تاثير تيتانيم و فرايند فورج چند جهته بر خواص مكانيكي برشي كامپوزيت درجاي ZA22-4Si

Effect of Ti and multidirectional forging on shear mechanical properties of in-situ ZA22-4Si composite

دستيابي به خواص مكانيكي مورد نظر در كامپوزيت­ هاي درجا، نيازمند بهسازي مورفولوژي، كاهش ابعاد و بهبود شرايط توزيع ذرات تقويت ­كننده­ اي است كه هنگام انجماد به صورت درجا در زمينه تشكيل مي ­شوند. هدف از انجام تحقيق حاضر بررسي تاثير افزودن تيتانيم و فرايند فورج چند جهته (MDF)، به عنوان يك فرايند قابل اجرا در مقياس صنعتي، بر ريزساختار و خواص مكانيكي برشي كامپوزيت ريختگي ZA22-4Si است. نتايج به­ دست آمده نشان داد كه بهسازي شيميايي كامپوزيت توسط افزودن 0/2 درصد تيتانيم موجب تبديل دانه­ هاي دندريتي و بزرگ اوليه به دانه­ هاي ريز و هم محور، كاهش ابعاد ذرات سيليسيم اوليه (SiP) و تخلخل­ ها و توزيع يكنواخت آن­ها در ساختار مي ­شود. بر اساس نتايج آناليز تصويري، اندازه متوسط دانه­ ها و ذرات SiP از حدود 750 و 25 ميكرومتر به ترتيب به حدود 135 و 15 ميكرومتر رسيد. انجام فرآيند فورج در دماي 100 درجه سانتيگراد در تعداد پاس ­هاي مختلف روي نمونه ­ها، علاوه بر درهم آميختن ساختار دندريتي اوليه، موجب كاهش ابعاد و توزيع يكنواخت­ تر ذرات SiP در زمينه شد. بر اساس نتايج آناليز تصويري، به ازاي 2 و 5 پاس فورج، اندازه ذرات سيليسيم اوليه به ترتيب به حدود 8 و 6 ميكرومتر رسيد. همچنين بر اساس نتايج آزمايش­ پانچ برشي، پس از MDF و افزودن تيتانيم، استحكام تسليم برشي و استحكام برشي نهايي كامپوزيت ريختگي 5 پاس MDF شده از حدود 135 و 164 مگاپاسكال به ترتيب به حدود 92 و 130 مگاپاسكال كاهش و ميزان جابجايي نرمال آن از 0/52 به حدود 0/72 افزايش يافت.

Achieving the desired mechanical properties in in-situ composites is governed by morphological modification, refinement, and even distribution of reinforcement particles which are formed during their solidification. This study was aimed to investigate the effect of Ti addition and multidirectional forging (MDF), as an industrially practical process, on microstructure and shear mechanical properties of cast ZA22-4Si composite. The obtained results showed that chemical modification of composite through 0.2 wt. % Ti addition converted the coarse primary grains to the well-refined equiaxed grains and reduced the size of primary Si particle (SiP), and porosities and improved their distribution within the matrix. The image analysis results also indicated that the average size of grains and SiP particles reduced from 750 and 25 mm to about 135 and 15 mm, respectively. Applying MDF at 100 ° C at the different passes breaks the primary dendrite network, decreased the average size of SiP particles, and promoted their even distribution within the matrix. According to the image analysis results in 2- and 5-pass MDFed composite the average size of SiP particles reached to about 8 and 6 μm, respectively. The shear punch tests also indicated that the combined effect of MDF and Ti addition reduced the strength whilst improved the ductility of as-cast composite where the yield and tensile shear strength of 5-pass MDFed sample reduced from 135 and 164 MPa to about 92 and 130 MPa, respectively, and its normal displacement value improved from 0.52 to about 0.72.