تصنيع وتوصيف مواد مركبة منتجة ضمنياً من سبيكة الالمنيوم A356/Al3Ni بواسطة السباكة بالتحريك والمعالجة بالخلط الاحتكاكي

الباحث

نور الهدى بهير شرهان

المشرف

منى خضير عباس - اسراء عبد القادر عزيز

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة المعادن

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

In-situ composites;A356 alloy;Stir casting;Friction stir processing

تستخدم عملية المعالجة بالخلط الاحتكاكي FSP لغرض تعديل البنية المجهرية وتجانس السبائك المسبوكة وتجانس المواد المركبة وقد حفز RSP مؤخرًا قدرًا كبيرًا من العمل البحثي حول هذا الموضوع. لغرض إنتاج اسطح مركبة خالية من العيوب مع توزيع جيد ol gal التقوية في ا لمركبات ذات اساس ألومنيوم. تهتم هذه الدراسة بسبيكة اساس الألمنيوم المصنعة A356 والمركبة المنتجة ضمنيا 11[و1356/41/ بطريقة الصب بالتحريك والتي تم تحضيرها بمواد مركبة مختلفة (10,5 و 715 بالوزن) لدقائق النيكل. تخضع السبيكة لتحوير السطح باستخدام عملية التحريك الاحتكاكي في أفضل الظروف لتحسين البنية المجهرية وتحسين الخواص المجهرية والميكانيكية ومقاومة البلى. تم استخدام طريقة تاكوشي كتصميم إحصائي لتجربة (DOE) للمتغيرات المثلى للعملية الخلط الاحتكاكي FSP المطبقة على سبيكة ألومنيوم (A356) تحت متغيرات مختلفة: سرع دوران العدة (1000، 1250، 0) دورة في الدقيقة، وسرع خطية )645 60، 75( ملم /دقيقة وعدد التمريرات (1 و 2 و 3) باستخدام أداة Agi! gla! مسننة وزاوية الميل الثابتة )2°( اعتمادًا على اختبار مقاومة call تم اقتراح مجموعة متعامدة من (1,9)33 تتكوم من ثلاثة ارقام للمتغيرات وثلاثة ارقام للمستويات حيث تم إجراء تحليل التغيير لكل معلمة، وكذلك نسبة ]7 / § وتحليل انوفا للنتائج. وكانت الظروف المثلى لمتغيرات الخلط الاحتكاكي (FSP) للسبيكه الاساس A356 بعد تطبيق طريقة تاكوشي والتي تم تطبيقها على المادة المركبة 15%Ni) 4356/41231)هي 1250 دورة في الدقيقة، 75 Adds Ao وتمريرة واحدة. وقد تم اجراء العديد من الاختبارات والفحوصات هي : الصلادة الدقيقة، اختبار الشدء البنية المجهرية، 2507 SEM-EDS واختبار البلى لكل من السبيكة الأساس والمواد المركبة المنتجة ضمنيا A356 .A356/ALNis5 وقد وجدت XRD ) ALNi) >) bY! في المواد المركبة المنتجة ضمنيا للسبيكة 6 .وقد اظهرت البنية المجهرية للسبيكة الأساس 8356 ان البنية الشجيرية للطور الأساس (0-41) تغيرت الى شبه حبيبات متساوية المحاور عند تطبيق FSP عليها المطبق وتكسير Si وتوزيع OLS yall المعدنية من ALNi بشكل متجانس في ارضية الالمنيوم . أظهرت نتائج البنية المجهرية تنعيم الحبيبات في منطقة التحريك (§Z) بسبب التشوه اللدن الشديد والتسخين بسبب حراره الاحتكاك أثناء FSP مما أدى إلى توليد بنية مجهرية دقيقة الحبيبات معاد بلورتها داخل المنطقة إلى حبيبات مشوهة بشدة في المنطقة الثرموميكانكية (TMAZ) حتى الوصول إلى المنطقة متأثرة بالحرارة (HAZ) والمعدن الأساس. كذلك لوحظ وجود دقائق نانوية وتغير شكل السيلكون من الشكل الصفائح الى دقائق ناعمة وكذلك مركبات نانوية منتجة ضمنيا 4356/4[1111, بعد عملية FSP . كانت متوسط ad الصلادة الدقيقة للسبيكة الاساس4356, والمواد المركبة ضمنيا )10,5 و015,؟ بالوزن (Ni هي 76، 123، 140، و152 كجم/مم2 على التوالي. وقد حصل تحسين في الصلادة الدقيقة بنسبة 29061 %84 و 90100 على التوالي. وقد أظهرت النتائج أن الزيادة في إضافة النيكل من 5 إلى %G15 بالوزن أدت إلى زيادة مقاومة الشد )153 و174 و 180) على التوالي مقارنة بالسبيكة الأساس كانت مقاومة الشد )46 Cus (MPal ان مقاومة الشد ازدادت بعد اجراء Cus FSP وصلت الى 8م2028/1للسبيكة الأساس و 247Mpa للمادة المركبة المنتجة ضمنيا 15%Ni لقد وجد أن FSP قام بتحسين الخواص الميكانيكية للسبائك الأساسية A356 والمادة المركبة المنتجة ضمنيا (4356/41111) بسبب حرارة الاحتكاك والتشوه اللدن الشديد لمنطقة .FSPed زاد FSP من صلادة السبيكة الأساس والمادة المركبة المنتجة ضمنيا 156901711 بنسبة 9014.47 %13.815 على التوالي وزاد من مقاومة الشد ل A356 و المادة المركبة المنتجة A356/ALNi bine بنسبة 9038.35 و 9069.17 على التوالي. وقد وجد أن معدل البلى للمواد المركبة A356/ALNi يقل مع زيادة نسبة النيكل في السبيكة الأساسية A356 أظهرت صور SEM أنه عندما زاد محتوى النيكل في سبيكة A356 من 75 بالوزن إلى 415 بالوزن فان آلية البلى للمواد للمركبة تغيرت من البلى الالتصاقي إلى البلى الحكي تحت ظروف الانزلاق الجاف عند اجراء اختبار البلى نوع (دبوس على القرص) تحت حالة الانزلاق الجاف للسبيكة الأساسية 8356 والمادة المركبة المنتجة ضمنيا 8356/415[[1، تبين أن سلوك البلى تغير من البلى الخفيف (الأكسدة) عند الحمل المنخفض (5N) إلى البلى الشديد (المعدني) عند الحمل الأعلى (N20) عند زمن الانزلاق الوقت )20 دقيقة). وقد وجد ان معامل الاحتكاك )1( للسبيكة الاساس A356 والمادة المركبة المنتجة ضمنيا قبل وبعد اجراء FSP يتناقص مع زيادة الحمل المسلط في اختبار البلى الجاف نوع (الكرة على القرص) عند تغير الحمل من (N5) إلى (N20) عند وقت انزلاق ثابت (20 دقيقة).

Friction stir processing (FSP) was used to modify and homogenize the microstructure of cast alloys, as well as to homogenize metal matrix composites during manufacture. The subject of FSP has recently significant scientific attention. Studies have shown that it is possible to produce defect frees bulk and surface composites with a well-distributed reinforcing material in an aluminum matrix composite. This study focuses on the fabrication of aluminum base alloy Al-Si-Mg type A356 and the production of in-situ composites A356/Al3Ni using the stir casting process. The in-situ composites were created with different weight percentages (5, 10, and 15 wt%) of Ni. Under optimal conditions, these prepared base alloys (A356 and in-situ composites) undergo surface modification using (FSP) to improve the microstructure, mechanical characteristics, and wear resistance. The Taguchi technique, a statistical design of experiment (DOE), was employed to optimize the FSP parameters for the A356 aluminum alloy. The experiment involved varying the rotational speeds (1000, 1250, and 1500 rpm), travel speeds (45, 60, and 75 mm/min), and number of passes (1, 2, and 3). A threaded cylindrical pin profile and a fixed 20 degree tilt angle were used. The tensile strength test was used to evaluate the results. For the three parameters, an orthogonal array of L9(33) was suggested, with three levels of alteration per parameter. Additionally, S/N ratio and ANOVA analyses were conducted on the obtained data. It was shown that the optimum conditions of the FSP parameters for the A356 and A356/Al3Ni(15wt%Ni) in-situ composite through applying the Taguchi method include tool rotation speed (1250 rpm), travel speed (75mm/min), and number of passes (one pass) Many tests were performed on the A356 and A356/Al3Ni in-situ composites, including micro hardness, tensile testing, microstructure, XRD, SEM-EDS, FE-SEM and wear testing. The presence of the intermetallic compound (Al3Ni) was found as peak in XRD pattern of A356 in- situ composite. The result of the microstructure observation shows that the morphology of α-Al was changed from dendrite to nearly equaxial grains with the applied FSP and fragmentation of Si particles and intermetallic compounds of Al3Ni, also results homogeneously distribution in Al-matrix. Due to the extreme plastic deformation and frictional heating that occurred during the friction stir processing (FSP), the microstructure analysis revealed that the stir zone (SZ) had refined equiaxed grains. As a result, a refined, small-grained microstructure was formed in the area where the stirring occurred. Thermomechanical affected zone (TMAZ) displayed extensively deformed grains, while the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM) retained their original grain structure. The presence of nano and ultra fine of Si and intermetallic compound Al3Ni also in-situ nanocomposite (A356/Al3Ni) are produced after FSP . Moreover the modification of eutectic-Si change from plate like shape into very fine particles was observed, as shown in FE-SEM analysis result after stir casting and FSP . The average micro hardness values regarding the base alloy A356 as well as the in-situ composite with (5,10 and 15wt%Ni) are 76, 123, 140, and 152 kg/mm2, respectively. The microhardness improvement increased by 61%,84% and 100%, respectively . It was shown that the increase in Ni addition from 5 to15 wt% lead to increase in tensile strength (153,174 and 180 MPa), respectively, compared to as cast (146MPa) and also the tensile strength increased after FSP for A356 and in-situ composite(15%Ni) (202 and 247 MPa), respectively. It was found that FSP improved the mechanical properties of A356 base alloy and in-situ composite (A356/Al3Ni) due to friction heat and severe plastic deformation of FSPed region. Moreover FSP increased the hardness of A356 and in-situ composite A356/Al3Ni (15%Ni) by 14.47% and 13.81%, respectively, and increased the tensile strength of A356 and in- situ composite A356/Al3Ni by 38.35% and 69.17%, respectively. It was found that the wear rate of A356/Al3Ni in-situ composites is reduced with increasing Ni wt% in the base alloy A356. SEM images showed that when the nickel content in the A356 matrix increased from 5wt% to 15wt%, the wear mechanism of in-situ composites changed from adhesive wear to abrasive wear during dry-sliding conditions. From the wear test (pin-on-disc) under dry-sliding condition for the base alloy A356 and in-situ composite A356/Al3Ni,it was shown that the wear behavior changed from mild(oxidative) wear at lower load (5N) to sever (metallic) wear at higher load (20N) at sliding time (20min). The friction coefficient (μ) of the base alloy A356 and in-situ composite before and after FSP was reduced as the applied load in the wear test (ball-on-disc) was increased from (5N) to (20N) at fixed sliding time (20min).

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب