر ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه‌ها در مقایسه با ریخته‌گری کوبشی مرسوم بررسی شد. نتایج نشان داد که در هر دو حالت ICR و SSR ریزساختار غیردندریتی قابل دستیابی است، ولی تحت فرایند SSR ذرات اولیه‌ای با کرویت بیشتر و اندازه کوچکتر ایجاد شد. در هر روش، با کاهش دمای ریخته‌گری (افزایش کسر جامد) میزان کرویت و اندازه ذرات اولیه افزایش یافت. ایجاد ریزساختاری با ذرات اولیه جامد غیردندریتی در آلیاژ AZ91 باعث کاهش سختی نمونه‌ها گردید. نشان داده شد که افزایش فشار تاثیر چندانی بر مورفولوژی و اندازه ذرات اولیه مذاب‌های SSR شده ندارد و بیشترین تاثیر آن بر ریزساختار فاز ثانویه و یوتکتیک می باشد. همچنین نتایج نشان داد که استحکام نمونه‌های ریخته شده به روش معمولی با افزایش فشار، افزایش یافت ولی در نمونه‌های SSR از روند افزایشی یا کاهشی منظمی برخوردار نبود. با بررسی سطح شکست نمونه ها، این مسئله به افزایش احتمال گیر افتادن لایه های اکسیدی دو لایه در نمونه های SSR ارتباط داده شد. تاثیر افزایش فشار بر سختی نمونه‌های ریخته شده به روش معمولی بیشتر بود و با افزایش فشار سختی نمونه‌ها افزایش یافت. چگالی نمونه ریخته شده به روش SSR در فشار 30 مگاپاسکال از نمونه‌ ریخته شده به روش معمولی در همین فشار بیشتر بود. با توجه به نتایج تشخیص داده شد که روش SSR برای آلیاژ منیزیم تحت محافظت فلاکس به دلیل ایجاد لایه‌های اکسیدی و گیر افتادن ناخالصی‌های ناشی از فلاکس و در نتیجه کاهش خواص مکانیکی روشی مناسب نمی‌باشد و باید تمامی مراحل فرایند تحت گاز محافظ انجام پذیرد. کلمات کلیدی : فرایند SSR، آلیاژ منیزیم AZ91، ریخته گری نیمه‌جامد، ریخته‌گری کوبشی، ریزساختار غیردندریتی، خواص مکانیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی