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

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
چکيده عمليات آلتراسونيک يکي از روشهاي ديناميکي مي باشد که به منظور بهبود و اصلاح ساختار انجمادي و خواص آلياژهاي ريختگي مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين تحقيق به منظور بررسي تأثير توان آلتراسونيک بر ساختار و خواص آلياژ AZ91، مذاب آلياژ AZ91 تحت محافظت پوشش فلاکس MAGREXدر دماي ?C700 آماده شد و به مدت 5 دقيقه در اين دما تحت عمليات آلتراسونيک با توانهاي مختلف قرار گرفته و سپس در دماي حدود ?C685 در قالبهاي استوانه اي از جنس ماسه CO 2 ريخته گري شد. همچنين به منظور بررسي تأثير زمان عمليات آلتراسونيک، عمليات با توان ثابت در دماي ?C700 و به مدت زمانهاي صفر، 2 و 5 دقيقه بر روي مذاب انجام شد و مذاب درون قالبهاي ماسه CO 2 ريخته گري شد. به منظور بررسي تأثير عمليات آلتراسونيک تا کسر جامدهاي مختلف، مذاب به دماي ?C 605 که حدود 7 درجه بالاي دماي ليکوئيدوس مي باشد، رسانده شده و از اين دما تحت عمليات آلتراسونيک قرار گرفت. سپس مذاب تحت عمليات آلتراسونيک تدريجاً تا کسر جامدهاي مورد نظر در منطقه نيمه جامد سرد شده و در آب کوئنچ گرديد. آزمايشات مشابهي نيز بدون اعمال آلتراسونيک به منظور مقايسه در هر يک از حالتها انجام شد. بررسي ساختار و خواص نمونه ها نشان داد که با افزايش توان و زمان عمليات آلتراسونيک اعمالي بر مذاب، اندازه دندريتهاي ?-Mg و همچنين ابعاد ذرات فازهاي مياني موجود در ساختار شامل فازهاي Mg 2 Si، MnFeAl(Si) و Mg 17 Al 12 کاهش و ميزان کرويت آنها افزايش پيدا مي کند. استحکام کششي و درصد ازدياد طول آلياژ با افزايش توان و زمان عمليات آلتراسونيک افزايش مي يابد. به طور مثال با افزايش توان عمليات آلتراسونيک، استحکام کششي از حدود MPa94 در حالت بدون عمليات آلتراسونيک به حدود MPa165 در توان 60% و درصد ازدياد طول از 4/2% به 5% افزايش يافت. در اثر اعمال آلتراسونيک تا کسر جامدهاي مختلف، مشاهده شد که در همه دماها اندازه دانه هاي?-Mg و ابعاد فازهاي مياني موجود نسبت به حالت بدون عمليات آلتراسونيک کاهش وکرويت آنها افزايش مي يابد. با افزايش دماي ريخته گري تحت عمليات آلتراسونيک در منطقه نيمه جامد، ميانگين طول و ضخامت فاز Mg 17 Al 12 ، چه در منطقه کوئنچ و چه در بين دانه هاي ?-Mg اوليه کاهش پيدا مي کند. ولي با افزايش دماي ريخته گري بدون عمليات آلتراسونيک در منطقه نيمه جامد، ميانگين طول و ضخامت فاز Mg 17 Al 12 ، در منطقه کوئنچ افزايش و در بين دانه هاي ?-Mg اوليه کاهش پيدا مي کند. استحکام کششي و سختي در اثر اعمال عمليات آلتراسونيک در دماهاي مختلف در منطقه نيمه جامد افزايش مي يابد اما تأثير عمليات آلتراسونيک بر درصد ازدياد طول و انرژي ضربه چندان چشمگير نيست. در مقايسه بين دماهاي مختلف در منطقه نيمه جامد در دو حالت با و بدون عمليات آلتراسونيک، ديده مي شود که در مجموع اعمال عمليات آلتراسونيک در دماهاي بالا تأثير گذاري بهتري بر خواص و ساختار آلياژ داشته است. کلمات کليدي: عمليات آلتراسونيک، آلياژ منيزيم AZ91، ريزساختار، خواص مکانيکي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی