بررسي تاثير مس در بهسازي ساختاري و انديس كيفيت كامپوزيت Al-15Mg2Si

Investigation of the Effect of Copper on Microstructural Modification and Quality Index of Al-15Mg2Si Composite

كامپوزيت‌هاي درجاي Al-Mg2Si به‌دليل چگالي كم و خواص استحكامي و سايشي خوب، جايگزين بسيار مناسبي براي قطعات آلومينيمي و چدني مورد استفاده در صنايع خودروسازي و هوا-فضا هستند. خواص برتر اين كامپوزيت‌ها مستلزم بهسازي ساختاري و كنترل ابعاد و مورفولوژي ذرات Mg2Si اوليه شكل گرفته در ساختارشان است. هدف از تحقيق حاضر، بررسي تاثير افزودن مس (1 تا 5 درصد وزني) بر ساختار متالورژيكي و انديس كيفيت كامپوزيت Al-15Mg2Si است. نتايج به دست آمده حاكي از آن است كه افزودن مس موجب شكل‌گيري رسوبات بين فلزي غني از مس، بهسازي مورفولوژي و كاهش ابعاد ذرات Mg2Si مي‌شود. بر اساس نتايج آزمون كشش، افزودن مس تا حدود 3 درصد وزني استحكام كششي كامپوزيت را حدود 34 درصد بهبود مي‌بخشد اما افزودن مقادير بيشتر از اين عنصر تاثير منفي بر استحكام كششي دارد. همچنين افزودن مس تا حدود 1 درصد وزني موجب بهبود حدودا 7 درصدي درصد ازدياد طول كامپوزيت مي‌شود اما پس از آن تاثير منفي بر انعطاف‌پذيري دارد. حداكثر انديس كيفيت در كامپوزيت حاوي 3 درصد وزني مس مشاهده شد كه حدود 8 درصد بيش از انديس كيفيت كامپوزيت پايه بود. نتايج مطالعات ساختاري، سختي سنجي، آناليز شيميايي رسوبات و شكست‌نگاري سطوح شكست نشان مي‌دهد كه استحكام‌بخشي محلول جامد، تشكيل رسوبات غني از مس در زمينه و كاهش ابعاد و بهسازي مورفولوژي ذرات بين فلزي Mg2Si از جمله مهمترين عوامل بهبود كيفيت و افزايش كسر حجمي رسوبات سخت غني از مس و تخلخل‌هاي ساختاري، از جمله مهمترين عوامل افت خواص كششي و كيفيت كامپوزيت هستند.

In-situ Al-15Mg2Si composite due to their low density and good strength and wear properties are considered as potential candidates to substitute the Al and cast iron parts used in automotive and aerospace industries. The improved properties of these composites are governed by controlling the size and morphology (modification) of the primary Mg2Si particles. In the current study the effect of Cu addition (1.0, 3.0, and 5.0 wt. %) on metallurgical structure and quality index of Al-15Mg2Si composite was investigated. According to the results, Cu addition modified the morphology and reduced the average size of primary Mg2Si particles. The addition of Cu up to 3.0 wt. % improved the composite tensile strength by up to 34% whilst its further addition impaired the tensile properties. Moreover, the addition of Cu up to 1.0 wt. % improved the composite elongation by about 7%. This is while its further addition deteriorated the composite ductility. The maximum quality index was observed in 3.0 wt. % Cu containing composite where its quality index was 8% higher than that of the base sample. The microstructural observations, micro-hardness testing, precipitates chemical analysis, and fractography of fractured surfaces revealed that solid-solution-strengthening, dispersion hardening of Cu-containing precipitates, and modification of Mg2Si particles are the main factors improving the composite quality. Moreover, increasing the volume fraction of hard Cu-precipitates and micro-pores, negatively affected the composite tensile properties and quality index.