بررسی خواص سایشی کامپوزیت زمینه آلومینیوم 319 مقاوم شده با ترکیبات بین فلزی آهن تولید شده به روش درجا از طریق ریخته گری هم زدنی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مواد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این پژوهش رفتار سایشی کامپوزیت های اصلاح شده به روش هم زدن مکانیکی در مقایسه با نمونه های اصلاح نشده آلومینیوم A319 مقاوم شده با ترکیبات بین فلزی آهن تحت سه نیروی 6، 20 و 40 نیوتن به روش پین بر دیسک مطالعه شده است. تاثیر مقدار ترکیبات بین فلزی آهن و بار اعمالی بر رفتار سایشی کامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفته است. شکل ترکیبات غنی از آهن β، تحت اصلاح مکانیکی هم زدن از تیغه ای شکل به دیسکی شکل تغییر یافت. نتیجه مهم حاصل شده بهبود چشمگیر مقاومت سایشی نمونه های اصلاح شده نسبت به نمونه های اصلاح نشده است. همچنین نتیجه شد که مقاومت سایشی نمونه های اصلاح شده با افزایش آهن از 1/5 درصد وزنی به 2/5 درصد وزنی افزایش و با افزایش نیروکاهش یافت. نتایج حاکی از آن است که اعمال همزدن مکانیکی سبب بهبود رفتار سایشی کامپوزیت های تولید شده می شود که در نیروی 6 و 20 نیوتن بهترین خواص سایشی مربوط به نمونه همزده شده با 1/5% وزنی آهن است و در نیروی 40 نیوتن بهترین خواص سایشی مربوط به نمونه همزده شده با 2/5ی حاصل از سایش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. بر اساس شواهد موجود مکانیزم احتمالی از نوع مکانیزم چسبان به همراه شکل گیری لایه تریبولوژی (MML) بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An investigation on wear behavior of Al 319 based composite reinforced with iron based intermetallic particles produced via stir casting

نویسنده [English]

  • davood azadrooy 1
1 material science, school of material science, Iran university of science and technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The effect of stir casting process on the modification of the Fe-containing intermetallics formed in a cast in-situ composite based on Al-319 matrix alloy was studied in the present work.
Microstructural observations using optical and scanning electron microscopes showed that the undesirable needle-like shape of the Fe-containing intermetallics (β) and also the coarse star-like α phase were modified into the disc and spheroid shape particles with much less length to width ratio. The effect of parameters such as stirring temperature, cooling rate and Fe contents on the shape, size and distribution of intermetallic particles and eutectic Si blades were also studied. Results showed that the best condition to improve the above-mentioned microstructural features can be achieved at a stirring speed of 1200 rpm for 5 minutes at the vicinity of β needles nucleation temperature followed by casting into a metallic mold. Based on the results obtained from the current work, it can be concluded that the harmful morphology of the β needles can be properly modified by applying a shearing force during stirring the molten alloy in the semi-solid state.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Al 319
  • Stir casting
  • wear behavior
  • adhesive wear
[1]     Warmuzek M. Aluminum-Silicon Casting Alloys: an Atlas of Microfractographs. ASM International, 2004. P. 7-16.

[2]     Zhang L, Gao J, Damoah W, Robertson D.G. Removal of Iron From Aluminum: A Review.Min. Proc.& Ext Met. Review.2012. vol. 33, no. 2, pp. 99–157.

[3]     Davis J.R.Aluminum and Aluminum Alloys. ASM International (1993)

[4]     Hatch J. E.  Aluminum: Properties and Physical Metallurgy. ASM International, (1984).

[5]     Moustafa M.A.  Effect of Iron Content on the Formation of Β-Al5FeSi and Porosity in Al–Si Eutectic Alloys.J. Mat Proc Technol. 2009. vol. 209, no. 1, pp. 605–610.

[6]     Hari Babu N, Tzamtzis S, Barekar N, Patel J. B, Fan Z. Fabrication of Metal Matrix Composites under Intensive Shearing. Sol St. Phe. JUL 2008. vol. 141–143, pp. 373–378.

[7]     Dinnis C. M, Taylor J.A, Dahle A. K. As-Cast Morphology of Iron-Intermetallics in Al–Si Foundry Alloys. Scr Mat. 2005. vol. 53, no. 8, pp. 955–958.

[8]     Narayanan L. A, Samuel F. H, Gruzleski J. E. Crystallization Behavior of Iron-Containing Intermetallic Compounds in 319 Aluminum Alloy. Met and Mat Trans A. 1994, vol. 25, no. 8, pp. 1761–1773.

[9]     Fan Z, Liu G, Hitchcock M. Solidification Behaviour Under Intensive Forced Convection. Mat Sci& Eng A, 2005, vol. 413–414, pp. 229–235.

[10] Fang X, Shao G, Liu Y. Q, Fan Z. Effects of Intensive Forced Melt Convection on the Mechanical Properties of Fe Containing Al–Si Based Alloys. Mat Sci& Eng A, 2007,  vol. 445–446, pp. 65–72.

[11] Torabian H, Patak J. P, Tiwari S. N. Effect of hardness on wear rates of AI-Si alloys.  J. Mater. Sci. Lett., 1995, vol. 14, no. 23, pp. 1631–1632.

[12] Deuis R. L, Subramanian C, Yellup J. M. Dry sliding wear of aluminium composites—A review. Compos. Sci. Technol., 1997, vol. 57, no. 4, pp. 415–435, Jan.

[13] Dwivedi D. K. Wear behaviour of cast hypereutectic aluminium silicon alloys. Mater. Des., 2006, vol. 27, no. 7, pp. 610–616, Jan.

[14] Prasad B. K, Venkateswarlu K, Modi O. P, Yegneswaran A. H. Influence of the size and morphology of silicon particles on the physical, mechanical and tribological properties of some aluminium-silicon alloys. J. Mater. Sci. Lett., 1996, vol. 15, no. 20, pp. 1773–1776.

[15] Prasad B. K, Venkateswarlu K, Modi O. P, Jha A. K, Das S, Dasgupta R, Yegneswaran A. H. Sliding wear behavior of some Al-Si alloys: Role of shape and size of Si particles and test conditions. Metall. Mater. Trans. 1998,  A, vol. 29, no. 11, pp. 2747–2752, Nov.

[16] Torabian H, Pathak J. P, Tiwari S. N. Wear characteristics of Al-Si alloys. Wear, 1994, vol. 172, no. 1, pp. 49–58, Feb.

[17] Das V. V, Mohanty C. P. Tribological studies on Aluminium alloys. National Institute of Technology Rourkela.10-May-2011.

[18] Akarca S.S, Altenhof W. J, Alpas A. T. Subsurface deformation and damage accumulation in aluminum–silicon alloys subjected to sliding contact. Tribol. Int., 2007, vol. 40, no. 5, pp. 735–747.

[19] Elmadagli M, Alpas A. T. Progression of wear in the mild wear regime of an Al-18.5% Si (A390) alloy. Wear, 2006,  vol. 261, no. 3–4, pp. 367–381, Aug.

[20] Hutchings. Tribology: friction and wear of engineering materials. Butterworth-Heinemann Ltd, 01-Jan-1992, no. 2, p: 10-40.

[21] Kuo S. M,. Rigney D. A. Sliding behavior of aluminum. Mater. Sci. Eng. A, Oct. 1992,  vol. 157, no. 2, pp. 131–143.

[22] Lasa L, Rodriguez J. Effect of composition and processing route on the wear behaviour of Al–Si alloys. Scr. Mater. 2002, vol. 46, no. 6, pp. 477–481.

[23] Li X, Tandon K. Mechanical mixing induced by sliding wear of an Al–Si alloy against M2 steel. Wear, 1999, vol. 225–229, pp. 640–648.

[24] Venkataraman B, Sundararajan G. Correlation between the characteristics of the mechanically mixed layer and wear behaviour of aluminium Al-7075 alloy and Al-MMCs. Wear, Oct. 2000, vol. 245, no. 1–2, pp. 22–38.

[25] Jasim M, Dwarakadasa E. S. SEM studies of wear debris in Al-Si alloys. J. Mater. Sci. Lett., Nov. 1989, vol. 8, no. 11, pp. 1285–1287.