تحقیق در مورد ساختار و خواص ریخته گری فشاری رئولوژیکی آلیاژ با استحکام بالا Al-11zn-1.84mg-0.92cu-0.15zr-0.15sc

از آنجایی که ساخت قطعات سازه‌ای در زمینه‌های هوافضا، ترانزیت ریلی، خودروسازی و صنایع دفاعی و نظامی کشور در راستای یکپارچگی و توسعه در مقیاس بزرگ توسعه می‌یابد، تقاضا برای قطعات ساختاری سبک وزن در مقیاس بزرگ روز به روز افزایش می‌یابد و روند استفاده از آلیاژهای آلومینیوم با کارایی بالا برای جایگزینی مواد فولادی وجود دارد. . آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu دارای ویژگی های استحکام بالا و چقرمگی بالا است و یکی از مواد ترجیح داده شده برای سبک وزن است. با این حال، این نوع آلیاژ آلومینیوم بسیار آلیاژی معمولاً یک آلیاژ آلومینیوم تغییر شکل یافته با عملکرد ضعیف ریخته‌گری، محدوده دمای انجماد زیاد و جمع شدگی است. به دلیل مشکلات جدی مانند جداسازی و ترک داغ نمی توان مستقیماً ریخته گری و تشکیل داد. عملکرد باید از طریق فرآیندهای متعدد مانند ریخته‌گری، تغییر شکل پلاستیک و ماشین‌کاری قبل از استفاده بهبود یابد. هزینه پردازش بالا است که کاربرد وسیع آلیاژ را تا حد زیادی محدود می کند.

فناوری ریخته‌گری رئولوژیکی نیمه جامد فرآیند دوغاب نیمه جامد را با فرآیند ریخته‌گری سنتی ترکیب می‌کند و دارای مزایای فنی زیادی مانند بهبود ظرفیت پر کردن دوغاب نیمه جامد، ساختار ظریف و یکنواخت ریختگی پس از شکل‌گیری، بهبود قابل توجه در جداسازی و انجماد ریخته‌گری است. درجه انقباض کوچک است، تمایل به ترک حرارتی کوچک است، و خواص مکانیکی به طور قابل توجهی بهبود یافته است. با این حال، آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu که در حال حاضر بر روی شکل دهی رئولوژیکی مورد مطالعه قرار گرفته است، یک آلیاژ آلومینیوم تغییر شکل یافته سری 7xxx است. اگرچه فرآیند ریخته‌گری رئولوژیکی نیمه جامد می‌تواند مقاومت در برابر ترک حرارتی آلیاژ را تا حدی بهبود بخشد، برآوردن الزامات مورد نیاز برای شکل‌دهی در مقیاس بزرگ برای ریخته‌گری‌های پیچیده دشوار است.

بر اساس تحقیقات قبلی، تیم تحقیقاتی مهندس ارشد کامپوزیت یویان، ژانگ ژیفنگ، آلیاژ Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc را به عنوان هدف تحقیق انتخاب کرد و از ریخته گری اکستروژن رئولوژیکی برای مطالعه ترک خوردگی داغ آلیاژ استفاده کرد. خواص حساس و ساختار و خواص مکانیکی ریخته‌گری‌های فشاری رئولوژیکی برای تهیه ریخته‌گری‌های مداری با عملکرد بالا با خواص مکانیکی نزدیک یا فراتر از الزامات آلیاژهای تغییر شکل مشابه، به‌منظور ارائه فناوری برای کاربرد مهندسی آلیاژهای آلومینیومی فوق‌العاده با استحکام ریخته‌گری فشاری رئولوژیکی استفاده می‌شود. رجوع شود.

ژانگ ژیفنگ مهندس ارشد و سرپرست دکترا در موسسه تحقیقات فلزات غیر آهنی پکن است. او در سال 2001 دکترای خود را در زمینه پردازش مواد از دانشگاه صنعتی دالیان دریافت کرد. او مدتهاست که به تحقیق در مورد فناوری انجماد کنترل شده پیشرفته و شکل دهی دقیق نیمه جامد آلیاژهای آلومینیوم و مواد مرکب آنها برای بیش از 20 سال متعهد بوده است. او ویژگی های پژوهشی متمایزی را در کنترل الکترومغناطیسی پالایش و یکنواختی ساختار انجماد شکل داده است. او بیش از 200 مقاله دانشگاهی منتشر کرده است و مورد تایید دولت قرار گرفته است. دارای بیش از 50 پتنت و 5 جایزه علمی و فناوری در سطح استانی و وزارتی است. او همچنین به عنوان عضو هیئت تحریریه مجله ویژه ریخته گری و آلیاژهای غیر آهنی فعالیت می کند.

[محتوای تصویری و متنی]

با استفاده از آلیاژ آلومینیوم خود پیکربندی، مواد اولیه شامل شمش آلومینیوم با خلوص بالا (99.99٪، کسر جرمی، همان زیر)، شمش منیزیم با خلوص بالا (99.95٪)، شمش روی با خلوص بالا (99.92٪)، Al-50Cu، Al-10Scoy با استفاده از ترکیب اصلی Al-10Sc شناسایی شده است. طیف سنج قرائت مستقیم جرقه الکتریکی FOUNDRY-MASTER Pro و محتوای Sc در آلیاژ از طریق روش تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی آلومینیوم تغییر شکل یافته و آلیاژهای آلومینیوم در GB/T17432-1998 اندازه گیری شد. ترکیب شیمیایی واقعی آلیاژ در جدول 1 نشان داده شده است. آلیاژ با استفاده از کوره گرمایش مقاومتی ذوب می شود. بوته ذوب از گرافیت با خلوص بالا ساخته شده است. دمای ذوب در 760 درجه سانتیگراد کنترل می شود. مذاب آلیاژ با گاز آرگون در حال چرخش گاز زدایی شده و سرباره حذف می شود. دمای مذاب در حدود 720 درجه سانتیگراد کنترل می شود و به حال خود رها می شود. .

جدول 1 ترکیب شیمیایی واقعی آلیاژ آزمایشی (%)

شکل 1 تصویر واقعی دستگاه ریخته گری فشاری رئولوژیکی و قطعات مسیر

1. کلکتور دما 2.K نوع ترموکوپل 3. مذاب 4. بوته 5. کویل همزن

شکل 2 نمودار مکان نمونه برداری برای مشاهده ساختار اجزای مسیر و آزمایش خواص مکانیکی

شکل 3 میله های تست ترک خوردگی داغ آلیاژ آزمایشی و آلیاژ 7075 و نتایج محاسبات مربوط به شاخص حساسیت به ترک داغ

هیچ ترک داغ آشکاری در دو میله کوتاه تر ترک خورده داغ آلیاژ آزمایش مشاهده نشد. ترک خوردگی فقط در نزدیکی دهانه‌های اسپرو و ​​توپ‌های مهار دو میله بلندتر با ترک داغ رخ می‌دهد. اکثر ترک ها ترک های خفیف بودند و هیچ شکستگی کاملی پیدا نشد. . در شکل 3b، ترک‌های جدی در دهانه اسپرو طولانی‌ترین میله ترک داغ نمونه آلیاژی 7075، و ترک‌های خفیف در دهانه اسپرو و ​​توپ مهار دومین طولانی‌ترین میله ترک داغ ظاهر شد. بنابراین، مقاومت در برابر ترک حرارتی آلیاژ تست حساسیت بهتر از آلیاژ 7075 است

شکل 4 ساختار OM نمونه ها در موقعیت های مختلف قطعات مسیر ریختگی اکستروژن قبل و بعد از هم زدن الکترومغناطیسی

شکل 5 اندازه دانه قطعات مسیر ریخته گری اکستروژن قبل و بعد از عملیات همزن الکترومغناطیسی

شکل 6 تصاویر SEM از ساختار قطعات مسیر ریختگی اکستروژن در موقعیت های مختلف قبل و بعد از عملیات همزن الکترومغناطیسی

شکل 7 تجزیه و تحلیل EDS فاز حل نشده آلیاژ T6 پس از عملیات حرارتی در شکل 6a

شکل 8 خواص مکانیکی قطعات مسیر ریختگی اکستروژن قبل و بعد از عملیات همزن الکترومغناطیسی

【نتیجه گیری تجزیه و تحلیل】

(1) آلیاژ Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc مقاومت خوبی در برابر حساسیت ترک حرارتی دارد. پس از عملیات مذاب همزن الکترومغناطیسی، دانه‌های قطعات ریل ریخته‌گری اکستروژن ریز و یکنواخت هستند و مرزهای دانه‌ها عبارتند از.

(2) پس از عملیات حرارتی T6، فاز یوتکتیک نقطه ذوب پایین تقریباً به طور کامل در ماتریس حل می شود و خواص مکانیکی ریخته گری به طور قابل توجهی بهبود می یابد. استحکام کششی متوسط ​​به 565 مگاپاسکال می رسد، ازدیاد طول 7.5٪ است و خواص مکانیکی ثابت و پایدار است. رابطه جنسی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

[استناد ادبیات]

زو یونگتائو، ژائو پوروی، بای یولونگ، و همکاران. تحقیق در مورد ساختار ریخته گری فشاری رئولوژیکی و خواص آلیاژ Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc با استحکام بالا [J]. ریخته گری ویژه و آلیاژهای غیر آهنی، 2023، 43 (6): 763-767.

XU YT,ZHAO PR,BAI YL, et al. ریزساختار و خواص مکانیکی ریخته‌گری با فشار با استحکام بالا Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc آلیاژ[J]. ریخته‌گری ویژه و آلیاژهای غیر آهنی:6.7-26،37.