Founding Research Journal IRANIAN FOUNDRYMEN S SOCIETY Evaluation of the Microstructure and Wear Properties of A356/Al 2 O 3 Nanocomposite Produced by Stir Casting Method Elnaz Hamidi 1, Hassan Saghafian 2 * 1. M.Sc. Student, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology. 2. Associate Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology. Received 22 November 2017 Accepted 28 December 2017 Keywords: Nanocomposite, Wear, Aluminum, Alumina, Stir casting. Abstract: The effect of alumina nanoparticles contents with the average size of 40 nm on the microstructure and wear behavior of A356/Al 2 O 3 nanocomposite produced through stir casting was studied. The alumina nanoparticles with the amounts of 1, 1.5 and 2 weight percent, were incorporated into the molten matrix alloy being mechanically stirred, along with blowing an inert gas. To improve the nanoparticles wettability, 1wt% Mg was added to the molten matrix alloy. The microstructure of the nanocomposite was studied by using optical and scanning electron microscopes. The microstructural observations showed that the alumina nanoparticles have been evenly distributed within the matrix. The percent of porosity measured by the Archimedes method is increased with increasing the nanoparticles weight percent from 1.3% to 3.2 %. It was shown that, the increased percent of porosity can be attributed to the increase in the particles agglomeration with increasing particles weight percent. To study the wear behavior of the materials, nanocomposite containing 1wt% alumina, having the lowest porosity percent and even distribution of nanoparticles, was selected. The wear test showed that the addition of nanoparticles to the matrix alloy gave rise to enhance its wear resistance. Study of the worn surfaces and sub surfaces showed that the dominant wear mechanism for the materials used in the current work is probably an adhesive wear followed by the formation of a mechanically mixed layer (MML). However, this mechanism occurred with the less wear rate for the nanocomposite as a result of the presence of reinforcing particles. Journal homepage: www.foundingjournal.ir Please cite this article using: Hamidi E., Saghafian H., Evaluation of the Microstructure and Wear Properties of A356/Al 2 O 3 Nanocomposite Produced by Stir Casting Method, in Persian, Founding Research Journal, 2017, 1(1) 59-68. DOI: 10.22034/frj.2017.54490 * Corresponding Author: Hassan Saghafian, Associate Professor Address: School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, P.O. Box 16846-13114, Narmak, Tehran, Iran. Tel/Fax: +98 21 77240371. E-mail: Saghafian@iust.ac.ir
ی ا پصي صوام ریخت گری تاتستان 1396 جلذ 1 ضمار 1 صفحات 68-59 60 فصلوام علمی پصي طی پژوهشنامه ریختهگری اوجمه علمی ریخت گری ایران * 2 1 ائلىاز حمیذی حسه ثقفیان بررسی ریسساختار و خواص سایشی نانوکامپوزیت A356/Al 2 O 3 تولیذ شذه به روش ریختهگری همزدنی 1- دا د ی واسؿ اػی اسؿذ ؿ اػایی دا ىذ ه ذػی ه اد دا گا ػلن ك ؼت ایشاى ت شاى e.hamidi71@gmail.com 2- دا یاس دا ىذ ه ذػی ه اد دا گا ػلن ك ؼت ایشاى ت شاى Saghafian@iust.ac.ir ) یؼ ذ هىاتث و ذ ( دسیافت: 1396/09/01 پزیشؽ: 1396/10/07 ياش ای کلیذی: ا واهپ صیت ػایؾ آل هی ین آل هی ا سیخت گشی نص ی چکیذ : تأثیش ا رسات آل هی ا تا ا ذاص هت ػظ 40 ا هتش تش سیضػاختاس سفتاس ػایی ا واهپ صیت تا صهی ی آلیاط A356 آل هی ین ت ی ؿذ ت س ؽ سیخت گشی ن صد ی ه سد تشسػی لشاس گشفت. ا رسات آل هی ا تا همادیش 2 1/5 1 دسكذ ص ی ت وشا گاص خ ثی ت داخل هزاب آلیاط صهی و ت ع س هىا یىی ن صد هیؿذ اضاف گشدیذ. تشای ت ث د تشؿ ذگی ا رسات ه یضین خالق ت همذاس یه دسكذ ص ی ت هزاب افض د ؿذ. سیضػاختاس ا واهپ صیت ت ی ؿذ ت ػظ هیىش ػى ج ای سی الىتش ی س تی ه سد تشسػی لشاس گشفت. تشسػی ای سیضػاختاسی اى داد و ا رسات اص ت صیغ ؼثتا یى اختی تشخ سداس ذ. ا ذاص گیشی دسكذ تخلخل و ا واهپ صیتی تا اػتفاد اص س ؽ اسؿویذع اى داد و تا افضایؾ دسكذ ص ی ا رسات دسكذ تخلخل یض اص 1/3 ت 3/2 دسكذ افضایؾ پیذا وشد. اى داد ؿذ و تا افضایؾ دسكذ ص ی ا رسات همذاس تخلخل افضایؾ یافت. ت ه ظ س تشسػی سفتاس ػایی و ی حا ی 1 دسكذ ص ی ا رسات آل هی ا و داسای ووتشیي هیضاى تخلخل یى اخت تشیي ت صیغ ا رسات ت د ا تخاب ؿذ. تش اػاع تایح آصه ى ػایؾ ا واهپ صیت ه سد آصهایؾ اص هما هت ػایی تاالتشی دس همایؼ تا آلیاط صهی تشخ سداس ت د اػت. هغالؼ ػغ ح تحت ػایؾ احی صیش آى اى داد و هىا یضم غالة دس ایي فشآی ذ ػایؾ ػ ؾای چؼثاى ت وشا تىیل الی ی هختلظ هىا یىی اػت و دس ه سد و ی ا واهپ صیتی ت دلیل هما مػاصی اؿی اص حض س ا رسات ایي هىا یضم تا شخ ووتشی ك ست گشفت اػت. 1- مقذم واهپ صیت ای صهی فلضی گؼتشد ه سد هغالؼ لشاس گشفت ا ذ دس د د گزؿت ت ك ست ك ایغ افضا دس ظاهی خ دس تؼیاس حائض ا ویت ؼت ذ. ایي واهپ صیت ا ؿاهل یه صهی فلضی تا تم یتو ذ ی هؼو ال ػشاهیىی ؼت ذ ]1[. اخیشا واهپ صیت ای صهی آل هی یوی ه سد ت خ لشاس گشفت ا ذ. واهپ صیت ا سا هیت اى اكلی دالیل ت یظگی ایی تؼیاس اػتفاد اص ایي وچ ى خ اف فیضیىی هىا یىی ػالی ها ذ چگالی ون خ اف حشاستی ػالی الىتشیىی ؼثت داد ]2[. واهپ صیت ای اػتحىام تاال هما هت ت ػایؾ صهی آل هی یوی خ ب ه اد پیشفت ای ؼت ذ و تا تشویة وشدى د یا چ ذ هاد و خ اف هدضایی داس ذ ػاخت هیؿ ذ. ا واهپ صیت ای صهی آل هی یوی صیش گش ی اص ایي ه اد پیشفت ؼت ذ و دس آى ا خضء تم یتو ذ داسای اتؼادی ووتش اص 100 ا هتش اػت. ػاختاس خ اف ایي ا واهپ صیت ت ػظ ع ا ذاص تم یتو ذ ها یت اتلال س ؽ ػاخت همذاس ح ی ت صیغ خضء تم یتو ذ دس صهی فلضی و تشل هیؿ د. تم یتو ذ ای ا رس ای دس صهی ای اص آلیاط ای آل هی ین یىی اص ػ اهل ولیذی دس ت لیذ ه اد پیشفت ت ث د خ اف هىا یىی ؼت ذ ]3[. ت ع س هؼو ل رسات هیىش ی تشای ت ث د اػتحىام وی اػتحىام تؼلین اػتفاد هیؿ د. تا ایي حال ؿىلپزیشی واهپ صیت ای صهی فلضی تا افض دى تیتش رسات ػشاهیىی
61 حمیذی ي ثقفیان / تررسی ریسساختار ي خ اظ سایطی واو کامپ زیت... A356/Al 2O 3 ت ع س لاتل ت خ ی اػت و تشای تم یت وا ؾ هییاتذ. هؼو ال توایل صهی اػتفاد ؿ د و دس ایي فلضی اػتحىام دها تاال ت دػت هیآیذ ]4[. تش ایي اص ا رسات ػشاهیىی حالت ا ؼغافپزیشی خ ب واهپ صیت ای صهی فلضی سا هیت اى اص عشیك فشآی ذ ای هختلف حالت خاهذ هایغ س ؽ ای سیخت گشی ػاد تشیي یا ػاخت هختلف تشای نصد ی س ؽ ا یىی تشای گاص ت لیذ ایي وشد. دس هیاى واهپ صیت ا اص همش ى ت كشف تشیي ػاخت واهپ صیت ای س ؽ صهی آل هی یوی اػت ]2[. تا ایي حال لاتلیتتش ؿذى اهىاى ت صیغ یى اخت رسات هما م ػاص ت یظ دس همیاع ا هتشی ت ػلت خ د هذ ل ػغحی تؼیاس تاالی رسات دس ایي تید توایل ؿذیذ آى ا ت آگل هش ؿذى ه نتشیي چالؾ دس ت لیذ ا واهپ صیت ای فلضی صهی ت س ؽ سیخت گشی اػت. فشآی ذ ر ب چ ذ هىل ػوذ داسد و هىل آى ا ه نتشیي هزاب اػت. وچ یي تشؿ ذگی تفا ت هیاى رسات ػشاهیىی چگالی ت ػظ رسات آلیاط صهی توایل ت خذاػاصی رسات ت ك ست ت یي یا ؿ ا س ؿذى آى ا سا تذیذ هیو ذ و ایي اهش ن ه خة ػذم ت صیغ یى اخت رسات هیؿ د ]5[. آلیاط ای آل هی ین ػیلیؼین ت یظ آلیاط دلیل A356 ت داؿتي خ اف تشتش اص خول هما هت خ ب دس تشاتش خ سدگی ضشیة ا ثؼاط حشاستی پاییي لاتلیت سیخت گشی چگالی ػالی ون ؼثت اػتحىام ت صى تاال خ اف هىا یىی ت ث د یافت ت ع س گؼتشد ای دس ك ؼت اػتفاد هیؿ ذ ]6[. یىی اص ه اد ػشاهیىی هتذا ل و ت ػ اى خضء هما مػاص دس صهی ای آل هی یوی ه سد اػتفاد لشاس هیگیشد اوؼیذ آل هی ین ( 3 )Al 2 O اػت و ت دلیل اػتحىام خ ب ضشیة ا ثؼاط حشاستی داسا ت دى ػختی پاییي واستشد ای دسخ حشاست تاال اػتفاد هیؿ د ]6[. اص صهی ای یىی واستشدی آلیاط ای آل هی ین تشای تم یتؿذ تا یؼىش ای ػشاهیىی الیاف رسات واستشد ای ػایی اػت. تأثیش هتغیش ای هشت ط ت خضء هما مػاص وچ ى ع ػایی هما هت تش ا ذاص همذاس صیادی تشسػی ؿذ اػت و اص هیاى همذاس هما مػاص تأویذ تحمیمات تشاتش دس هما هت تش ایي ایي ه اد دس تحمیمات هتغیش ا ت تأثیش ػایؾ ؿذ اػت ]10-7[. تش اػاع تایح ا دام ؿذ دس صهی ی هغالؼ ی ه اد هزو س تذػت آهذ اص سفتاس ػایی واهپ صیت ای صهی آل هی یوی حاون ػ ؾای هىا یضم ػو ها اص ع ػایؾ چؼثاى اػت و ت د ثال آى ؿشایظ تىیل الی ای ػغحی ه ػ م ت الی ی هختلظ هىا یىی فشا ن هیؿ د. ایي الی دس تید ی هخل ط ؿذى اخضای تىیل د ذ ی آلیاط صهی هما مػاص تحت تاس ػشػت هخق هیؿ د تىیل تا اداه حشوت ػغ ح س ی یىذیگش هتشاون هیؿ د. ایي الی ػغحی دس تاس ای اسد ؿذ ی ون )ؿشایظ هما هت ػایی دس تحمیك تم یت نصد ی پیؾ ایي ػ ؾای ه اد ؿ د ]11[. هالین( هیت ا ذ ه خة ت ث د س ا واهپ صیتی تا صهی ای اص آلیاط ؿذ تا ا رسات آل هی ا ػاخت ؿذ اػت. سیضػاختاس ؿذ ت ػظ هیىش ػى ج ای سی اص عشیك A356 سیخت گشی ا واهپ صیت الىتش ی )SEM( تشسػی ؿذ یاد س تی ؿذ. ػال تش ایي سفتاس ػایی ه اد ت ی ت ػظ دػتگا پیي س ی دیؼه تش اػاع اػتا ذاسد ASTM-G99 2- م اد ي ريش تحقیق ه اد ا لی ی ؿوؾ اػت. A356 40nm وچ یي ه سد هغالؼ لشاس گشفت. صهی ی تشای ه سد یاص واهپ صیت ؿاهل ت د و تشویة آى دس خذ ل )1( آ سد ؿذ ا رسات آل هی ا ا ذاص رسات تا هیا گیي ت ػ اى تم یتو ذ اػتفاد ؿذ. تشای سیخت گشی و ای واهپ صیتی اص یه دػتگا هتىل اص یه و س ی هما هتی ػاخت داخل و س تا ظشفیت گشهایؾ 1200 ت ه ظ س پاس یی ػیؼتن آلیاط ر ب اص خ غ تیتا ین وفسیض تحت اتوؼفش آسگ ى تا ت ت ی اػتفاد ؿذ. عشح اس ی ؿذ دس ؿىل )1( آهذ اػت. تشای ا دام ػولیات ر ب 400 A356 گشم آل هی ایی یه و س ی اص ؿوؾ نصى هد ض ت اػتفاد آل هی ین دس ش هشحل دس ت ت ی آل هی ایی ؿاسط دها تا 670 C تاال تشد ؿذ. وچ یي ا رسات آل هی ا هت اػة تا دسكذ ای ص ی 2 1/5 1 ت صیي ؿذ ذ. ػپغ دس داخل و س تشای ا دام ػولیات پیؾگشم ت هذت 2h 450 ا دام ؿذ همذاس 1% دس دهای اسد ؿذ ذ. پغ اص ای ى ر ب ت ك ست واهل ت ه ظ س ت ث د تشؿ ذگی ص ی ت هزاب اضاف ؿذ. ت خالق ه یضین ػپغ رسات تم یتو ذ ت ػظ ػیؼتن تضسیك هتلل ت گاص آسگ ى تا 0/5 ت هزاب اضاف خل ف 98/5% تا شخ تضسیك gr/min ؿذ نصهاى تا اضاف وشدى رسات ػولیات نصدى ت
پصي صوام ریخت گری تاتستان 1396 جلذ 1 ضمار 1 صفحات 68-59 62 هذت صهاى 400s تا ػشػت 420rpm هزاب واهپ صیتی ت لیذ ؿذ دس حیي اػت ا ای اص خ غ ف الد ون وشتي ا دام گشفت. ػپغ نصدى ت لالة داخلی ت لغش ضخاهت 30mm استفاع 150mm تخلی ؿذ. Si Al پای جذيل 1- ترکیة ضیمیایی آلیاش A356 )درصذ يزوی( ك ست چگالی ظا شی و اص تمؼین صى و ت حدن الؼی ت دػت آهذ. چگالی آلیاط A356 چگالی آل هی ا 2/66 3/95 اػت. تشای تشسػی خ اف ػایی ا واهپ صیت ت لیذ ؿذ اص دػتگا پیي س ی دیؼه تشای ا دام آصهایؾ ػایؾ خه هغاتك اػتا ذاسد ASTM-G99 ا واهپ صیت ت لغش اػتفاد ؿذ. ت ایي ه ظ س پیي ایی اص استفاع 20mm 5mm ت ی ؿذ ذ. آصهایؾ ػایؾ تحت تاس ای 15N 10N 5N تا ػشػت ثاتت 0/21 m/s هؼافت 1000m دس دهای هحیظ ا دام ؿذ. وا ؾ صى و ا تا اػتفاد اص تشاص ی دیدیتال تا دلت 0/0001 گشم ا ذاص گیشی ؿذ. تشای هغالؼ ی ه اعك صیش ػغح ػاییذ ؿذ اص هیىش ػى ج سی هذل Huvitz HR3-TRF-P اػتفاد ؿذ. Zn 0/06 Ti 0/16 Ni 0/2 Mg 0/37 Cu 0/04 Fe 0/22 7/63 3- وتایج ي تحث ضکل 1- طرحيار ی ک ر ی استفاد ضذ در تحقیق حاضر 1-3- ت زیع واو ررات در زمیى ی A356 )2( ؿىل تل یش گشفت ؿذ اص عشیك هیىش ػى ج الىتش ی س تی گؼیل هیذا ی پ دس ا آل هی ای اػتفاد ؿذ تا ا ذاص هت ػظ 40nm سا اى هید ذ. وچ یي الگ ی پشاؽ اؿؼ ایىغ پ دس ا آل هی ا یض دس ؿىل )3( اى داد ؿذ اػت. ایي آصهایؾ كشفا خ ت ؿ اػایی پ دس دسیافتی ت د اػت. واىع س و دیذ هیؿ د پ دس آل هی ای اػتفاد ؿذ داسای ػاختواى وشیؼتالی گضاگ ال ه ولی یه اػت. تشای تشسػی سیضػاختاس و ا ػ ثاد ص ی پشداخت ایی ا دام ؿذ. ت صیغ ا رسات دس صهی ت ػظ الىتش ی س تی (SEM) هیىش ػى ج ه سف ل طی پ دس آل هی ا ت ػظ هیىش ػى ج الىتش ی س تی گؼیل هیذا ی (FESEM) ه سد تشسػی لشاس گشفت. وچ یي پ دس آل هی ای اػتفاد 1 ؿذ ت ػظ تفشق اؿؼ ایىغ آ الیض ؿذ. تشای هحاػث ی تخلخل و ا س ؽ اسؿویذع اػتفاد ؿذ. تشای هحاػث ی تخلخل و ا صى و ا دس حالت خه ا ذاص گیشی ؿذ. تشای ا ذاص گیشی حدن الؼی و ا اص یه ظشف هذسج حا ی 200ml آب اػتفاد ؿذ. ت ایي ك ست و ش و داخل ظشف ا ذاخت ؿذ تغییش حدن ایداد ؿذ وایاىگش حدن الؼی و ا ت د. ت ایي ضکل 2 - تص یر FESEM از پ در آل میىای استفاد ضذ 1 X-Ray Diffraction
63 حمیذی ي ثقفیان / تررسی ریسساختار ي خ اظ سایطی واو کامپ زیت... A356/Al 2O 3 ضکل 3- الگ ی پراش اضع ایکس پ در واو آل میىا ضکل 4- تصايیر SEM )ب( )الف( )ج( از واو کامپ زیت ا تا: )الف( %1 يزوی آل میىا )ب( 1/5% يزوی آل میىا )ج( %2 يزوی آل میىا تل یشتشداسی اص هماعغ ا واهپ صیت ای سیختگی ت ووه هیىش ػى ج الىتش ی س تی ا دام ؿذ. ؿىل )4( تلا یش ا واهپ صیت A356/Al 2 O 3 تا دسكذ ای ص ی 2 1/5 1 سا اى هید ذ. تا ت خ ت تلا یش هخق اػت و ا رسات آل هی ا تا ه فمیت اسد هزاب فلضی ؿذ ت صیغ ؿذ ا ذ. دس خل ف و ی تم یت ؿذ تا 1 دسكذ ص ی آل هی ا ت صیغ یى اختی اص ا رس ا تا آگل هش ای ووتش دس صهی ها ذ هیؿ د. ایي اهش اىد ذ ی تشؿ ذگی خ ب رسات دس صهی اػت. دس ه سد و ی تم یتؿذ تا 1/5 دسكذ ص ی آل هی ا ؼثت ت واهپ صیت تم یتؿذ تا 1 دسكذ ص ی آل هی ا رسات آگل هش ؿذ ی تیتشی دس صهی دیذ هیؿ د. دس واهپ صیت تم یتؿذ تا 2 دسكذ ص ی آل هی ا یض ؼثت ت و ای تا 1/5 دسكذ 1 ص ی آل هی ا رسات تیتش آگل هش ؿذ ا ذ. تا افضایؾ دسكذ هما مػاص تشؿ ذگی وا ؾ هییاتذ ]12[. هىل تشؿ ذگی رسات ػشاهیىی ت ػظ هزاب فلضی ت دلیل خل كیات ؿیویایی ػغح رس وؾ ػغحی اػت. خل كیات ؿیویایی ػغح رسات ؿاهل الی ای اوؼیذی یا آل دگی ا اػت و تایذ تشعشف ؿ ذ ]13[. ون ؿذى ا ذاص رسات اص هیىش هتش ت ا هتش هالحظ ای سا دس تشداسد. تایح لاتل رسات دس حالت ا هتشی داسای ا شطی ػغحی تاالیی ؼت ذ. ایي ت دلیل تضسي ت دى ؼثت ػغح ت حدن رسات اػت ]3[. دس تید دس همیاع ا رسات توایل تیتشی تشای آگل هش ؿذى خ ا ذ داؿت. دس س ؽ سیخت گشی گشداتی ػ اهلی هثل ػشػت نصدى ه لؼیت نصى دس هزاب واهپ صیتی صهاى نصدى هیت ا ذ ت صیغ رسات دس تخؾ ای هختلف یه واهپ صیت سا تحت تأثیش لشاس د ذ. پیؾگشم وشدى رسات و تشل پاساهتش ای فشآی ذ ها ذ ػشػت نصدى صهاى نصدى ه خة افضایؾ تشؿ ذگی رسات دس هزاب ؿذ ذ. ػال تش ایي ػشػت ا دواد اؿی اص لذست ػشدو ذگی لالة فلضی تاػث ت صیغ ه اػثی اص رسات دس ول صهی ؿذ اػت ]6.]13 12 )الف( )الف( )ب( )ب( واىگ و لثال ت آى اؿاس ؿذ تشای افضایؾ تشؿ ذگی رسات آل هی ا ت ػظ هزاب آل هی ین ه یضین ت هیضاى یه دسكذ ص ی ت هزاب اضاف ؿذ. دلیل هیاى ؿیویایی ایي هزاب ا رسات آل هی ا اهش ایداد توایل تىیل تشای
پصي صوام ریخت گری تاتستان 1396 جلذ 1 ضمار 1 صفحات 68-59 64 اػپی ل اػت و دس تید ی آى تشؿ ذگی ت ث د پیذا هیو ذ. حض س ایي فاص دس الگ ی پشاؽ اؿؼ ی ایىغ تذػت آهذ اص و ی ا واهپ صیتی ؿىل )5( ه د اػت. دلیل ػول نصدى تىیل تخلخل اخت اب اپزیش اػت. وچ یي ا رسات آل هی ا توایل ت آگل هش ؿذى داس ذ و ه خة ت دام افتادى ا تیي رسات هیؿ د. الثت تیتش ؿذى صهاى تضسیك ت دلیل افضایؾ دسكذ ص ی تؼذاد رسات ه خة س د ت دام افتادى دسكذ تیتشی اص گاص ا ؿذ اػت. -3-3 ضکل 5- الگ ی پراش اضع ی ایکس از وم و ی واو کامپ زیت ضکل 6- تغییرات تخلخل وم و ی واو کامپ زیت تا افسایص آل میىا 2-3 -تاثیر واو ررات تر تخلخل هغاتك ؿىل )6( هیضاى تخلخل و ا تا افضایؾ دسكذ ص ی ا رسات آل هی ا افضایؾ هییاتذ. تا ت خ ت ای ى ػغح رسات یىی اص هىاى ای ه اػة تشای خ ا ص ی حثاب گاصی دس هزاب اػت تا افضایؾ وؼش ص ی ا رسات ایي اهش یض تذیذ هیؿ د. ػال تش ایي ت دلیل افضایؾ توایل ا رسات ت آگل هش ؿذى تا افضایؾ وؼش ص ی آى دس تید وا ؾ تشؿ ذگی گیش افتادى حثغ ؿذى گاص دس هحل تدوغ ایي رسات ت یظ دس ع ل نصدى هزاب تذیذ هیؿ د. ت ع س ولی وؼش حدوی تخلخل ا ذاص ت صیغ آى دس یه واهپ صیت صهی فلضی مؾ ه وی دس و تشل خ اف هىا یىی آى ایفا هیو ذ ]14[. یىی اص هىالت اػاػی س ؽ سیخت گشی گشداتی دس اتوؼفش گاصی س د حثاب ای داخل آى ت ػظ ػول نصدى اػت گاصی اص ػغح هزاب ت تید ت ]12[. دس تررسی رفتار سایطی تا ت خ ت ای ى ا وگ ی ای ه خ د دس لغؼات سیختگی اص خول تخلخل ای گاصی ا مثاضی تش اػتحىام هما هت ػایی آى ا تأثیش ]15[ هیگزاسد اص ایي س ت ه ظ س تشسػی هما هت ػایی ا واهپ صیت ای ت ی ؿذ و ای و داسای ووتشیي دسكذ تخلخل ت د اػت ) و ی حا ی %1 ص ی آل هی ا( ا تخاب ؿذ ت وشا و ای ت ی ؿذ اص آلیاط صهی تحت آصه ى پیي س ی دیؼه لشاس گشفت. )7( دس ؿىل و داس تغییشات وا ؾ صى و ای ا واهپ صیتی آلیاط صهی تحت تاس ای 15N 10N 5N هؼافت 1000m تاس اى داد ؿذ اػت. واىع س و ها ذ هیؿ د وا ؾ صى و ا تا افضایؾ هؼافت اػوالی ت ػغح و افضایؾ هییاتذ. وچ یي دیذ هیؿ د و كشف ظش اص تاس اػوالی و ای ا واهپ صیتی داسای وا ؾ صى ووتشی دس همایؼ تا آلیاط صهی ؼت ذ. تش اػاع ساتغ ی آسچاسد )ساتغ تا 1( افضایؾ تاس اػوالی تشای و ای تا ػختی هخق شخ ػایؾ یض افضایؾ پیذا هیو ذ و ایي اهش تا ت خ ت افضایؾ ػغح تواع پیي دیؼه دس تید افضایؾ ػوك احی ی تغییش ؿىل یافت ی پالػتیىی )ؿىل ای.)9 8 )1( لاتل ا تظاس اػت و Q شخ ػایؾ K ثاتتی اػت و ضشیة ػایؾ ام داسد H ػختی و تش حؼة یىشص اػت ]16[. اص عشف دیگش تا ت خ ت ای ى ػختی )اػتحىام( تا شخ ػایؾ ساتغ ی هؼى ع داسد عثیؼی اػت و تا هما مػاصی آلیاط صهی ت ػظ ا رسات آل هی ا ػختی اػتحىام صهی افضایؾ پیذا هیو ذ و ایي اهش ت ت ث د هما هت ػایی دس ایي ه اد ه دش هیؿ د.]18 17[
65 حمیذی ي ثقفیان / تررسی ریسساختار ي خ اظ سایطی واو کامپ زیت... A356/Al 2O 3 دس )الف( )ب( )ج( ضکل 7- وم دار تغییرات کا ص يزن تر حسة مسافت لغسش ترای آلیاش زمیى ي واو کامپ زیت حايی %1 يزوی واو ررات آل میىا تحت تار ای اعمالی: الف( 5N ب( 10N ج( 15N جذيل 2 - ضریة اصطکاک وم و ا در تار ای اعمالی مختلف وم و / تار اعمالی 15N 0/75 0/67 10N 0/71 0/47 5N 0/41 0/38 A356 A356/1%Al 2O 3 حیي ا دام آصه ى ػایؾ همادیش ضشیة اكغىان دس فاكل ی 1000m اكغىان تشای و ا دس خذ ل ت دػت آهذ و هیا گیي ضشیة )2( داد ؿذ اػت. واىگ و ها ذ هیؿ د ضشیة اكغىان دس ش د ه سد تا افضایؾ یش افضایؾ یافت اػت. دیذ وچ یي هیؿ د ضشیة اكغىان دس و ی ا واهپ صیتی ؼثت ت و ضشیة اكغىان تم یت ذ ووتش اػت. ایي دلیل ت اػت هوىي دس س ذ تىیل تغییشات الی ی هختلظ هىا یىی حا ی رسات هما م ػاص دس ػغح تاؿذ و ت دلیل داؿتي ػختی تیتش ه خة وا ؾ ػغح تواع الؼی هیاى پیي دیؼه دس تید وا ؾ ضشیة اكغىان ػغح ؿذ اػت. واىگ و دس تلا یش هماعغ تشؿی ػو د تش ػغ ح ػایؾ و ای هشت ط ت آلیاط صهی ا واهپ صیت حا ی %1 ص ی ا رسات آل هی ا ها ذ هیؿ د تشن ایی دس احی ی تغییش ؿىل یافت ی پالػتیىی خ د داسد و دس ایت ت ػغ ح ػایؾ ه ت ی هیؿ ذ )ؿىل ای 10(. 9 8 ایي تشن ا و دس اثش واس ػختی حاكل اص حشوت ؼثی ػغ ح پیي دیؼه تحت تاس اػوالی ایداد هیؿ د هؼو ال دس مغ ای صیش ػغح ػایؾ دس هحلی و ه اػة تشای توشوض ت ؾ اػت )فلل هتشن رسات هما مػاص ػیلیؼین ی تىتیه تا صهی ی آل هی یوی یض تخلخل ای ه خ د( دس اتتذا ت ك ست سیض تشن خ ا هیص ذ ػپغ تا افضایؾ هؼافت لغضؽ گؼتشؽ یافت تا ادغام دس یىذیگش دس خ ت ه اصی تا خ ت ػایؾ ت ك ست تشن ای تضسيتش ت ػغح ػایؾ هیسػ ذ. تا اداه لغضؽ ػغ ح هوىي اػت تا خذا ؿذى رساتی اص هحل ایي تشن ا تشاد ای ػایی ایداد ؿ ذ. دس غیش ایي ك ست تا س د رسات ه خ د دس ػغح ػایؾ ت دس ى ایي تشن ا و دس اثش ؿىؼتي خ ؽ ػغحی تشآهذگی ای ػغحی پیي دیؼه حاكل ؿذ ا ذ دس تید هخل ط ؿذى اخضای تىیل د ذ ی پیي دیؼه دس اداه ی ػول لغضؽ ػغ ح الی ای ه ػ م ت الی ی تشیث ل طیىی س ی ػغح ػایؾ تىیل هیؿ د. ل ع ایي هىا یضم ت هیضاى تاس اسد ؿذ ت ػغح یض ػختی اػتحىام هاد ی تحت ػایؾ تؼتگی داسد. ایي ه ض ع سا هیت اى تا ت خ ت تلا یش داد ؿذ دس ؿىل ای )8( )9( )10( ت خ تی ها ذ و د. واى گ و دس ایي تلا یش دیذ هیؿ د دس تاس اسد ی 5N حتی دس آلیاط صهی ن تخیق ایي الی هىل اػت ت تضسي وایی ای تاالتشی یاص اػت. تا افضایؾ تاس اسد ت تذسیح هىا یضم یاد ؿذ تذیذ هیؿ د. ش چ ذ دس و ای ا واهپ صیتی یض ایي هىا یضم حاون اػت لی ت دلیل هما مػاصی صهی تا ا رسات آل هی ا دس تید وا ؾ لاتل ت خ ػوك احی ی تغییش ؿىل یافت ی پالػتیىی ایي هىا یضم ػایؾ ت ك ست تؼیاس هالینتشی اتفاق هیافتذ )ؿىل 8(. اضاف وشدى رسات ػشاهیىی ػخت ت ػ اى هما مػاص ت آلیاط ای آل هی ین صهی ی آل هی یوی سا اص ػایؾ
ی ا پصي صوام ریخت گری تاتستان 1396 جلذ 1 ضمار 1 صفحات 68-59 66 هحافظت هیو ذ وش ؾ تشؿی آلیاط ای تم یت ذ سا ت حذالل هیسػا ذ. ایي ت خاعش ایي الؼیت اػت و ا رسات Al 2 O 3 ت ع س لاتل ت خ ی ػختی آلیاط صهی A356 سا افضایؾ داد اػت. دس واهپ صیت اتالف هاد ت دلیل تدوغ ا رسات Al 2 O 3 آلیاط تا تأخیش ه اخ هیؿ د ]15[. س ی ػغح پغ اص تیي سفتي اػت. اها تا افضایؾ تاس اػوالی شخ ػایؾ ػیالى و تیتش هیؿ د ه اد ه خ د س ی ػغح و ذ ؿذ ه دش ت تىیل تشاد هیؿ ذ. دس تاس ای اػوالی تاالتش ػیالى پالػتیه و ت دلیل ت لیذ حشاست تیتش هیؿ د ]17[. ؿىل )9( ػیالى و ی ا واهپ صیتی سا اى هید ذ. ػیالى پالػتیىی و ی ا واهپ صیتی دس همایؼ تا و ی تم یت ذ ووتش اػت. وچ یي دس خل ف و ی واهپ صیتی دس تاس ای ووتش یؼ ی ػیال ی سخ 5N ذاد اػت دس حالیو دس تاس ای تیتش یؼ ی 10N 15N ػیالى ت ض ح لاتل ها ذ اػت. حض س ا رسات تم یتو ذ ػیالى پالػتیىی صهی سا هحذ د هیو ذ.]19,18,11[ )الف( )الف( )ب( )ب( )ج( ضکل 8- ریسساختار زیر سطح ساییذ ضذ ی وم و ی تق یتوطذ تحت تار: )الف( 5N )ب( 10N )ج( 15N 4-3- تررسی ریسساختار مىاطق زیر سطح ساییذ ضذ تلا یش سی صیش )8( ؿىل ػغح ػاییذ آلیاط ؿذ ی تم یت ذ سا اى هید ذ. خ ت ػایؾ دس ایي تلا یش اى داد ؿذ اػت. واىع س و هخق اػت ػیالى پالػتیه ؿذیذ دس لث و صیش ػغح ػایؾ دس خ ت ػایؾ سخ داد اػت. ایي ػیالى دس تاس ای ون هالین )ج( ضکل 9- تصايیر و ری ریسساختار زیر سطح ساییذ ضذ ی وم و ی کامپ زیتی تحت تار: )الف( 5N )ب( 10N )ج( 15N
67 حمیذی ي ثقفیان / تررسی ریسساختار ي خ اظ سایطی واو کامپ زیت... A356/Al 2O 3 )الف( 3- افض دى ا رسات آل هی ا ت آلیاط صهی ه خة افضایؾ هما هت ػایی ا واهپ صیت دس همایؼ تا آلیاط صهی ؿذ. 4- هىا یضم احتوالی حاون دس فشآی ذ ػایؾ آلیاط صهی ا واهپ صیت ػایؾ چؼثاى ت وشا تىیل الی ی تشیث ل طیىی ت د. تا ایي حال ت دلیل مؾ هما مػاصی رسات آل هی ا ایي هىا یضم دس ا واهپ صیت تا شخ ػایؾ تؼیاس ووتشی دس همایؼ تا آلیاط صهی ا دام ؿذ اػت. )ب( ضکل 10- ترک ایجاد ضذ ريی سطح وم و ی: )الف( آلیاش A356 )ب( واو کامپ زیتی تحت تار 15 N تا ت خ ت تایح تذػت آهذ اص تحمیك حاضش دس استثاط تا تؼییي هىا یضم احتوالی حاون تش فشآی ذ ػایؾ ه اد ه سد تشسػی هیت اى گفت هىا یضم چؼثاى وشا تا تىیل الی ی تشیث ل طیىی )الی ی هختلظ هتشاون ؿذ ای اص اخضای تىیل د ذ ی پیي دیؼه( و تشل و ذ ػایؾ ایي ه اد اػت. تا ایي حال دس و ی ا واهپ صیتی ت دلیل اثش هما مػاصی ا رسات آل هی ا دس تید هحذ د ؿذى ػیالى پالػتیىی صهی شخ ػایؾ تش اػاع هىا یضم یاد ؿذ ووتش اػت. دس همایؼ تا آلیاط صهی )تم یت ذ ( ت هشاتة 4- وتیج گیری ت صیغ ه اػة ا رسات هما مػاص ت دلیل ا تخاب پاساهتش ای ه اػة فشآی ذ نصدى اص خول ػشػت صهاى اػت. وچ یي تایذ اؿاس و د و ػولیات حشاستی ا رسات آل هی ا تأثیش ت ػضایی دس تشؿ ذگی داؿت اػت. تا افضایؾ دسكذ ص ی ا رسات هما مػاص توایل ت آگل هش ؿذى آى ا افضایؾ یافت و دس تید ی آى ت دلیل حثغ ؿذى گاص دس ایي هحل ا هیضاى تخلخل اص مراجع [1] Yang Y., Lan J., Li X., Study on bulk aluminum matrix nano-composite fabricated by ultrasonic dispersion of nano-sized SiC particles in molten aluminum alloy, Materials Science and Engineering: A, 2004, 380, 378-383. [2] Rasidhar L., Krishna A.R., Rao C. S., Fabrication and Investigation on Properties of Ilmenite (FeTiO 3 ) based Al-Nanocomposite by Stir Casting Process, International Journal of Bio-Science and Bio- Technology, 2013, 5, 193-200. [3] Koli D. K., Agnihotri G., Purohit R., A review on properties, behaviour and processing methods for Alnano Al 2 O 3 composites, Procedia Materials Science, 2014, 6, 567-589. [4] Shabani M. O. Mazahery A., Aluminum-matrix nanocomposites: swarm-intelligence optimization of the microstructure and mechanical properties, Materiali in tehnologije, 2012, 46, 613-619. [5] Rana R. P. R. S., Soni S., Das S., Comparison of mechanical properties and microstructure of aluminum alloy micron and nano SiC composites fabricated by ultrasonic vibration, International Journal of Advance Engineering and Research Development, 2014, 1, 135-146. [6] Akbari M. K., Mirzaee O., Baharvandi H., Fabrication and study on mechanical properties and fracture behavior of nanometric Al 2 O 3 particle-reinforced A356 composites focusing on the parameters of vortex method, Materials & Design, 2013, 46, 199-205. [7] Alpas A., Zhang J., Effect of microstructure (particulate size and volume fraction) and counterface material on the sliding wear resistance of particulatereinforced aluminum matrix composites, Metallurgical and Materials Transactions A, 1994, 25, 969-983. [8] Surappa M., Prasad S., Rohatgi P.K., Wear and abrasion of cast Al-alumina particle composites, Wear, 1982, 77, 295-302. [9] Bindumadhavan P., Wah H.K., Prabhakar O., Dual particle size (DPS) composites: Effect on wear and mechanical properties of particulate metal matrix composites, Wear, 2001, 248, 112-120. [10] Tu J., Yang Y., Tribological behaviour of Al18B4O33-whisker-reinforced hypoeutectic Al Si Mg-matrix composites under dry sliding همذاس 1/3% ت 3/2% افضایؾ یافت. -1-2
پصي صوام ریخت گری تاتستان 1396 جلذ 1 ضمار 1 صفحات 68-59 68 conditions, Composites science and technology, 2000, 60, 1801-1809. [11] Rosenberger M. R., Forlerer E., Schvezov C., Wear behavior of AA1060 reinforced with alumina under different loads, Wear, 2009, 266, 356-359. [12] Sajjadi S. A., Ezatpour H., Beygi H., Microstructure and mechanical properties of Al Al 2 O 3 micro and nano composites fabricated by stir casting, Materials Science and Engineering: A, 2011, 528, 8765-8771. [13] Hashim J., Looney L., Hashmi M., Metal matrix composites: production by the stir casting method, Journal of Materials Processing Technology, 1999, 92, 1-7. [14] Mazahery A., Shabani M. O., Characterization of cast A356 alloy reinforced with nano SiC composites, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22, 275-280. [15] Akbari M. K., Baharvandi H., Mirzaee O., Nanosized aluminum oxide reinforced commercial casting A356 alloy matrix: Evaluation of hardness, wear resistance and compressive strength focusing on particle distribution in aluminum matrix, Composites Part B: Engineering, 2013, 52, 262-268. [16] Nemati N., Khosroshahi R., Emamy M., Zolriasatein A., Investigation of microstructure, hardness and wear properties of Al 4.5 wt.% Cu TiC nanocomposites produced by mechanical milling, Materials & Design, 32, 3718-3729, 2011. [17] Surappa M., Dry sliding wear of fly ash particle reinforced A356 Al composites, Wear, 2008, 265, 349-360. [18] Stachowiak G., Batchelor A.W., Engineering Tribology, Butterworth-Heinemann, 2013. [19] Mosleh-Shirazi S., Akhlaghi F., Li D.Y., Effect of SiC content on dry sliding wear, corrosion and corrosive wear of Al/SiC nanocomposites, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2016, 26, 1801-1808.