Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mahmood Meratian isfahani
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) محمود مراتيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Negin Maleki
نگين ملکي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

An Investigation on Effect of Chemical Modifiers and Cooling Rate on Morphology and Mechanical Properties of Cast In Situ Non-reactive Mg/Mg2Si Composite
The Mg-5%Si is a hypereutectic alloy that the formation of Mg 2 Si phase during solidification fell it in to the category of non-reactive in situ metal matrix composites. However, good properties of this composite is dramatically influenced by the tendency of Mg 2 Si phase to form coarse Chinese script or dendrite shape under normal cast condition, which results in the low ductility and strength of the composite and restricts its application. In view of the above, an attempt has been made to refine microstructure of the in situ composite of Mg-5Si by chemical, thermal and chemical-thermal methods. To fabricate Mg/Mg 2 Si composite, industrially pure Mg ingot and Si were used as starting materials. The melting process was carried out in a low carbon steel crucible by using an electric resistance furnace under protective argon atmosphere which also stirs the melt. To fabricate modified samples, different amounts of Bismuth and Zinc (0.5 to 1.5 % mass fraction) were added in to the Mg–Si melt as chemical modifiers. The effect of chemical modifiers content on microstructure of Mg 2 Si/Mg composite was investigated by optical and scanning electron microscopy followed by EDX analysis and X-Ray diffraction. Quantitative image analyze resulted that by addition of 1% Bi or Zn the following changes in microstructure would happen: 1- Decreasing the average size of Mg 2 Si from more than 100?m to about 20?m or less. 2- Changing the morphology of Mg 2 Si from dendritic shape to polyhedral shape 3- More even distribution of Mg 2 Si in the matrix and reducing of clustered polyhedral Mg 2 Si. However, when the modifier content exceeded 1%, it is found that many primary Mg 2 Si particles became coarse again and over modification had occurred which is a complicated and unknown phenomena in Mg-Si and Al- Mg- Si systems.The effect of cooling rate on modifying microstructure was investigated by the use of a directional solidification system. Structural characterizations of directed solidified Mg/Mg 2 Si, Mg/Mg 2 Si+1%Bi and Mg/Mg 2 Si+1%Zn samples were carried out on four thermal sections of each fabricated. The Results showed that an increase in cooling rate cause an almost same modification effect on samples with chemical modifiers. Although the structure of Bismuth and Zinc modified samples effected in a good way by higher cooling rates, there were no evident of modified Mg 2 Si particles in samples with almost low cooling rates. This may happen by segregation of dense modifiers due to longer solidification time or weakening effect of low heat transfer on chemical modification mechanism. It also worth to mention that samples which were affected by both zinc chemical modification and thermal modification exhibited finer and fiber shape eutectic instead of former flake like. In the next step, hardness, wear resistance, compression and tensile strength of selected modified and unmodified samples were investigated. The results showed that modified structures have better mechanical and wear properties than unmodified samples. However the amount of this enhancement changes from minor to major amounts due to the nature of each test .Best results were belonged to tensile examination results were modified structure has shown 11% enhancement i ultimate tensile strength. Keywords In-situ Mg/Mg 2 Si composite, chemical modification, Thermal modification, Directional solidification, Mechanical properties, Wear resistance.
چکيده آلياژ هايپريوتکتيک منيزيم- 5% سيليسيم به دليل توليد ذرات Mg 2 Si در حين فرايند انجماد که نقشي مشابه تقويت کننده را ايفا مي کنند، درگروه کامپوزيت هاي غير واکنشگر درجا طبقه بندي مي شود. با وجود برخي ويژگي هاي مطلوب، تشکيل دندريت هاي درشت و خشن Mg 2 Si تحت شرايط معمول ريخته گري، منجر به کاهش خواص مکانيکي از جمله استحکام و چقرمگي محصول شده و کاربرد آن را با محدوديت مواجه ساخته است. بر اين مبنا در اين پژوهش بهسازي ريز ساختار کامپوزيت درجاي Mg/Mg 2 Si به روش هاي شيميايي، تبريدي و ترکيبي از روش hy;هاي شيميايي- تبريدي و همچنين تأثير بهسازي بر مورفولوژي، خواص مکانيکي و سايشي کامپوزيت مذکور مورد مطالعه قرار گرفت. توليد نمون? بهسازي نشده با استفاده از شمش منيزيم خالص تجاري و پودر سيليسيم، درون کور? الکتريکي مقاومتي و تحت اتمسفر محافظ آرگون انجام شده و در ادامه نمونه هاي بهسازي شده به صورت مشابه و يا اضافه کردن مقادير مختلف از دو عنصر بيسموت و روي (5/0– 5/1% وزني) به مذاب، توليد شدند. تأثير مقدار هر يک از عناصر بهساز به وسيل? مشاهد? ريز ساختار توسط ميکروسکوپ نوري و الکتروني روبشي، آناليز شيميايي EDS و پراش پرتو ايکس مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفت. نتايج آناليز تصويري حاکي از کاهش انداز? متوسط ذرات Mg 2 Si اوليه از بيش از 100 ميکرومتر به حدود 20 ميکرومتر، تغيير مورفولوژي اکثريت ذرات تقويت کننده از دندريتي به چندوجهي و همچنين توزيع پراکند? آن ها در زمينه به همراه کاهش تجمع بود. افزودن بهساز به مقادير بيش از 1% منجر به پديد? پيچيده و تا حدودي ناشناخت? فرابهسازي که در آلياژهاي آلومينيمي و منيزيمي متداول است شده و با افزايش تعداد ذرات Mg 2 Si با مورفولوژي دندريتي و انداز? متوسط آن ها، از تأثير عنصر بهساز کاسته است. بررسي تأثير افزايش سرعت سرمايش بر ريزساختار کامپوزيت فوق با استفاده از يک سيستم انجماد جهت دار انجام شد. به منظور بررسي ريزساختار، از هر يک از نمونه هايMg/Mg 2 Si ، Mg/Mg 2 Si +1%Biو Mg/Mg 2 Si +1% Znکه به صورت جهت دار ريخته گري شدند، چهار ديسک در راستاي طولي شمش ها و با فاصله هاي مختلف از مبرد تهيه شد. نتايج بررسي ها نشان دهند? تأثير تقريباً مشابه افزايش سرعت سرمايش با اعمال بهسازي شيميايي بود. در مقاطع نزديک به مبرد در نمونه هاي حاوي 1% بيسموت و 1% روي افزايش سرعت سرمايش به نحو مطلوبي بهسازي شيميايي را تحت تأثير قرار داد و نتايج بهتري را حاصل نمود اما چنين اثري در مقاطع بالاي شمش که سرعت سرمايش کمتري داشتند، مشاهده نشد. اين امر به اثر تضعيف کنند? کاهش سرعت سرمايش بر مکانيزم بهسازي شيميايي و يا ته نشين شدن عناصر بهساز که داراي چگالي بالايي هستند نسبت داده شد. بررسي سختي، مقاومت به سايش، استحکام کششي و فشاري نمونه ها حاکي از بهبود خواص مکانيکي نمونه هاي بهسازي شده نسبت به نمونه هاي بهسازي نشده بود، هرچند ميزان اين بهبود يکسان نبوده و بسته به ماهيت آزمون مقادير متفاوتي داشت. حداکثر بهبود به دست آمده مربوط به استحکام فشاري نمونه هاي بهسازي شده توسط 1% روي در سرعت هاي انجماد بالا بود که نسبت به نمونه هاي بهسازي نشده به دست آمد. کلمات کليدي: کامپوزيت درجاي Mg/Mg 2 Si، بهسازي شيميايي، بهسازي تبريدي، انجماد جهت دار، خواص مکانيکي ، مقاومت به سايش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی