بررسي اثر فشار پرس بر خواص كامپوزيت آلياژ منيزيم- آلوميناي توليد شده به روش ريخته‌گري نفوذي

The effect of pressure on the Mg alloy-Alumina composite properties fabricated by infiltration casting

یكی از روش­های جدید برای ساخت مواد كامپوزیتی زمینه منیزیمی روش نفوذدهی مذاب به درون فوم­های سرامیكی می­باشد. در این تحقیق، تولید كامپوزیت زمینه منیزیمی AZ91- Al2O3 با روش ریخته­گری نفوذی فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مذاب آلیاژ AZ91 تحت محافظت فلاكس  MAGREXو با استفاده از كوره شعله­ای آماده شد و سپس درون قالب پیش­گرم شده در دمای ˚C 250 و حاوی فوم آلومینایی پیش­گرم شده در دمای ˚C 800 ریخته­گری شد. به منظور بررسی اثر فشار بر مذاب با استفاده از پرس، فشارهای MPa 50، 75 و 100 و به مدت 1 دقیقه روی مذاب اعمال شد تا انجماد كامل شود. آزمایش مشابهی نیز بدون اعمال فشار بر مذاب، به منظور مقایسه نتایج انجام شد. نتایج نشان داد كه انجماد تحت فشار درصد تخلخل را به میزان % 60 نسبت به ریخته­گری ثقلی (تحت بار MPa 0) كاهش داد. با نفوذ دادن مذاب به فوم سرامیكی استحكام فشاری كامپوزیت نسبت به آلیاژ زمینه كاهش یافت كه علت این امر تشكیل فاز MgAl2O4 غیریكنواخت و ناهمگن در فصل مشترك (ناشی از واكنش مذاب و آلومینا) و تنش­های حرارتی پس­ماند فشاری در فصل مشترك (به علت تفاوت ضرایب انبساط حرارتی آلیاژ زمینه و تقویت­كننده­ی سرامیكی) تشخیص داده شد. بعلاوه در كامپوزیت مذكور كاهش وزن در اثر سایش نسبت به آلیاژ زمینه كاهش چشمگیری یافت (حدود % 53) كه علت این امر می­تواند ناشی از سختی ذاتی بالاتر آلومینا باشد. همچنین با اعمال فشار بر مذاب در حین انجماد به علت كاهش اندازه دانه و كاهش قابل ملاحظه تخلخل، نرخ سایش به مراتب كمتر از حالت مشابه ریخته­گری ثقلی شد. سایش چسبان مكانیزم غالب برای آلیاژ (بدون تقویت­كننده) و سایش خراشان و تورقی مكانیزم­های غالب برای كامپوزیت تشخیص داده شد.

One of the advanced routes for manufacturing the magnesium-matrix composites is infiltration casting into ceramic foams. In this research, magnesium-matrix composite AZ91-Al2O3 production has been investigated. Therefore, AZ91 alloy molten is prepared by usage of torch furnace under protection of MAGREX flux, then, poured in preheated mold at 250°C with preheated alumina foam at 800 °C. For investigating the effect of pressure, pressures at 50, 75 and 100 MPa in 1 minute applied until solidification was completed. For comparison, similar experiments were done without applying pressure. The results showed that solidification under pressure reduced porosity noticeably in comparison with gravity casting to 60%. By addition the ceramic reinforcement to the base alloy, mechanical strength reduced due to formation of MgAl2O4 spinel phase at interface and formation of residual compression stresses because of thermal mismatch between matrix and reinforcement. The mechanical strength and ductility of the samples are increased by rising of applied pressure to (0-100 MPa) due to decrease grain size and better strength interface of alumina and alloy. Additionally, wear rate due of composite decreased in comparison to base alloy declined markedly (about 53%). This may be due to higher intrinsic alumina strength. Also, by applying pressure on molten metal during solidification, wear rate is noticeably lesser than similar gravity sample due to decreasing the grain size and markedly declining the porosity. The dominant mechanism for base alloy is adhesive wear and for composite is abrasive wear and delamination.