نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

هدف از این مقاله، بررسی تشکیل ترکیبات بین‌فلزی در فصل مشترک دوفلزی آلومینیوم و مس است که از روش ریخته‌گری مرکب مذاب آلومینیوم درون لوله مسی جامد تولید می‌شوند. مکانیزم تشکیل ترکیبات بین‌فلزی در فصل مشترک و اثرات دمای بارریزی مذاب آلومینیوم و دمای پیشگرم لوله مسی جامد بر نوع و ضخامت ترکیبات بین‌فلزی بررسی شد و ریزساختار فصل مشترک Al/Cu به‌وسیله میکروسکوپ نوری و رِیزتحلیلگر پروب الکترونی (EPMA) شناسایی شد. نتایج مبین این است که فصل مشترک از سه لایه اصلی شامل لایه I ترکیب یوتکتیک α-Al/Al_۲Cu ، لایه II ترکیب بین‌فلزی Al_۲Cu(θ) و لایه III شامل چندین ترکیب بین‌فلزی مانند AlCu، Al_۳Cu_۴، Al_۲Cu_۳ و Al_۴Cu_۹ تشکیل شده است. با توجه به ترکیب هایپریوتکتیک مذاب، در فصل مشترک ابتدا لایه II با مکانیزم جوانه زنی و رشد فاز θ، سپس لایه I با مکانیزم انحلال و انجماد و در انتها لایه III با مکانیزم استحاله فازی حالت جامد به‌وجود آمده است. افزایش دمای مذاب آلومینیوم و پیشگرم مس جامد منجر به افزایش ضخامت ترکیبات بین‌فلزی در فصل مشترک و در نتیجه افزایش مقاومت الکتریکی ویژه و کاهش استحکام پیوند Al/Cu شد که با توجه به نتایج آزمون تجربی به نظر می‌رسد استحکام پیوند تحت تأثیر ضخامت لایه‌های II و III باشد.

در این پژوهش تاثیر زمان عملیات زیر صفر روی رفتار تریبولوژیکی و ریزساختار فولاد سخت شونده سطحی ۵۱۲۰AISI ، مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه­های دیسکی شکل در دمای ۹۲۰ درجه ‌سانتی‌گراد به مدت ۶ ساعت کربن‌دهی و در هوا خنک شدند و پس از آستنیته­کردن درروغن سرمایش شدند؛ سپس بلافاصله پس از سرمایش و سنباده زنی، نمونه‌ها به مدت ۱، ۲۴، ۳۰ و ۴۸ ساعت در نیتروژن مایع نگهداری شدند و در دمای ۲۰۰ درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت ۲ ساعت بازگشت شد. آزمون سایش به روش گلوله روی دیسک با استفاده از ساچمه کاربید تنگستنی با دو بار ۸۰ و ۱۱۰ نیوتن انجام شد. به‌منظور مشاهده‌ کاربید‌ها از محلول کلرید مس (۵ گرم)+ هیدروکلریک اسید (۱۰۰ میلی‌لیتر) + اتانول (۱۰۰ میلی‌لیتر) استفاده شد. سختی نمونه­ها به روش ویکرز با بار ۳۰۰ نیوتن قبل و بعد از بازگشت اندازه‌گیری شد. درصدآستنیت باقی‌مانده از روش تفرق اشعه X محاسبه شد؛ میزان آستنیت باقی‌مانده در نمونه CHT، ۸ درصد، ۱DCT، ۴ درصد و در بقیه­ی نمونه­ها به میزانی کاهش یافته است که در الگوی پراش پیکی مشاهده نشد. نتایج نشان داد که عملیات زیر صفر عمیق منجر به افزایش سختی در تمام نمونه‌ها شده و میزان مقاومت سایشی در نمونه‌ها در هر دو بار اعمالی ۸۰ و ۱۱۰ نیوتن، در زمان­های ۱ و ۲۴ ساعت نسبت به نمونه عملیات زیر صفر نشده افزایش و در نمونه‌های ۳۰ و ۴۸ ساعت عملیات زیر صفر شده کاهش یافته است؛ به­گونه­ای که نمونه­ی ۴۸ ساعت عملیات زیر صفر شده دارای کمترین مقاومت سایشی است. علت افزایش سختی نمونه­ها به‌دلیل کاهش میزان آستنیت باقی‌مانده در اثر عملیات زیر صفر عمیق و دلیل کاهش مقاومت سایشی نمونه­ها پس از ۲۴ ساعت، رشد کاربید­ها و توزیع غیریکنواخت آن در ریز­ساختار و در نتیجه ضعیف شدن زمینه بوده است؛ بنابراین مدت زمان ۲۴ ساعت عملیات زیر صفر عمیق بر فولاد ۵۱۲۰ زمانی بهینه است.

برخلاف روش‌های متداول افزودن عنصر آلیاژی به کل قطعه، در این پژوهش بهبود خواص سطحی چدن خاکستری با استفاده از روش آلیاژسازی درجای سطحی در حین ریخته‌گری بررسی شد. به این منظور سیم‌های مسی به قطر ۴/۰ و ۸/۰ میلی‌متر قبل از ذوب‌ریزی در قالب نصب شد. آنالیز عنصری، حضور مس در سطح و لایه‌های زیر سطح تا عمق یک سانتی‌متر را نشان داد. بررسی‌های ریزساختاری تغییر توزیع گرافیت از A به D و E، کاهش فازگرافیت و افزایش پرلیت در سطح را نشان دادند. نتایج سختی سنجی نشان داد که سختی سطح نمونه‌های حاوی مس افزایش یافت و نتایج آزمون سایش مشخص کرد که مقاومت سایشی نمونه با مس نسبت به نمونه شاهد افزایش یافته است.