ریخته گری گریز از مرکز
در نشریات گروه مواد و متالورژی-
مجله بین المللی انجمن آهن و فولاد ایران، سال هجدهم شماره 2 (پیاپی 35، Summer and Autumn 2021)، صص 74 -84
در پژوهش حاضر، تولید کامپوزیت سطحی زمینه چدن تقویت شده با کاربید تنگستن با استفاده از روش ریخته گری گریز از مرکز و با هدف کاربرد در غلتک های خطوط نورد مورد ارزیابی قرار گرفت. از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنج پراکندگی انرژی پرتو ایکس برای بررسی ریزساختار و رفتار سایش نمونه ها استفاده گردید. نتایج نشان داد که یک لایه کامپوزیتی حدودا 3 میلیمتری با ریزساختار پرلیتی و شبکه ای از کاربید آهن همراه با توزیع ذرات کاربید تنگستن بر روی سطح نمونه تشکیل گردیده که منجر به افزایش قابل-توجه سختی سطح نمونه ها شده است. با توجه به استفاده از غلتک های خطوط نورد در دماهای مختلف؛ در این مطالعه، رفتار سایشی نمونه های کامپوزیتی و معمولی در دمای محیط و دمای °C 450 و در نیروهای 100، 150 و 200 نیوتنی بررسی و مقایسه شد. مشاهده شد که ایجاد ساختار کامپوزیتی در سطح نمونه های چدنی منجر به بهبود رفتار سایشی نمونه ها در مقایسه با نمونه های چدن معمولی شده است به گونه ای که در دمای محیط، میزان کاهش وزن نمونه کامپوزیتی در مقایسه با نمونه چدن معمولی پس از m 1000 لغزش، به میزان حدودا 61 % کمتر شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که تولید کامپوزیت سطحی زمینه چدنی تقویت شده با کاربید تنگستن با استفاده از روش ریخته گری گریز از مرکز می-تواند گزینه ای مناسب و مقرون به صرفه برای استفاده در غلتک های خطوط نورد باشد.
کلید واژگان: کامپوزیت زمینه فلزی بر پایه چدن، کاربید تنگستن، ریخته گری گریز از مرکز، سایش دمای بالاInternational Journal of iron and steel society of Iran, Volume:18 Issue: 2, Summer and Autumn 2021, PP 74 -84Roller tables, rollers, and pinch rolls are widely used in different industries ranging from rolling mills, sheet metal works, ceramic and tile production industries, etc. Their harsh working conditions, like heating furnaces with high temperatures, oxide debris, and ceramic materials, have been a matter of concern. High wear-resistant cast iron has always been a common material for making these tools. In the present study, motivated to use in the rollers of the rolling line, the production of cast iron-based matrix surface composite reinforced with tungsten carbide (WC), as a surface metal matrix composite (SMMC), using a centrifugal casting process was evaluated in detail. The microstructure of samples was characterized using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy equipped with energy dispersive X-Ray spectroscopy (SEM-EDX). The results indicated that a 3 mm thick composite layer was formed on the sample surface. The findings reveal that the formation of a composite structure on the surface can dramatically improve the wear resistance of cast iron; as a result, the weight loss of composite samples was decreased by 61% after a 1000 m sliding distance at 25 °C when compared with non-composite samples. Results suggest that the production of cast iron-based matrix surface composite reinforced with WC using centrifugal casting, as a feasible and acceptable process, can be a promising and cost-effective way to improve the performance of rollers of rolling lines and even hot rolling mill rolls.
Keywords: Cast iron-based surface metal matrix composite, tungsten carbide, centrifugal casting, high temperature wear -
برای ارزیابی تاثیر مقدار منیزیم بر ایجاد ریزساختار و سختی مدرج در کامپوزیت های Al-Si-Mg در روش ریخته گری گریز از مرکز، سه استوانه با ترکیب شیمیایی Al-20Si-XMg (X= 6, 9, 12) (بر حسب درصد وزنی) ریخته گری شد. سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی مختلف آنها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ های نوری و SEM مجهز به سیستم میکرو آنالیز (EDS) و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. برای تحلیل نتایج از نرم افزارهای Thermo-Calc و JMat Pro به ترتیب برای رسم نمودارهای فازی تعادلی آلیاژها، کسر جرمی و چگالی فازهای درجای تشکیل شده حین انجماد استفاده شد. نتایج نشان می دهند که با افزایش مقدار منیزیم آلیاژ، علیرغم اینکه ذرات Mg2Si اولیه درشت تری در ریزساختار شکل می گیرد اما بواسطه چگالی پایین این ذرات، جدایش مرکز گرای آنها به همراه ذرات Si اولیه طبق قانون استوکس در مکانیک سیالات افزایش می یابد. به گونه ای که با افزایش مقدار Mg آلیاژها از 6% به 9% و سپس 12% وزنی، کسر حجمی ذرات Mg2Si در لایه داخلی استوانه های ریختگی از مقادیر کمتر از 7 % به حدود 28 % و اندازه متوسط آنها از مقادیر کمتر از 54 میکرون به حدود 166 میکرون افزایش می یابد. اما به خاطر نرم بودن ذرات Mg2Si نسبت به Si، با افزایش کسر حجمی ذرات Mg2Siدر لایه های داخلی استوانه ها سختی این لایه ها به ترتیب از 86 به 81 و سپس 78 برینل کاهش می یابد.
کلید واژگان: ریخته گری گریز از مرکز، کامپوزیت مدرج، آلیاژهای Al-Si-Mg، جدایش فازی، ریزساختار هیبریدیTo evaluate the effect of magnesium content on the microstructure and hardness of the Al-Si-Mg composites in the centrifugal casting method, three cylinders with the chemical composition of Al-20Si-XMg (X = 6, 9, 12) (as weight percent) were cast. Then the microstructure and hardness of the different radial sections were studied by optical microscope, SEM equipped with a micro-analysis system (EDS), and standard brinell hardness testing method, respectively. The phase diagram of Al-20Si-XMg system was plotted as a function of Mg% using Thermo-Calc software. Also JMat Pro software was employed to plot the variation of the mass fraction and density of the in situ formed phases during the solidification of the alloys. The results show clearly that while the coarse Mg2Si particles are formed in high Mg content alloys; however, these particles along with the primary Si particles, both, due to the low density, based on Stokes' law in fluid mechanics, are centripetally segregated towards the inner layers of the cylinders. In addition, by increasing the Mg content of the alloys from 6% to 9% then 12% the volume fraction and average size of the Mg2Si particles in inner layer of the cylinders, both, increase respectively from less than 7% to about 28% and from less than 54 microns to about 166 microns. But, since Mg2Si particles are softer than Si particles, by increasing the volume fraction of the Mg2Si particles, the hardness of the inner layers of the cylinders reduces from 86 to 81 and then 78 brinell.
Keywords: centrifugal casting, functionally graded composites, Al-Si-Mg alloys, particle segregation, hybrid microstructure -
در این پژوهش از ریخته گری گریز از مرکز برای تولید کامپوزیت هایپر یوتکتیک Al-Mg2Siبا ریزساختار هیبریدی و سختی مدرج استفاده شد. به این منظور به روش گریز از مرکز عمودی، دو استوانه با ترکیب Al-20Si و Al-20Si-9Mg (بر حسب درصد وزنی) ریخته گری شد. سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی مختلف آنها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ های نوری و SEM مجهز به سیستم میکروآنالیز فازی ( EDS ) و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. همچنین از نرم افزارهای Thermo-Calc و JMat Pro به ترتیب برای رسم نمودارهای فازی تعادلی آلیاژها، کسر جرمی و چگالی فازهای درجای تشکیل شده حین انجماد استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که با افزودن 9 درصد منیزیم به آلیاژ Al-20Si ، لایه های داخلی استوانه دارای یک ریزساختار هیبریدی متشکل از ذرات اولیه سیلیسیم و Mg2Si در زمینه یوتکتیکیAl (α) -Si-Mg2Si بوده و لایه خارجی فقط شامل یک ریزساختار یوتکتیک سه تایی ظریف Al (α) -Si-Mg2Si است. به تبع این تغییرات ریزساختاری در راستای شعاعی استوانه ها، نه تنها سختی هر دو استوانه از جداره خارجی با شیب ملایمی به سمت جداره داخلی افزایش می یابد بلکه استوانه Al-20Si-9Mg در تمامی مقاطع شعاعی خود در مقایسه با استوانه دیگر حدود 18 برینل افزایش سختی نشان می دهد.کلید واژگان: ریخته گری گریز از مرکز، مواد مدرج، آلیاژهای Al-Si-Mg، جدایش فازی، ریزساختار هیبریدیIn this study, centrifugal casting method was used to produce a hyper-eutectic composite Al-Mg2Si with hybrid microstructure and graded hardness. For this purpose, two cylinders with a chemical composition of Al-20Si and Al-20Si-9Mg (weight percent) were cast using a vertical centrifugal casting machine. Then the microstructure and hardness of the cast cylinders were studied along the radial direction by optical and scanning electron microscopes and brinell method, respectively. The results show that in Al-20Si cast cylinder; in contrary to the outer layer which shows only a binary eutectic Al-Si microstructure, the inner layer contains a high volume fraction of in situ segregated primary silicon particles inside the eutectic matrix. By addition of 9% Mg to Al-20Si alloy, the inner layer of the cast cylinder form a hybrid microstructure containing of both Si and Mg2Si particles inside the eutectic matrix, while the outer layer shows only a ternary eutectic Al-Si-Mg2Si microstructure. As a result of these microstructure changes along the radial direction of the cylinders, not only the hardness of both cylinders are smoothly increased from the outer towards the inner layers, but also all radial sections of the Al-20Si-9Mg cylinder in compared with the other one, indicate higher hardness (about 18 brinell).Keywords: Centrifugal casting, Functionally graded materials, Al-Si-Mg alloys, Phase segregation, Hybrid microstructure
-
مصرف کامپوزیت های شامل دو یا چند فلز، با هدف بهبود بهره وری در صنایع مختلف، در سالهای اخیر افزایش یافته است. در این تحقیق، ریخته گری کامپوزیت دوفلزی آلومینیم- مس در حالت ذوب ریزی مذاب آلومینیم درون بوش جامد مسی به ابعاد، ارتفاع 40 میلی متر و قطر داخلی و خارجی 79 و 84 میلی متر، در سرعت دوران 1480 دور بر دقیقه و دماهای پیش گرم 100، 150، 200، 300 و 400 درجه ی سانتی گراد به وسیله ی دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی انجام شد و فصل مشترک تشکیل شده مورد مطالعه قرار گرفت. کاهش دمای پیش گرم با تشدید آهنگ تبرید موجب کاهش ضخامت فصل مشترک و نیز ظریف تر شدن ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu می شود. بررسی های آنالیز میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) نشان داد فازهای (به ترتیب از سمت مس) AlCu2، AlCu و Al2Cu، رسوبات Al2Cu جدا شده از لایه ی سوم و پراکنده در زمینه ی از ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu در مجاورت آلومینیم تشکیل شده است. سختی فصل مشترک تابع یک روند نزولی است به گونه ای که سختی فازهای تشکیل شده از سمت دیواره ی خارجی به طرف داخل قطعه ریختگی کاهش می یابد.کلید واژگان: فصل مشترک، آلومینیوم، مس، ریخته گری گریز از مرکز، انحلال، دمای پیشگرمApplication of composites of two or more metals has been increased, aiming to increase productivity, in various sectors of industry in recent years. In this work an Al/Cu bimetallic composite was prepared by casting Al melt into a Cu bush with 40 mm height and 79 and 84 inner and outer diameters, rotating at 1480 revolutions per minute (rpm), and 100, 150, 200, 300, and 400°C preheating temperature, respectively in a vertical centrifugal casting machine. Cooling rate increment, due to lower preheating temperature, not only lead to interface thinning but also it can modify microstructure. The results of scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis showed that four discrete layers have been formed from the Cu side, including AlCu2, AlCu, Al2Cu continuous layers, Al2Cu precipitates scattering in anomalous eutectic structures and finally α-Al/Al3Cu anomalous eutectic structure near the Al side. Micro hardness measurements showed that hardness of various presented phases decreases from outward to the inward.
-
در این پژوهش، تاثیر مقدار سیلیسیم بر درجه بندی ریزساختار آلیاژهای Al-Si ریخته شده به روش گریز از مرکز مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور دو استوانه به ترتیب با ترکیب شیمیایی Al-11.9wt.% Si (آلیاژ هیپو یوتکتیک) و Al-20wt.% Si (آلیاژ هایپریوتکتیک) به روش گریز از مرکز عمودی ریخته گری شد و سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی آنها با استفاده از میکروسکوپ نوری/ الکترونی روبشی و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده، آلیاژهای هیپو و هایپریوتکتیک آلومینیم-سیلیسیم، دو الگوی متفاوتی از توزیع درجه بندی شده سیلیسیم در راستای شعاعی استوانه ها و در نتیجه تغییرات سختی از خود نشان می دهند. در استوانه هیپویوتکتیک به خاطر جدایش فاز سنگین و نرم Al-α اولیه در جهت نیروی گریز از مرکز، جداره خارجی و داخلی به ترتیب ریزساختار هیپویوتکتیک و یوتکتیک مشاهده می شود. در حالی که در استوانه هایپریوتکتیک به واسطه جدایش ذرات سبک و سخت سیلیسیم اولیه در خلاف جهت نیروی گریز از مرکز، لایه خارجی ریزساختار یوتکتیکی و لایه داخلی ریزساختار هایپریوتکتیکی از خود نشان می دهند. به واسطه این تغییرات پیوسته و تدریجی ریزساختار در امتداد شعاعی استوانه ها، سختی استوانه هایپریوتکتیک در تمامی مقاطع شعاعی حدود 10 برینل بیشتر از استوانه هیپویوتکتیک است. همچنین جداره داخلی استوانه هیپو و جداره خارجی استوانه هایپریوتکتیک هر دو با ریزساختار یوتکتیکی، سختی مشابهی نشان می دهند. به علاوه، سختی هر دو استوانه از سمت جداره خارجی به سمت جداره داخلی با شیب ملایمی افزایش می یابد.کلید واژگان: ریخته گری گریز از مرکز، درجه بندی هدفمند، آلیاژهای Al-Si، جدایشIn this study, the effect of silicon content on the graded microstructure of Al-Si alloys fabricated by centrifugal casting method was investigated. For this purpose, two cylinders with a chemical composition of Al-11.9wt.% Si (hypoeutectic alloy) and Al-20wt.% Si (hypereutectic alloy) were cast through vertical centrifugal casting method. Then the microstructure and hardness of radial sections of the cast cylinders were studied using optical/scanning electron microscopes and standard Brinell test method, respectively. According to the results, two hypo and hypereutectic Al-Si cylinders illustrate two different patterns of functionally graded microstructure thus hardness along the radial direction. In hypoeutectic cylinder, due to the segregation of the heavy and soft α-Al phase in centrifugal force direction, the outer and inner layers show hypoeutectic and eutectic microstructures, respectively. While in the hypereutectic cylinder due to the segregation of the light and hard primary Si particles in the centripetal direction, the outer and inner layers contain eutectic and hypereutectic microstructures, respectively. As a result of these continuous and gradual microstructural changes in radial direction of the cylinders; firstly: the hardness of all radial sections in hypereutectic cylinder is about 10 Brinell more than the hypoeutectic one; secondly: the inner layer of hypoeutectic and outer layer of hypereutectic cylinders both with full eutectic microstructure show similar hardness; thirdly: the hardness of both cylinders moderately increase from outer periphery towards the inner periphery of the cylinders.Keywords: Centrifugal casting, Functionally graded, Al-Si alloys, Segregation
-
کامپوزیت های تشکیل شده از فلزات غیرمشابه در طراحی و ساخت قطعاتی که تحت شرایط نیروی مکانیکی جدی، حرارت و سایش خاص هستند به کار می رود. تولید بوش آلومینیم-برنج به عنوان جفت فلزی کامپوزیتی یکی از این موارد محسوب می شود. در این تحقیق با استفاده از دستگاه گریز از مرکز عمودی برخی متغیرهای موثر در تولید قطعه استوانه کامپوزیتی آلومینیم-برنج مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور مذاب آلومینیم با نسبت های حجمی 5/1 و 5/2 درون بوش برنجی پیش گرم شده در محدوده دمایی 100-400 درجه ی سانتی گراد و در حال دوران با سرعت های 800 و 1600 دور بر دقیقه ریخته گری شده و خصوصیات فصل مشترک بین این دو فلز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی های حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که فصل مشترک حاصله شامل چهار لایه ی مجزا است. لایه های متشکله به ترتیب از سمت برنج شامل Al2Cu5Zn4، Al3Cu3Zn، رسوبات Al2Cu توزیع شده در زمینه ی محلول جامد آلومینیم و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al2Cu در مجاورت آلومینیم است. اندازه گیری های میکروسختی نشان داد که میزان سختی در عرض فصل مشترک از یک روند نزولی پیروی می کند به گونه ای که بالاترین سختی مربوط به نواحی مجاور برنج و کم ترین میزان سختی متعلق به نواحی مجاور آلومینیم ثبت شد.کلید واژگان: کامپوزیت آلومینیوم - برنج، اتصال متالورژیکی، ریخته گری گریز از مرکز، فصل مشترکComposites made of dissimilar metals are designed and used in components subjected to various condition such as serious mechanical force, heat and erosion. Fabrication of Al- brass hollow cylinder, as a composite bimetallic part, is an example. In this work, Al-brass bimetallic hollow cylinders were produced using vertical centrifugal casting device and effective variables were studied. To achieve this, Al melt at 1.5 and 2.5 melt-to-solid volume ratio was cast into 100-400°C preheated cylindrical brass bush rotating at 800 and 1600 revolutions per minute (rpm) respectively and the interface characteristics were investigated. The results of scanning electron microscope (SEM) showed that the achieved interface consisted of four discrete layers from the brass side, including Al2Cu5Zn4, Al3Cu3Zn, Al2Cu precipitates scattering in aluminum matrix and finally α-Al/Al2Cu anomalous eutectic structure near the aluminum side. Micro hardness measurements showed that the hardness of various presented phases decreases from the brass side to the aluminum side.Keywords: Aluminum-brass composite, metallurgical bonding, centrifugal casting, interface
-
هدف از این تحقیق بررسی فصل مشترک کامپوزیت آلومینیم- مس حاصله از ریخته گری گریز از مرکز مذاب آلومینیم درون بوش جامد مسی است. در این تحقیق مقدار مشخصی مذاب آلومینیم خالص تجاری (100 گرم) درون بوش مسی پیش گرم شده تا دمای 150 درجه ی سانتی گراد و درحال چرخش با سرعت های دوران 700، 900، 1500 و 3000 دور بر دقیقه درون دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی ریخته گری شد. به منظور بررسی فصل مشترک واکنشی از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به سیستم آنالیز EDS استفاده و نیز سنجش میکروسختی فازها انجام شد. افزایش سرعت چرخش با افزایش نیروی گریز از مرکز موجب افزایش آهنگ سردکنندگی شده و به این ترتیب شرایط را برای ظریف تر شدن ساختار و نازک تر شدن فصل مشترک واکنشی فراهم می آورد. نتایج آنالیز نقطه ای (EDS) نشان داد فازهای شکل گرفته به ترتیب از سمت مس شامل: لایه های پیوسته ی AlCu2، AlCu، Al2Cu، رسوبات Al2Cu پراکنده در ساختار یوتکتیک غیرعادی و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu در مجاورت آلومینیم است. نتایج تغییرات میکروسختی، از فازهای حاضر در فصل مشترک واکنشی، نیز گویای روند کاهشی سختی در دو سمت آلومینیم و مس و بروز حداکثر سختی در ترکیبات بین فلزی بیشتر از 500 ویکرز، نزدیک به رینگ مس جامد، است.کلید واژگان: کامپوزیت آلومینیم، مس، ریخته گری گریز از مرکز، فصل مشترک، ترکیبات بین فلزیThe aim of this research is to investigate interface evolution during centrifugal casting of Al-Cu bimetal composite. In this work, 100 grams aluminum melt was cast into a 150°C preheated Cu cylindrical bush rotating at 700, 900, 1500, and 3000 rotation per minute (rpm) inserted in a vertical centrifugal casting (VCC) machine. Obtained samples were studied using optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with EDS system and also microhardness test on various available phases. Centrifugal force, due to the rotational speed, leads to increase in the cooling rate. Cooling rate increment not only causes thinning the interface but also with increasing nucleation sites leads to modify the resulted microstructure. EDS results showed that the achieved interface consisted of four discrete layers from the Cu side, including Cu2Al, AlCu, Al2Cu continuous layers, Al2Cu precipitates scattering in anomalous eutectic structures and finally α-Al/Al3Cu anomalous eutectic structure near the Al side. Micro hardness measurements showed that hardness of various presented phases decreases in both Al and Cu side but have a maximum pick, more than 500 Vickers, near to Cu bush as a result of intermetallic compound formation.Keywords: Aluminum, Copper Composite, centrifugal casting, Interface, Intermetallic Compound
-
در این تحقیق فصل مشترک دو فلزی آلومینیم- برنج، تولید شده با دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی، مورد بررسی متالورژیکی قرار گرفت. ابتدا بوش های برنجی در محدوده دمایی 100-300 درجه ی سلسیوس پیش گرم شده و سپس مذاب آلومینیم با نسبت حجمی 5/1 برابر جامد برنجی درون بوش های درحال دوران با سرعت 800، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. نمونه های حاصله به ازای متغیرهای مختلف، با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکتررونی (SEM) مجهز به حسگر طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و نرم افزار Image J بررسی شد. تشکیل اتصال متالورژیکی در این تحقیق، می تواند ناشی از شرایط انحلالی ویژه ای باشد که توسط نیروهای چندگانه مکانیکی دخیل و همچنین نفوذ در انتهای فرآیند انجماد تامین می شود. مطالعه طیف سنجی نشان می دهد که لایه های تشکیل شده در این دوفلزی، به ترتیب از سمت برنج شامل Al3Cu5Zn4، Al3Cu3Zn، رسوبات Al3Cu توزیع شده در زمینه ی محلول جامد آلومینیم و نهایتا ساختار یوتکتیک غیرعادی α-Al/Al3Cu در مجاورت آلومینیم است.کلید واژگان: فصل مشترک، کامپوزیت، آلومینیم، برنج، انحلال، ریخته گری گریز از مرکزIn this research interface of aluminum-brass bimetal composite, fabricated by a vertical centrifugal casting machine, were investigated. At first, brass bushes were preheated at 100-300 °C temperature range and then aluminum melt with 1.5 melt-to-solid volume ratio was cast into cylindrical bush rotating at 800, 1600, and 2000 (rpm), respectively. Obtained samples were studied using optical microscope (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Image J software. Results show that metallurgical joint in this work is probably due to particular dissolving condition, provided by multiple mechanical forces involved and also possible solid diffusion at the end of solidification process. Study of the EDS results show that layers formed at the achieved interface consisted of four discrete layers from the brass side, including Al3Cu5Zn4, Al3Cu3Zn, Al3Cu precipitates scattering in aluminum matrix and finally α-Al/Al3Cu anomalous eutectic structure near the aluminum side.Keywords: Interface, composite, Al, Brass, dissolving, centrifugal casting
-
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 63 (پاییز 1395)، صص 176 -185مواد هدفمند با زمینه ی آلومینیومی به سبب مزیت استحکام ویژه ی بالا و مقاومت سایشی خوب، می توانند کاربردهای زیادی در صنایع هوافضا و خصوصا خودروسازی داشته باشند که با بررسی های بیشتر می توان شرایط بهینه را برای رسیدن به این خواص از طریق ریخته گری گریز از مرکز به دست آورد. آلیاژ هایپریوتکتیک A390 به عنوان آلیاژ اصلی و با سرعت های دوران 800، 1200، 1400، 1600 و 2000 دور بر دقیقه توسط دستگاه گریز از مرکز عمودی به شکل بوش استوانه ای ریخته گری شد. ریزساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری بررسی شد. همچنین نمودار کسر حجمی ذرات مقاوم ساز از دیواره ی داخلی تا دیواره ی خارجی به همراه سختی نمونه ها بررسی شد. مشخص شد به دلیل دانسیته ی کمتر ذرات مقاوم ساز سیلیسیم اولیه نسبت به آلومینیوم مذاب، این ذرات در اثر نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره ی داخلی نمونه حرکت کرده و توزیع گرادیانی آن ها از دیواره ی داخلی تا ناحیه ی میانی نمونه ایجاد می گردد. سرعت دوران 1400 دور بر دقیقه به عنوان سرعت بهینه و نمونه ی ریختگی گریز از مرکز شده با سرعت دوران 1400 دور بر دقیقه به عنوان نمونه ی بهینه انتخاب شد.کلید واژگان: آلیاژ هایپریوتکتیک A390، ریخته گری گریز از مرکز، کسر حجمی ذرات مقاوم سازJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:19 Issue: 63, 2016, PP 176 -185Functionally graded aluminum matrix composites to the advantage of lightness as same as high hardness and good wear resistance can have many applications in the aerospace and automotive industry, which with more investigations can be reached to the optimum condition by centrifugal cast method. A390 hypereutectic alloy was cast cylindrically as the base alloy with rotational speed of , 1200, 1400, 1600 & 2000rpm by vertical centrifugal cast method. The Microstructures of samples were investigated by optical microscope. Also the volume fraction of reinforcement particles and their hardness from inner wall through outer wall were investigated. It was found because of smaller density of primary Si particles than molten Al, These particles were moved to the inner wall of the samples due to centrifugal force and were distributed from inner layer through middle layer as gradient. The rotational speed of 1400 rpm was chosen as optimum speed and therefore the centrifugal sample with rotational speed of 1400 rpm was chosen as optimum sample.Keywords: A390 hypereutectic alloy, centrifugal cast method, volume fraction of reinforcement particles
-
در پژوهش حاضر فرایند ریخته گری گریز از مرکز برای تولید جفت فلزی منیزیم-آلومینیم مورد استفاده قرار گرفت. مذاب منیزیم در دمای 700 درجه سانتی گراد با نسبت های حجمی مذاب-جامد 5/1 و 3 درون جامد آلومینیمی پیش گرم شده تا دمای 450 درجه سانتی گراد و در حال دوران در سرعت های 800، 1200، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. نمونه ها درون دستگاه ریخته گری گریز از مرکز تا رسیدن به دمای 150 درجه ی سانتی گراد به آرامی سرد شدند. بررسی های تاثیر نسبت حجمی مذاب-جامد نشان داد که افزایش نسبت حجمی از 5/1 به 3، به دلیل غلبه نیروی انقباضی بر برایند نیروهای وارد بر فصل مشترک، منجر به از بین رفتن اتصال متالورژیکی در فصل مشترک منیزیم-آلومینیم می شود. بررسی های تحلیل میکروسکوپی الکترونی مجهز به طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) و پرتو ایکس (XRD) نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al3Mg2 و Al12Mg17 و ساختار یوتکتیک δ+Al12Mg17 (δ محلول جامد منیزیم در آلومینیم) در فصل مشترک تشکیل می شوند. تصویر میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) از سطح آلومینیم نشان داد که سطح در ابعاد اتمی دارای پستی و بلندی است که می تواند منجر به تشکیل حفره های گازی در فصل مشترک شود.کلید واژگان: منیزیم، آلومینیم، ریخته گری گریز از مرکز، فصل مشترک، ترکیبات بین فلزی، نیروی انقباضیIn this study, centrifugal casting process was used for producing Al/Mg bimetal. Molten Mg was poured at 700 oC, with 1.5 and 3 melt-to-solid volume ratio (Vm/Vs) into the 450 oC preheated solid Al rotating at 800, 1200, 1600 and 2000 rpm. Castings were kept inside the centrifuged casting machine and cooled down to 150 oC. Investigating the effect of melt-to-solid volume ratio showed that increasing volume ratio from 1.5 to 3 results in diminishing metallurgical bonding in Al/Mg interface, because the force of contraction overcomes the resultant force acted on the interface. The results of study by scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) showed that bimetal compounds of Al3Mg2, Al12Mg17 and δɝ瘲ൻ eutectic structure (δ is the solid solution of Mg in Al) are formed in the interface. Atomic force microscopy (AFM) image of Al surface showed that the surface was rough in atomic dimentions, which can result in the formation of gas pores in the interface.Keywords: Al, Mg, Centrifugal casting, Interface, Intermetallic compounds, Force of contraction
-
ریخته گری گریز از مرکز یکی از روش هایی است که برای تولید کامپوزیت های دوفلزی و به دو روش، افقی و عمودی، به کار گرفته می شود. حالت عمودی این روش، که در این تحقیق به کار گرفته شد، برای تولید قطعاتی متداول است که نسبت ارتفاع به قطرشان کم تر از واحد باشد. در این تحقیق، مذاب آلومینیم با نسبت های مذاب به جامد 5/1 و 5/2 درون بوش برنجی پیش گرم شده تا دمای 100 درجه ی سلسیوس و در حال چرخش با سرعت های دوران 800، 1600 و 2000 دور بر دقیقه ریخته گری شد. از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترنی روبشی (SEM) برای مشاهدات میکروسکوپی و نیز از طیف سنج پراش پرتو ایکس (EDS) برای شناسایی فازهای تشکیل شده، استفاده شد. به نظر می رسد که جریان یافتن مذاب در حوزه ی گریز از مرکز با گسیختن فیلم اکسیدی سطحی مذاب آلومینیم همراه است به گونه ای که شرایط برای تشکیل پیوند متالورژیکی مساعد می شود. از طرف دیگر، پاره شدن این فیلم اکسیدی سطحی به همراه تلاطم ذاتی فرآیند ممکن است موجب بروز عیوبی در قطعه شود. نتایج این تحقیق نشان داد کامپوزیت های تولید شده به ازای دور 2000 بیش تر از سایر قطعات در معرض عیوب هستند. این مقاله عیوب مختلف مشاهده شده را دسته بندی کرده و اثر متغیرهای مختلف موثر را بررسی می کند.کلید واژگان: کامپوزیت آلومینیم، برنج، ریخته گری گریز از مرکز، عیوب، فیلم اکسیدی سطحیCentrifugal casting is one of the methods which is used for producing bimetallic composite parts. This method runs both horizontal and vertical mode. Vertical mode, used in this work, is currently taken to produce casting parts with height to diameter ratio less than unity. In this study, aluminum melt with 1.5 and 2.5 melt-to-solid volume ratio was cast into 100°C preheated brass bush rotating at 800, 1600, and 2000 (rpm), respectively. In order to characterize the cast samples, possible phases and casting defects various equipment such as optical microscope (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) have been used. Flowing of Al melt, at centrifugal field, is possibly associated with surface oxide film rupture so that metallurgical bonding is attained. On the other hand, these oxide films flowing at the melt surface and inherent turbulence of this process may cause defects in the casting. It was noted that bimetal composites produced at 2000 rpm are subjected to more defects than the other. This article categorizes various defects seen and analyzes different effective parameters.Keywords: Aluminum, Brass composite, centrifuge casting, defects, surface oxide film
-
ریخته گری نیمه جامد تک مرحله ای چدن خاکستری در قالب ماسه ایSingle Stage Semi-Solid Casting of Gray Cast Iron in a Sand MoldMost popular semi-solid casting processes involve two stages. The first stage includes producing a semi-solid slurry which is formed in a high strength metallic die in the second stage of the process. Because of high pressures applied on the semi-solid slurry during the second stage, the die should be made of expensive alloy steels. In the present research, the possibility of single stage semi-solid casting of a high melting point alloys, i.e. a hypereutectic gray cast iron, in a sand mold was investigated. For this purpose, a specially designed runner chilled sand mold rigged to a vertical centrifugal casting machine was used. The hypereutectic gray cast iron was poured in the sand mold at 1275 and 1285 ºC and at rotation speed of 400 rpm. The microstructures and hardness of the specimens were then characterized. The results showed that the average length of the eutectic flake graphite and the thickness of the Kish graphite in semi-solid centrifuged castings were smaller and their hardness was higher than those in the castings prepared by conventional gravity or centrifugal casting methods.Keywords: Semi-Solid Casting, HypereutecticGray Cast Iron, Centrifugal Casting, Sand Mold
-
تولید کامپوزیت فلزی های منیزیم- آلومینیم، به منظور کاهش وزن قطعات صنعتی و افزایش بازده مصرف سوخت، در سال های اخیر مورد توجه صنعت حمل و نقل قرار گرفته است. در این تحقیق منیزیم در دمای 700 درجه ی سلسیوس و نسبت حجمی مذاب-جامد (Vm/Vs) 5/1 داخل استوانه ی توخالی آلومینیمی، پیش گرم شده در دماهای مختلف شامل 320، 400 و 450 درجه ی سلسیوس و سرعت دوران 1600 دور بر دقیقه، درون یک دستگاه گریز از مرکز عمودی ریخته گری شد. اثر شرایط سرد کردن و همچنین تداوم نگهداری نمونه ها در داخل دستگاه، تحت نیروی گریز از مرکز تا انجماد کامل، بررسی شد. تغییرات دمای پیش گرم جامد، از 320 تا 450 درجه ی سلسیوس، منجر به افزایش لایه واکنشی و تغییرات فازی شد. نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al3Mg2 و Al12Mg17، ساختار یوتکتیک و همچنین محلول جامد منیزیم-آلومینیم در فصل مشترک تشکیل می شود. نگه داشتن نمونه در دستگاه، تا سرد شدن و رسیدن به محدوده دمایی 150 درجه ی سلسیوس، از بروز ترک های انقباضی و نهایتا جدا شدن دو فلز جلوگیری می کند.کلید واژگان: کامپوزیت آلومینیم، منیزیم، پیش گرم، نیروی انقباضی، ریخته گری گریز از مرکزProduction of Mg-Al bimetal composite, for weight reduction of industrial components and decrease in fuel consumption, has taken attentions in the transport industry during recent years. In this research Mg melt was poured at 700 Celsius into Al hollow cylinder, with 1.5 melt to solid volume ratio (Vm/Vs), preheated at various temperature including; 320, 400 and 450 Celsius, respectively, while they were rotating at 1600 rpm in a vertical centrifugal casting machine. Effect of the cooling process after pouring, and also contraction behavior of magnesium-aluminum bimetal during solidification, under centrifugal force, was studied. Preheating temperature from 350 to 450 Celsius led to the increasing of reaction layer and phase changes. Study of microstructure using scanning electron microscope (SEM) equipped with x-ray spectroscopy showed Al3Mg2 and Al12Mg17 intermetallic compounds, eutectic structure and Mg solid solution are formed in the interface. Keep the casting in the casting machine, while rotating and cooling to the range of 150 Celsius, prevented creation of contraction cracks and separation of two layers composite alloy.Keywords: Mg, Al composite, preheating, contraction force, centrifugal casting
-
کامپوزیت های آلومینیم- منیزیم در صنایع مختلفی مانند خودروسازی و هوا-فضا استفاده می شود. در این پژوهش نحوه رفتار جامد-مذاب-گاز و مشخصات فصل مشترک متالورژیکی در تولید کامپوزیت فلزی آلومینیم- منیزیم به روش ریخته گری گریز از مرکز عمودی، و عوامل تاثیرگذار بر آن بررسی شد. چهار دمای پیش گرم 30، 100، 150 و 200 درجه سانتی گراد بررسی شد. ریخته گری نمونه ها در سرعت دوران ثابت 1200 دور بر دقیقه و نسبت حجمی مذاب- جامد ثابت حدود 1 انجام شد. بدین منظور آلومینیم مذاب در دمای 700 درجه ی سانتی گراد درون استوانه های توخالی از جنس منیزیم، ریخته گری شد. نمونه های تهیه شده از جهات مناسب برش داده شده و با استفاده از میکروسکوپ نوری، الکترونی و پراش اشعه ایکس مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al3Mg2، Al12Mg17 و ترکیب یوتکتیک در فصل مشترک تشکیل می شود. هم چنین نتایج نشان می دهد که محتوای حرارتی مذاب آلومینیم، با انحلال نقاط برجسته ی مرجح در سطح فلز جامد، به تشکیل مناطق غنی از منیزیم منجر شده و در یک قسمت مشخص بین جامد- مذاب متمرکز می شود. همچنین با توجه به حضور گاز یا هوا در سطح ناهمواری های جامد، واکنش بین مذاب و گاز باعث تشکیل حباب های گازی در فصل مشترک شده و سپس در مقطعی دور از مکان واکنش اولیه مشاهده می شوند. نحوه و شرایط تشکیل این حباب ها و حفره های گازی مورد بحث قرار گرفته است.
کلید واژگان: فصل مشترک، کامپوزیت، ترکیبات بین فلزی، حفره های گازی، ریخته گری گریز از مرکزAl/Mg composite have new applications in various industries such as car manufacturing and aerospace. In this work characteristic of metallurgical interface and the behavior of melt-solid-gas during production of Al/Mg composite via vertical centrifugal casting process was investigated Aluminium melt, at 700 oC and volume ratio of nearly one, was poured into a solid Mg rings preheated up to 30, 100, 150 and 200 oC, respectively while rotating at 1200 rpm, in a vertical centrifugal casting machine. After casting samples were cut and interfacial microstructure was studied by optical and scanning electron microscopes. Results show that the heat content of Al melt lead to dissolving preference prominent locations and creating local Mg rich regions. Study of the Al/Mg interface also showed that intermetallic compounds, Al3Mg2, Al12Mg17 are formed. Furthermore, gas pores may form, on notches present on the rough surface of the solid Mg ring, possibly as a result of melt/gas reaction. Possible states and conditions of the formation of bubble and gas porosity are discussed.Keywords: Interface, Al, Mg Composite, Intermetallic Compound, Centrifugal Casting -
برای ارزیابی تاثیر افزودن جوانه زا بر ایجاد ریزساختار درجه بندی شده در ریخته گری گریز از مرکز، دو استوانه از کامپوزیت Al-13.8wt.%Mg2Si، یکی دارای یک درصد وزنی ماده جوانه زای Al-5Ti-B و دیگری فاقد ماده جوانه زا، در یک ماشین ریخته گری گریز از مرکز عمودی ریخته گری شد. سپس ترکیب شیمیایی، ریزساختار و فازهای ریزساختاری در مقاطع شعاعی مختلف استوانه های ریختگی به ترتیب با استفاده از روش پلاسمای جفت شده القایی (ICP)، میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و پراش سنجی اشعه X مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان می دهند که به واسطه رژیم گرمایی حاکم بر ریخته گری استوانه و نوع انجماد خاص حاکم بر دگرگونی یوتکتیکی در کامپوزیت دارای ماده جوانه زا، ترکیبات دارای تیتانیم و بور حاصل از ماده جوانه زا در حین انجماد از لایه خارجی به لایه میانی استوانه پس زده شده، منجر به تشکیل ذرات اولیه Mg2Si و فاز غیریوتکتیکی Al(α) در لایه میانی می شوند. هم چنین به خاطر چگالی پایین ذرات Mg2Siاولیه و جدایش آن ها در خلاف جهت نیروی گریز از مرکز (مطابق رابطه استوکس)، یک تجمع بالایی از آن ها در لایه داخلی استوانه های ریختگی پس از انجماد مشاهده می شود.
کلید واژگان: ساختار درجه بندی شده هدفمند، ریخته گری گریز از مرکز، کامپوزیت یوتکتیک Al، Mg، Si، جوانه زاTo evaluate the effect of inoculant addition on functionally graded microstructure of centrifugally cast Al-Mg2Si composites، two cylinders of Al-13. 8 wt. % Mg2Si with and without the addition of 1 wt. % Al-5Ti-B inoculant were cast in a vertical centrifugal casting machine. The chemical composition، microstructures and microstructural phases of the different radial sections of the cast cylinders were studied using induction coupled plasma (ICP) method، optical/scanning electron microscopes، and X-ray diffractometry، respectively. The results showed that in the inoculant content cylinder، owing to the prevailing thermal regime as well as the specific mode of eutectic solidification in this composite، the titanium and boron compounds were segregated towards the middle layer of the cylinder and caused the formation of primary Mg2Si particles and non-eutectic Al () in this layer. In addition، due to the effect of centrifugal force during solidification، a higher volume fraction of the light primary Mg2Si particles، according to Stocks law، was segregated towards the inner layer of the cast cylinders.Keywords: Functionally graded microstructure, Centrifugal casting, Al, Mg, Si alloys, Inoculant -
به منظور اصلاح ریزساختار درجه بندی شده استوانه ریختگی گریز از مرکز از کامپوزیت یوتکتیک Al-13.8 wt.% Mg2Si مقدار 5/0 درصد وزنی بهساز Al-75Fe به ترکیب مذاب اضافه شد. سپس ترکیب شیمیایی، ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی مختلف استوانه های ریختگی به ترتیب با استفاده از آنالیز طیف سنجی توزیع انرژی (EDX)، میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی، پراش سنجی اشعه X و سختی سنجی مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان می دهند که اولا: بواسطه رژیم حرارتی خاص حاکم بر ریخته گری گریز از مرکز، ریزساختار شبه یوتکتیکی از حالت میله ای ظریف در سطوح خارجی به حالت لایه ای خشن در سطوح داخلی استوانه ریختگی تغییر می یابد. ثانیا: با تشکیل ذرات ترد FeAl3 و Al8Fe2Si و انتقال آنها در جهت پیشروی جبهه انجماد به سمت جداره داخلی استوانه و ترغیب جوانه زنی ناهمگن ذرات Mg2Siبلوکی شکل و به تبع آن، شکل گیری فاز نرم α-Al به عنوان فاز غالب زمینه در این جداره، سختی جداره داخلی استوانه نسبت به جداره خارجی آن کاهش می یابد.
کلید واژگان: ریخته گری گریز از مرکز، ساختار درجه بندی شده، کامپوزیت ریختگی، بهسازJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:18 Issue: 57, 2015, PP 44 -53The modification of microstructural grading of the cast hollow cylinders of eutectic composite Al-13.8 wt.% Mg2Si was studied via 0.5 wt.% Al-75Fe addition to the melt during centrifugal casting. The chemical composition, microstructure and hardness of different radial sections of the cast cylinders were studied using energy dispersive spectroscopy (EDX), optical microscope, scanning electron microscope, X-ray diffractometry and hardness testing, respectively. The results show that due to specific thermal regime, prevailed in centrifugal casting, the rod-shape fine eutectic microstructure in external periphery of the cast hollow cylinder changes to a coarse lamellar-shape eutectic microstructure in its internal periphery of cylinder. Also owing to segregation of FeAl3/Al8Fe2Si brittle particles with needle morphology towards the inner periphery of cylinder, thus their effective role in heterogeneous formation of Mg2Si and developing the α-Al in matrix phase, the inner periphery of the iron-contained cylinder showed the lower hardness in compared with the outer periphery of cylinder.Keywords: centrifugal casting, functionally graded microstructure, cast composite, modifier -
یکی از روش های ایجاد ناهمگنی هدفمند در ریزساختار مواد، روش ریخته گری گریز از مرکز است که در آن نیروی گریز از مرکز منجر به توزیع درجه بندی شده ای از فازهای ریزساختاری در حین ریخته گری و انجماد می شود. بر این اساس، در این پژوهش با آماده سازی مذاب هیپویوتکتیک با ترکیب Al-11 wt.% Mg2Si و ریخته گری گریز از مرکز آن، استوانه هایی با شیب ترکیبی و فازی، در راستای شعاعی ریخته گری شدند. با بررسی ریزساختار استوانه های ریختگی در جهت شعاعی، دو لایه ی متمایز ریزساختاری به ترتیب با کسر حجمی بالای دانه های α-Al در سطوح خارجی و درصد بالای ریزساختار یوتکتیکی Al/Mg2Siدر سطوح داخلی قابل تشخیص بودند. در مرحله ی بعد، نمونه های ریخته شده در دمای ̊C530 به مدت 10 ساعت محلول سازی شده و پس از تبرید در آب، به مدت 8 ساعت در ̊C175پیرسازی شدند. بررسی ریزساختار نمونه ها نشان می دهد که عملیات حرارتی باعث تبدیل ذرات Mg2Si لایه ای موجود در ساختار یوتکتیکی سطوح داخلی به ساختار ریز شبه یوتکتیکی نقطه ای می شود. ساز و کار تشکیل چنین ساختار مرکب یوتکتیکی موضوعی است که در مقاله به آن پرداخته می شود.
کلید واژگان: مواد هدفمند، آلیاژ هیپویوتکتیک Al، 11 Wt، %Mg2Si، ریخته گری گریز از مرکز، ریزساختار درجه بندی شدهCentrifugal casting as a high capable technique has been frequently used for production of high performance castings. In two decades its capabilities has been progressed towards the production of cast components with functionally graded microstructures. A controlled attribution of the centrifugal force in this technique can cause a desirable grading of the microstructures hence properties in different sections of the castings. In this research, functionally graded Al-wt.%MgSi hypoeutectic alloy with graded distribution of α-Al phase was cast as a cylindrical specimen using the centrifugal casting. During the solidification, the initially formed α-Al grains due to the higher density in compared with the remained melt, were segregated in the centrifugal force direction. The microstructural observations reveal two distinguished layers in radial direction of the cast cylinder: the outer layer with a higher volume fraction of α-Al grains and the inner one with the eutectic structure. To modify the cast structure hence mechanical properties, the cast sample was subjected under solution and ageing heat treatments. The microstructural observations of the heat treated sample shows no noticeable change in the cast graded microstructure; however the eutectic structure was distorted from laminar to a fine dot-like structure. This minor microstructural evolution is accompanied with an increase in hardness of different sections of the sample.
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.