AS7U3G یکی از آلیاژهای ریختگی آلومینیوم–سیلیسیم–مس است که در قطعات خودرو و صنعت حمل‌ونقل استفاده می‌شود. پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان بررسی کرده‌اند که نوع قالب و سرعت سرد شدن چگونه ریزساختار این آلیاژ را تغییر می‌دهد و این تغییر چقدر روی استحکام اثر می‌گذارد؛ و برای پیش‌بینی آن، ثابت‌های رابطه هال–پچ اصلاح‌شده را برای این آلیاژ به دست آورده‌اند.
AS7U3G چیست؟
AS7U3G نام‌گذاری فرانسوی آلیاژی با حدود ۷ درصد سیلیسیم (S7)، حدود ۳ درصد مس (U3) و مقداری منیزیم (G) است. این آلیاژ هیپویوتکتیک است؛ یعنی سیلیسیم آن کمتر از ترکیب یوتکتیک (حدود ۱۲٫۶ درصد) است و ریزساختارش از دندریت‌های آلومینیوم و سیلیسیم یوتکتیک میان آن‌ها تشکیل می‌شود. مس و منیزیم به آلیاژ امکان سخت شدن با عملیات حرارتی می‌دهند.
دو متغیر ریزساختاری که استحکام را تعیین می‌کنند
- فاصله بازوهای ثانویه دندریتی (SDAS): هرچه مذاب سریع‌تر منجمد شود، دندریت‌ها ریزتر و فاصله بازوهای آن‌ها کمتر می‌شود.
- ضخامت تیغه‌های سیلیسیم یوتکتیک: تیغه‌های درشت سیلیسیم ترد هستند و ترک را آسان‌تر شروع می‌کنند.
رابطه هال–پچ اصلاح‌شده، اثر این دو متغیر را بر استحکام تسلیم و استحکام کششی به شکل ریاضی بیان می‌کند. این دو متغیر خودشان به ترکیب شیمیایی، سرعت سرد شدن و عملیات روی مذاب (مانند اصلاح و جوانه‌زایی) بستگی دارند.
روش پژوهش
آلیاژ AS7U3G از دمای ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد در سه قالب ریخته شد: قالب ماسه‌ای، قالب فلزی پیش‌گرم‌شده و قالب فلزی آبگرد. سرعت سرد شدن با آنالیز حرارتی اندازه‌گیری شد، ریزساختار با متالوگرافی کمی بررسی شد و نمونه‌ها تحت آزمون کشش قرار گرفتند.
یافته‌ها
- سرعت سرد شدن در قالب فلزی آبگرد ۱۵٫۷ برابر قالب ماسه‌ای بود.
- در نتیجه، میانگین فاصله بازوهای ثانویه دندریتی از ۵۴ میکرومتر به ۱۷ میکرومتر کاهش یافت.
- با کاهش SDAS از ۴۵ به ۱۷ میکرومتر، استحکام تسلیم حدود ۱۶٫۵ درصد و استحکام کششی حدود ۶٫۵ درصد افزایش یافت.
- با داده‌های متالوگرافی و کشش، ثابت‌های رابطه هال–پچ اصلاح‌شده برای AS7U3G تعیین شد؛ به طوری که می‌توان از روی سرعت سرد شدن و ریزساختار، استحکام را تخمین زد و برعکس، برای رسیدن به استحکام مشخص، شرایط انجماد را طراحی کرد.
رابطه هال–پچ به زبان ساده
رابطه هال–پچ در اصل برای فلزات تک‌فاز بیان شد و می‌گوید هرچه دانه‌ها ریزتر باشند، استحکام تسلیم بیشتر است. در آلیاژهای ریختگی آلومینیوم–سیلیسیم، به جای اندازه دانه از فاصله بازوهای دندریتی و ضخامت تیغه‌های سیلیسیم استفاده می‌شود. نسخه اصلاح‌شده این رابطه با چند ثابت تجربی، سهم هر کدام از این دو متغیر را مشخص می‌کند.
اهمیت عملی
این نتایج توضیح می‌دهد چرا یک آلیاژ واحد در ریخته‌گری ماسه‌ای، ریخته‌گری ثقلی در قالب فلزی و ریخته‌گری تحت فشار خواص متفاوتی می‌دهد. برای طراح، رابطه‌های به‌دست‌آمده ابزاری است برای پیش‌بینی خواص بخش‌های مختلف قطعه با ضخامت‌های متفاوت. برای ریخته‌گر، پیام این است که انتخاب قالب، دمای قالب و سیستم خنک‌کاری به اندازه ترکیب شیمیایی اهمیت دارد. مقایسه روش‌ها را در ریخته‌گری ثقلی و ماسه‌ای ببینید.
کیفیت پایه همه این‌ها، شمش با ترکیب درست است. الماس آلومینیوم شمش‌های آلیاژی Al-Si-Cu را با کنترل ترکیب در هر ذوب تولید می‌کند؛ گریدها را ببینید.
پرسش‌های رایج
معادل AS7U3G در استانداردهای دیگر چیست؟
AS7U3G از نظر ترکیب به آلیاژهای Al-Si7-Cu3-Mg در استاندارد اروپایی EN 1706 (مانند EN AC-46300) نزدیک است. برای سفارش، همیشه ترکیب دقیق مورد نیاز را مشخص کنید.
چرا افزایش استحکام تسلیم بیشتر از استحکام کششی بود؟
ریز شدن ریزساختار بیشتر روی شروع تغییر شکل پلاستیک (تسلیم) اثر می‌گذارد؛ استحکام کششی نهایی به عوامل دیگری مانند عیوب و ذرات ترد هم وابسته است.
منبع
میثم لشنی زند، بهزاد نیرومند، علی مالکی، «تعیین ثابت‌های رابطه هال–پچ اصلاح‌شده و ارتباط خواص مکانیکی با ریزساختار آلیاژ AS7U3G»، مواد پیشرفته در مهندسی، دانشگاه صنعتی اصفهان، سال ۳۷، شماره ۴، زمستان ۱۳۹۷. DOI: 10.29252/jame.37.4.91. مشاهده مقاله اصلی
این نوشته برداشت و خلاصه تحریریه الماس آلومینیوم از یک مقاله علمی منتشرشده است؛ برای جزئیات کامل آزمایش‌ها، جدول‌ها و تصاویر به اصل مقاله مراجعه کنید.