بررسی اثر کسر وزنی ذرات تقویت کننده بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیتAl6061-Al2O3 تولید شده به روش ریخته گری ترکیبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

در دهه های اخیر کامپوزیت­های زمینه آلومینیومی به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی قابل توجه، در صنایع نظامی، اتومبیل سازی و هوافضا کاربردگسترده­ای پیدا نموده­اند. در این پژوهش به منظور افزایش میزان ترشوندگی و توزیع یکنواخت نانو ذرات آلومینا در داخل مذاب آلیاژ 6061، ذرات آلومینا به صورت پودرهای کامپوزیتی Al-Al2O3 حاصل از آسیاب­کاری پودرهای Al و Al2O3 به مذاب اضافه شد و مخلوط حاصل توسط همزن مکانیکی هم زده شد. به منظور بررسی تأثیرکسر وزنی ذرات تقویت­کننده بر خواص مکانیکی کامپوزیت، نانوذرات Al2O3 در چهار درصد وزنی 3/0، 5/0، 7/0 و 9/0 به مذاب آلیاژ اضافه گردید. نتایج حاصل نشان می­دهند که با افزایش درصد وزنی ذرات آلومینا درصد تخلخل افزایش می­یابد. سختی، استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی کامپوزیت­ها با افزایش ذرات آلومینا تا 5/0 درصد وزنی افزایش می­یابد. بهبود خواص مکانیکی را می­توان به دو عامل ریزدانگی و توزیع یکنواخت ذرات در زمینه نسبت داد. با افزایش نانو ذرات آلومینا بیش از حد بهینه (5/0 درصد وزنی)، میزان تخلخل و کلوخه­ای شدن ذرات در زمینه افزایش می­یابد که بطور مؤثری انعطاف­پذیری و استحکام کامپوزیت را کاهش می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]       Miracle D and Donaldson. S., ASM Handbook Composites, vol. 21, 2001.
[2]       Sajjadi S., Ezatpour H and Beygi H., Microstructure and Mechanical Properties of Al–Al2O3  Micro and Nano Composites Fabricated by Stir Casting. Materials Science and Engineering,vol. 528, pp. 8765–8771, 2011.
[3]       Kalifa W., Samuel F and Gruzleski J., Iron Intermetallic Phases in the Al Corner of the Al-Si-Fe System. Metallurgical and Materials Transactions A,vol.34, pp. 807, 2003.
[4]       Taylor J., The Effect of Iron in AlSi Casting Alloys. Conference Paper: Cooperative Research Centre for Cast Metals Manufacturing, 2004.
[5]       Peng J., Tang X., He J and Xu D., Effect of Heat treatment on Microstructure and Tensile Properties of A356  Alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,vol. 21, pp. 1950-1956, 2011.
[6]       Zhao Y., Zhang S., Chen G., Cheng X and Wang C., In Situ (Al2O3+Al3Zr) Np/Al Nanocomposites Synthesized by Magneto- Chemical Melt reaction. Composites Science and Technology, vol. 68, pp. 1463–1470, 2008.
[7]       Rabindra B and Sutradhar G., Solidification Characteristics and Forgeability of Aluminium Alloy Metal Matrix Composites. Metallurgy Materials Engineering, vol. 65, pp. 355–363, 2012.
[8]       Sajjadi S and Zebarjad S., Influence of Nano-Size Al2O3 Weight Percent on the Microstructure and Mechanical Properties of Al-Matrix Nanocomposite. Powder Metallurgy,vol. 8, pp. 71-78, 2010.
[9]       Hassan S and Gupta M., Effect of Particulate Size of Al2O3 Reinforcement on Microstructure and Mechanical Behavior of Solidification Processed Elemental Mg. Journal of Alloys and Compounds,vol. 419, pp. 84-90, 2006.
[10]   Sajjadi S., Ezatpour H and Parizi M., " Comparison of Microstructure and Mechanical Properties of A356 Aluminum Alloy/Al2O3 Composites Fabricated by Stir and Compo-casting Processes", Materials and Design, vol. 34, pp. 106-111, 2012.
[11]   Habibnejad M., Mahmudi R and Poole W., Enhanced Properties of Mg Based Nano-Composites Reinforced with Al2O3 Nano-Particles. Materials Science and Engineering, vol. 519, pp. 198-203, 2009.
[12]   Arsenault R and Shi N., Dislocation Generation Due to Differences Between the Coefficient of Thermal Expansion. Material science and Engineering,vol. 81, p. 175, 1986.
[13]   Zhang Z and Chen D., Contribution of Orowan Strengthening Effect in Particulate-Reinforced Metal Matrix Nanocomposites. Materials Science and Engineering,vol. 483, pp. 148-152, 2008.
[14]    قربانیان جواد و سراجیان حسین.، آلومینیوم و آلیاژهای آن. حسین سراجیان، تهران، 1387.
[15]   Mummery P and Derby B., The Influence of Microstructure on the Fracture Behaviour of Particulate Metal Matrix Composites. Materials Science and Engineering,vol. 135, pp. 221-224, 1991.
[16]    نصیریان ن. و رنجبر خ.، بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری کامپوزیت Al/Brass ساخته شده به روش اتصال نوردی تجمعی. مجله مواد نوین، ش. 1، ص 45-54، 1391.
[17]   عبدالهی ع. و علیزاده ع.، تولید نانوکامپوزیت دو جزیی فوق مستحکم زمینه آلومینیومی به روش آلیاژسازی مکانیکی و اکستروژن داغ و بررسی خواص مکانیکی آن. مجله مواد نوین، ش. 1، ص 83-98، 1392.
[18]   Samuel A., Gotmare A and Samuel F., Effect of Solidification Rate and Metal Feedability on Porosity and SiC/Al2O3 Particle Distribution in an Al-Si-Mg (359) Alloy. Composites Science & Technology, vol. 53, pp. 301-315, 1995.
[19]   Vogt R., Zhang Z., Topping T., Lavernia E and Schoenung J., Cryomilled Aluminum Alloy and Boron Carbide Nano-Composite Plate. Journal of Materials Processing Technology, vol. 209, pp. 5046–5053, 2009.
[20]   Mckimpson M and Scott T., Processing and Properties of Metal–Matrix Composites Containing Discontinuous Reinforcement. Materials Science and Engineering: A, vol. 107, pp. 93-106, 1989.
[21]   Harrigan J., Gaebler G, Davis E and Levin E., Mechanical Behaviour of Metal–Matrix Composites. Metallurgical Society, vol. 12, p. 169, 1983.
[22]    سجادی عبدالکریم.، رفتار مکانیکی مواد. دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، 1388.
[23]   Moon K., Park H and Lee K., Consolidation of Nanocrystalline  Al-5 at% Ti Alloy Powder by Ultra High-Pressure Hot Pressing. Materials Science and Engineering, vol. 323, pp. 293-300, 2002.
[24]   Chennakesava A and Ztioun E., Tensile Properties and Fracture Behavior of 6061/Al2O3 Metal Matrix Composites Fabricated by Low Pressure Die Casting Process. International Journal of Materials Science, vol. 6, pp. 147–157, 2011.
[25]   Arsenault R., Relationship Between Strengthening Mechanisms and Fracture Toughness of Discontinuous SiC/Al Composites.Journal of Composites Technology and Research, vol. 10, pp. 140-145, 1988.
[26]   دهقان ه. ع و شاهمیری م.، تأثیر روش ساخت و نحوه افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم به مذاب بر روی ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ریختگی .A356-1 wt.% SiC مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، ش.1، ص 17-29، 1392.
[27]   Ashby M., The Deformation of Plastically Non-Homogeneous Materials. Philosophical Magazine, vol. 20, pp. 399, 1970.