تأثير عمليات حرارتي بر ريز ساختار، خواص مكانيكي، رفتار شكست در همبستة آلومينيوم- سيليسيوم- مس بستار

Heat treatment effect on microstructure, mechanical properties and fracture behavior of cylinder head aluminum-silicon-copper alloy

در اين مقاله تغييرات ريز ساختار و خواص مكانيكي (سختي و استحكام كششي) آلياژ آلومينيوم- سيليسيوم- مس (آلياژ A380، مورد استفاده در سرسيلندر موتور) در اثر عمليات حرارتي T4 و T6 مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفت. به اين منظور آنيل انحلالي در دماي 490 درجه سانتيگراد به مدت 5 ساعت انجام شد. عمليات حرارتي پيرسازي T6، در دماهاي 180، 200، 220 و 240 درجه سانتيگراد به مدت 1، 3، 5 و 7 ساعت انجام شد. در نهايت با توجه به سختي بدست آمده از نمونه­ ها، عمل بهينه پيرسازي در دماي 200 درجه سانتيگراد به مدت 3 ساعت بدست آمد. بررسي ريزساختار و سطح شكست نمونه­ ها توسط ميكروسكپ­ هاي نوري و الكتروني روبشي انجام شد. عمليات حرارتي T6 باعث افزايش استحكام كششي از 245 به 255 مگاپاسكال و سختي از 88 به 95 ويكرز شد. با انجام فرايند T6 در دما و زمان مشخص شده، سختي و استحكام كششي آلياژ آلومينيوم- سيليسيوم- مس به مقدار 10.5 درصد نسبت به فرايند T4 بهبود يافت. براي تعيين اثر متغيرهاي مختلف بر سختي و همچنين بهينه سازي آن، از طراحي آزمايش­ها استفاده شد. تحليل حساسيت متغيرها نيز، نشان دهنده اثر مؤثر دماي پيرسازي نسبت به ساير متغيرها (زمان انحلال و اثر متقابل دما و زمان) است.

In current paper two different regimes of heat treatments, namely 4T and 6T treatments of Al-Si-Cu alloy used in engine cylinder head were investigated and the effects and significance of time and temperature on microstructure and mechanical properties of the material were studied and compared. For this purpose, solution annealing was performed at 490 ˚C for 5 h. The 6T aging was executed at 180, 200, 220, 240 ˚C for 1, 3, 5, 7 h. Hardness testing results revealed that the optimum hardness is obtained for 6T at 200˚C and 3h, respectively, as the hardness increased. Evaluation of the microstructures and fractured surfaces were performed with optical and scanning electron microscopes. After 6T treatment, tensile strength increased from 245 to 255 MPa and hardness from 88 to 95 Vickers. By applying 6T process in optimized temperature and time, the hardness and tensile strengths of Al-Si-Cu alloy was enhanced from 10.5% compared to that of the 4T processes. The sensitivity analysis indicated that effect of the aging temperature is more significant in comparison to other parameters.