تحقيقي بر مكانيزم و عوامل مؤثر بر تشكيل تخلخل در آلياژهاي Al-Si بهسازي شده با استرانسيم

Study of the Mechanism and Causes of Pore Formation in Sr-modified Al-Si Alloys

در اين تحقيق، پديده تشكيل تخلخل در آلياژهاي Al-Si بهسازي شده و عوامل مؤثر بر آن مورد مرور و بررسي قرار گرفت. عمليات بهسازي آلياژهاي ,Al-Si تخلخل را در قطعات ريختگي كه به طور نسبي عاري از مكهاي انقباضي‌اند، افزايش مي‌دهد. البته در مذاب هاي بهسازي شده كه به طور نسبي داراي مقدار هيدروژن كمي هستند (كمتر از Al، cc/100g 0/1)، تأثير عمليات بهسازي بر افزايش تخلخل قابل ملاحظه نيست. در واقع تخلخل هاي بوجود آمده در اثر عمليات بهسازي از نوع گازي‌اند. از طرفي تحقيقات به عمل آمده بيانگر اين است كه عناصر بهساز تأثيري بر مقدار هيدروژن محلول در مذاب نداشته و از اين رو اين عناصر نمي‌توانند از طريق افزايش هيدروژن در مذاب سبب افزايش تخلخل شوند. همچنين گرچه عمليات بهسازي سبب افزايش دامنه انجماد به ميزان oC 10-4 مي‌شود ولي افزايش جزيي تخلخل ناشي از اين افزايش دامنه انجماد در حدي نيست كه بتواند افزايش قابل ملاحظه تخلخل در اثر عمليات بهسازي را توجيه كند. از طرفي آخرين بررسي‌هاي به عمل آمده نشان‌دهنده آن است كه كاهش تنش سطحي مذاب در اثر عمليات بهسازي با 0/02 درصد وزني استرانسيم بسيار جزئي (5%) است، از اين رو عمليات بهسازي از طريق كاهش تنش سطحي مذاب نيز نمي‌تواند سبب افزايش تخلخل شود. علاوه بر اين گرچه محققان زيادي معتقدند كه استرانسيم با افزايش سرعت اكسايش مذاب و بنابر اين با افزايش مقدار آخال اكسيدي در مذاب سبب افزايش تخلخل مي‌شود، ولي مشاهدات سيستماتيك به عمل آمده بيانگر عدم مشاركت فيلم ها و آخال اكسيدي استرانسيم در تشكيل تخلخل در آلياژهاي بهسازي شده است. استرانسيم و ساير عناصر بهساز ديگر كه سبب افزايش تخلخل مي‌شوند (سديم و كلسيم)، تمايل زيادي به تشكيل تركيبات بين فلزي چند گانه با آلومينيم و سيليسيم در دامنه انجماد دارند. مطالعات سيستماتيك به عمل آمده نشان دهنده حضور و مشاركت تركيبات بين فلزي استرانسيم (احتمالاً Al2Si2Sr)، در مجاورت بيشتر تخلخل هاست، بنابراين عمليات بهسازي با استرانسيم مي‌تواند با تشكيل اين تركيبات بين فلزي در دامنه انجماد سبب افزايش تخلخل شود.

The formation of microporosity in modified Al-Si alloys has been reviewed in the present study. A major concern in modification is the increased tendency to form microporosity in the macro-shrinkage free Al-Si alloy castings. It has also been demonstrated that at low hydrogen contents (0.1cc/ 100g, Al), where only shrinkage porosity should occur, the effect of Sr-modification on porosity content is not considerable, indicating that the increase in porosity is due to an increase in gas porosity. Modification treatment, however, does not add hydrogen to the melt, nor does it increase the rate of regassing of the liquid, revealing that it can not enhance pore formation by increasing the melt hydrogen content. Modification treatment raises the freezing range (4-10 oC), but this increased freezing range exerts only a very small effect on microporosity formation, which cannot, by itself, explain the increased tendency to microporosity formation observed in modified alloys. The presence of modifiers slightly decreases the surface tension of the melt (5%), although this decrease in surface tension is not sufficiently high to considerably enhance pore formation in modified alloys. Many researchers have reported that modification treatment might favour the formation of porosity due to its effect on oxide use in the heterogeneous pore formation although the systematic observation of pores has shown that SrO does not take part in pore fomation in Sr-modified alloys. Strontium and other modifiers which increase pore formation (Na and Ca) in Al-Si alloys have a high chemical affinity to form complex intermetallic compounds with Si and Al. Systematic observation of pores have shown that Sr-rich intermetallics take part in pore formation. Thus, Sr-modification may increase the porosity content through the formation of Sr-rich compounds during solidification.