آلیاژهای آلومینیوم–سیلیسیم–مس مانند A380 پرمصرف‌ترین آلیاژهای ریخته‌گری تحت فشار هستند. در این آلیاژها آهن عمداً کمی بالا نگه داشته می‌شود تا مذاب به قالب فولادی نچسبد، اما همین آهن می‌تواند به ترکیبات ترد تبدیل شود. پژوهشی مشترک از دانشگاه بولونیای ایتالیا و دانشگاه یونشوپینگ سوئد نشان داد ذرات لجن، استحکام خستگی آلیاژ A380 را در دمای اتاق تا ۲۲ درصد کاهش می‌دهند.
چرا خستگی مهم است؟
بسیاری از قطعات خودرو و ماشین‌آلات تحت بارهای تکراری کار می‌کنند؛ مثل براکت‌ها، پوسته‌ها و قطعات موتور. این قطعات ممکن است زیر حد استحکام کششی بشکنند، چون ترک‌های کوچک در هر سیکل بار کمی رشد می‌کنند. هر ذره ترد یا حفره در ریزساختار می‌تواند نقطه شروع چنین ترکی باشد. به همین دلیل کیفیت داخلی آلیاژ برای عمر قطعه تعیین‌کننده است.
روش پژوهش
پژوهشگران چهار آلیاژ بر پایه A380 ساختند که مقدار آهن، منگنز و کروم آن‌ها متفاوت بود؛ به طوری که فاکتور لجن (SF) از آلیاژ پایه تا حدود ۳٫۷ افزایش یافت. برای اینکه فقط اثر لجن سنجیده شود، نمونه‌ها با انجماد جهت‌دار و فاصله بازوی دندریتی ثابت (حدود ۱۰ میکرومتر) دوباره ذوب و ریخته شدند و سپس با پرس ایزواستاتیک گرم (HIP) تخلخل آن‌ها حذف شد. آزمون خستگی خمشی دوار در دمای اتاق (حالت T6) و در ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (پس از فراپیرسازی) انجام شد.
یافته‌های اصلی
- فاکتور لجن شاخص خوبی است: هرچه SF بالاتر بود، سطح بیشتری از ریزساختار را ذرات درشت لجن گرفته بودند. در آلیاژهای با SF حدود ۱٫۸، ۲٫۸ و ۳٫۷ ساختار جدایش‌یافته دیده شد و ذرات سنگین لجن به سمت پایین نمونه ته‌نشین شده بودند.
- نسبت بالای آهن به منگنز فاز سوزنی می‌سازد: بیشترین مقدار فاز β-Al5FeSi در آلیاژی بود که بالاترین نسبت Fe:Mn را داشت.
- کاهش ۲۲ درصدی استحکام خستگی: در دمای اتاق و حالت T6، استحکام خستگی از آلیاژ پایه تا آلیاژ دارای بیشترین SF، ۲۲ درصد کم شد. ترک‌ها در آلیاژهای پرلجن عمدتاً از خود ذرات لجن شروع شده بودند.
- در دمای بالا اثر کمتر است: در ۲۰۰ درجه، همه آلیاژها به دلیل درشت شدن رسوب‌ها و نرم شدن زمینه استحکام کمتری داشتند، اما اثر SF کمرنگ‌تر بود؛ چون زمینه نرم‌تر تمرکز تنش اطراف ذرات را کاهش می‌دهد.
نتیجه برای طراح و ریخته‌گر
این پژوهش یک پیام روشن دارد: برای قطعاتی که در دمای معمولی تحت بار تکراری کار می‌کنند، کنترل همزمان آهن، منگنز و کروم به اندازه حذف تخلخل اهمیت دارد. منگنز برای اصلاح شکل فاز آهن‌دار مفید است، اما اگر SF بیش از حد بالا برود، خود منگنز و کروم به تشکیل ذرات لجن کمک می‌کنند. برای آشنایی با فرایند، مطلب ریخته‌گری تحت فشار و برای تفاوت آلیاژهای مشابه، آلیاژ ADC12 را ببینید.
الماس آلومینیوم شمش‌های آلیاژی را با کنترل ترکیب شیمیایی در هر ذوب تولید می‌کند تا ریخته‌گر با ترکیبی قابل پیش‌بینی کار کند. برای مشاوره درباره گرید مناسب قطعات تحت بار، با واحد فروش تماس بگیرید.
پرسش‌های رایج
A380 با ADC12 چه تفاوتی دارد؟
هر دو آلیاژ Al-Si-Cu برای دایکست هستند؛ A380 طبق استاندارد آمریکایی حدود ۸ درصد سیلیسیم و ۳ تا ۴ درصد مس دارد و ADC12 ژاپنی سیلیسیم بیشتری (حدود ۱۰ تا ۱۲ درصد) دارد. حساسیت هر دو به آهن و لجن مشابه است.
چرا در دایکست آهن را کاملاً حذف نمی‌کنند؟
مقداری آهن (معمولاً حدود ۰٫۸ تا ۱ درصد) از چسبیدن مذاب به قالب فولادی جلوگیری می‌کند. هدف، حذف آهن نیست؛ کنترل آن و نسبتش با منگنز و کروم است.
منبع
L. Ceschini, A. Morri, S. Toschi, A. Bjurenstedt, S. Seifeddine, «Influence of Sludge Particles on the Fatigue Behavior of Al-Si-Cu Secondary Aluminium Casting Alloys», Metals, 8(4), 268 (2018). DOI: 10.3390/met8040268 (دسترسی آزاد). 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.