تعيين ثابت هاي رابطه هال- پچ اصلاح شده و ارتباط خواص مكانيكي با ريزساختار آلياژ AS7U3G

Determination of the Modified Hall-Petch Equation Constants and the Relationship Between the Microstructure and Mechanical Properties of AS7U3G Alloy

خواص مكانيكي آلياژهاي آلومينيوم- سيليسيم هيپويوتكتيك به شدت تابع ابعاد تيغه هاي سيليسيم يوتكتيكي و فاصله بين بازوهاي ثانويه دندريتي است. رابطه هال- پچ اصلاح شده اثر اين دو متغير ريزساختاري بر استحكام تسليم و استحكام كششي آلياژهاي پايه آلومينيوم- سيليسيم را نشان مي دهد. اين دو متغير ريزساختاري به متغيرهايي همچون تركيب شيميايي، سرعت سرد شدن و عمليات كيفي مذاب بستگي دارند. در اين پژوهش اثر سرعت سرد شدن بر مشخصات ريزساختاري و خواص مكانيكي آلياژ AS7U3G بررسي شده، ثوابت رابطه هال- پچ اصلاح شده براي اين آلياژ به دست آمد. به اين منظور آلياژ از دماي 750 درجه سانتي گراد در قالب هاي ماسه اي، فلزي پيش گرم شده و فلزي آبگرد ريخته شد. بررسي هاي آناليز حرارتي و متالوگرافي نشان داد كه سرعت سرد شدن در قالب فلزي آبگرد 15/7 برابر بيشتر از قالب ماسه اي بوده كه درنتيجه باعث كاهش فاصله ميانگين بازوهاي ثانويه دندريتي از 54 ميكرومتر به 17 ميكرومتر شد. همچنين مشخص شد كه با كاهش فاصله بازوهاي ثانويه دندريتي از 45 ميكرومتر به 17 ميكرومتر استحكام تسليم و استحكام كششي به ترتيب 16/5 و 6/5 درصد افزايش مي يابد. در ادامه با بررسي هاي متالوگرافي و انجام آزمون هاي كشش، ثابت هاي رابطه هال- پچ اصلاح شده و ارتباط خواص كششي با ريزساختار آلياژ به دست آمد.

Mechanical properties of the alloys are a strong function of the average silicon particles size and the secondary dendrite arm spacing (SDAS). Modified Hall-Petch equation expresses the effects of these two microstructural parameters on the yield strength and ultimate tensile strength of the Al-Si based alloys. These microstructural parameters depen on parameters such as chemical composition, cooling rate and melt treatment. In this study, the effect of cooling rate on the equation constants of the alloy were determined. For this purpose, the alloy was poured at 750 °C in three different molds including a sand mold, a preheated steel mold, and a water cooled steel mold. The Thermal and microstructural analysis showed that the cooling rate in the metal mold was 15.7 times higher than that of the sand mold, which resulted in a decrease of the SDAS from 54 micrometers to 17 micrometers. It was also found that by reducing the SDAS from 45 micrometers to 17 micrometers, the yield strength and tensile strength were increased by 16.5% and 6.5%, respectively. The modified Hall-Petch equation constants and the microstructure-mechanical properties relationships were then established by the microstructural and tensile test studies.