بررسي تأثير عوامل انجمادي بر ويژگي هاي ريزساختاري و سختي آلياژ آلومينيم آهن - توليذ شذه با فرآينذ انجماد جهت دار در كوره بريجمن

Investigation on the Effect of Solidification Parameters on Microstructural Characteristics and Hardness of Al-Fe Alloy Produced by Directional Solidification in Bridgeman Furnace

هدف از تحقيق حاضر توليد كامپوزيت در جا زمينه آلومينيم و تقويت شده با تركيبات بين فلزي حاوي آهن است. در اين راستا، بررسي ريزساختار حاصل از انجماد جهت‌دار آلياژ هيپويوتكتيك Al-1.0%wt.Fe در كوره بريجمن و نحوه تأثير عوامل انجمادي نظير سرعت انجماد (RL) و سرعت سرد كردن (T ̇) بر آن در حين فرآيند انجماد جهت‌دار صورت گرفت. فرآيند انجماد جهت‌دار با استفاده از كوره بريجمن مجهز به سيستم مبرد با سرعت‌هاي بيرون‌كشي به ترتيب 1، 5 و 10 ميلي‌متر بر دقيقه و دبي آبگرد 1 و 2 ليتر بر دقيقه بر روي آلياژ مورد نظر انجام گرفت. از ميكروسكوپ نوري و الكتروني براي مطالعه و بررسي ريزساختار استفاده شد. ريزساختار نمونه‌هاي انجماد جهت‌دار يافته داراي ساختار سلولي با ديواره‌اي از جنس تركيبات بين‌فلزي غني از آهن بود. براي شناسايي اين فازهاي بين فلزي از آزمايش طيف‌سنجي پخش انرژي (EDS) استفاده شد. فواصل سلولي در مقاطع معيني از مبرد محاسبه و تغييرات آن نسبت به فاصله از مبرد و سرعت انجماد رسم شد. ريزسختي‌سنجي بر روي مقاطع عرضي انجام گرفت و ميانگين آن براي هر مقطع محاسبه و پروفيل ريزسختي براي هر سه سرعت انجماد و هر دو دبي آبگرد اعمال شده بر حسب فاصله سلولي رسم گرديد. نتايج حاكي از آن است كه كاهش فاصله سلولي منجر به افزايش ريزسختي آلياژ Al-1.0%wtFe مي شود.

The aim of the present study is to produce an in-situ Al matrix composite reinforced by iron-bearing intermetallics. Therefore, the effects of solidification parameters such as solidification rate (RL) and cooling rate (T ) on the microstructural characteristics of a hypoeutectic Al-1.0%wtFe alloy during directional solidification have been investigated. The directional solidification process has been carried out using a Bridgman furnace having a water-cooled system at the bottom of the cold zone. The flow rate of the water was 1, 2 L.min-1 and the withdrawal velocity of the ingot was 1, 5, and 10 mm.min-1. Optical and electron scanning microscopy (SEM) have been used to study the microstructure of the samples. Cellular microstructure with the iron-intermetallic phases at the peripheral walls of the cells were found along the directional solidified samples. In order to characterize the intermetallic phases, the energy dispersive spectroscopy (EDS) was used. Al3Fe intermetallic compounds with the atomic ratio of Al and Fe (2.54:1) were found to be predominant. Cellular spacing (λc) was calculated in some sections from the bottom of chill zone. Variation of cellular spacing was plotted as a function of both solidification rate and distance from the bottom of chill zone. Hardness test was carried out on each cross-section and the hardness profile was plotted as a function of cellular spacing. The results showed that the hardness of Al-1.0%wt.Fe alloy was increased 1.12 times where the cellular spacing was reduced 22%.