1 مقدمه

ریخته گری آلومینیومی یک روش اصلی برای تولید اجزای-تولید-شکل{2} با حجم بالا و تقریباً برای کاربردهای خودرو، الکترونیک و مصرف کننده باقی مانده است. چالش‌های دائمی شامل کنترل تخلخل، پایداری ابعادی، و تغییرپذیری مکانیکی{4}}برگرفته از ریزساختار است. مطالعه حاضر یک چارچوب تجربی تکرارپذیر را مستند می‌کند که متغیرهای فرآیند کنترل‌شده را به تغییرات قابل اندازه‌گیری در تخلخل و رفتار مکانیکی مرتبط می‌کند و کاربرد مستقیم در یک محیط تولید را امکان‌پذیر می‌سازد.

2 روش تحقیق

2.1 طراحی آزمایشی

یک طرح آزمایشی فاکتوریل چهار عامل اصلی را ارزیابی کرد: دمای مذاب (T_melt)، دمای قالب (T_die)، سرعت شلیک (V_shot)، و فشار نگه‌داری (P_hold). هر عامل دارای سه سطح (کم، متوسط، زیاد) بود که از محدوده‌های معمولی تا عمل صنعتی انتخاب شدند. در مجموع 27 اجرا (طراحی 3^3 برای تأثیرگذارترین عوامل) تکمیل شد. برای مقایسه‌های حیاتی، اندازه نمونه در هر شرط n=10 بود تا درمان آماری پایه (میانگین ± انحراف استاندارد) مجاز باشد.

2.1.1 آماده سازی مواد و مذاب

آلیاژ: آلیاژ ریخته گری سری A380. ترکیب و اثر حرارتی در پیوست A ثبت شده است.

جابجایی مذاب: شار گاز قبل از ریختن انجام می شود. مذاب تحت اتمسفر کنترل شده نگهداری می شود تا جذب هیدروژن را محدود کند.

سطوح سوپرهیت: هدف در 680-730 درجه (دمای ریختن مذاب تنظیم شده در آزمایش). مشخصات حرارتی هر 5 ثانیه با استفاده از ترموکوپل نوع K ثبت می شود.

2.1.2 ابزار و ماشین آلات

قالب: قالب فولادی دو حفره با کانال های خنک کننده منسجم. درج های مجهز به ترموکوپل های نوع K.

دستگاه: دستگاه ریخته گری با محفظه سرد 1000 کیلونیوتن مجهز به نمایه شات قابل برنامه ریزی و شات حلقه بسته-کنترل سرعت.

ابزار اندازه گیری: ثبت داده ها با سرعت بالا (1 کیلوهرتز) برای نمایه شات. دمای ذوب و قالب تا 1± درجه ثبت شد.

2.1.3 مدیریت و نمونه برداری پس از فرآیند

نمونه ها: میله های کششی استاندارد استخراج شده توسط اره از ریخته گری پس از 24 ساعت خنک سازی طبیعی. ماشینکاری با هندسه گیج سازگار با ASTM برای آزمایش کشش.

برچسب‌گذاری نمونه: هر نمونه با شناسه اجرا، شماره حفره و شماره نمونه برای ردیابی کدگذاری می‌شود.

2.1.4 روش های آزمایش (تمرکز تکرارپذیری)

آزمایش کشش: طبق روش‌های استاندارد تست کشش با استفاده از ماشین نوع Instron-. تنظیم سرعت ضربدری برای دستیابی به نرخ کرنش 1 × 10^-3 s^-1.

سختی: HV بر روی مقاطع صیقلی-با استفاده از بار 10 کیلوگرمی اندازه گیری می شود. میانگین پنج تورفتگی در هر نمونه.

تخلخل: دو روش اعمال شده - (الف) روش جرم غوطه وری ارشمیدس برای کسر تخلخل توده، و (ب) تجزیه و تحلیل تصویر نوری بر روی مقاطع صیقلی برای به دست آوردن کسر ناحیه و توزیع اندازه منافذ. اسکریپت های محاسباتی برای تکرارپذیری در پیوست B ارائه شده است.

متالوگرافی: نمونه ها با معرف استاندارد کلر برای ارزیابی ریزساختار در زیر میکروسکوپ نوری (200×1000×) و میکروسکوپ الکترونی روبشی در جایی که نشان داده شده است، نصب، آسیاب، صیقل داده شده و اچ شده اند.

3 نتایج و تجزیه و تحلیل

3.1 خلاصه ای از نتایج کمی کلیدی

جدول 1 معیارهای مکانیکی و تخلخل را برای مجموعه پارامترهای پایه، متوسط ​​و بهینه خلاصه می کند. همه مقادیر نشان دهنده میانگین ± انحراف استاندارد (n=10 در هر شرط) هستند.

جدول 1. معرف معیارهای مکانیکی و تخلخل

3.2 مشاهدات ریزساختاری

شکل 1 (زیر) میکروگراف های نوری را نشان می دهد که شرایط پایه و بهینه را مقایسه می کنند. نمونه های پایه تخلخل بین دندریتی گسترده و شبکه های یوتکتیک درشت تر را ارائه می دهند. نمونه های بهینه شده تخلخل کاهش یافته و فاصله بین دندریتی ریزتر را نشان می دهند.

شکل 1.میکروگرافهای نوری (200×) مقاطع صیقلی و حکاکی شده-: (الف) وضعیت پایه که منافذ بین دندریتی را نشان می‌دهد. (ب) شرایط بهینه با کاهش تراکم منافذ.[درج تصاویر با وضوح بالا-در نسخه نهایی. فایل های تصویر خام آرشیو شده در ضمیمه A.]

3.3 تجزیه و تحلیل آماری و مقایسه با گزارش های موجود

تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA) روی مجموعه داده فاکتوریل، دمای مذاب و سرعت شات را به عنوان عوامل اصلی واریانس تخلخل (p <0.01) شناسایی کرد، با دمای قالب و فشار نگه‌داری اثرات قابل‌توجه اما کوچک‌تر (p <0.05). کاهش مشاهده شده در تخلخل و افزایش متناظر در عملکرد کششی از نظر کیفی با مطالعات صنعتی قبلی مطابقت دارد. سهم حاضر اندازه‌های اثر ترکیبی را تحت یک پروتکل اندازه‌گیری به‌صراحت مستند شده، کمیت می‌کند (بخش 2.1.4).

4 بحث

4.1 تفسیر روابط علی

کاهش فوق گرمای مذاب حلالیت گاز را کاهش می دهد و اندازه سلول های انقباض را کاهش می دهد و به کاهش کسر تخلخل کمک می کند. دمای نسبتاً بالاتر قالب باعث انجماد جهتی و کاهش گرادیان های حرارتی می شود که در غیر این صورت گاز را به دام می اندازند. پروفیل شات که تلاطم را در طول پر کردن قالب به حداقل می رساند، حباب اکسید و گیر افتادن هوا را محدود می کند. اگر قبل از تشکیل کسر جامد قابل توجه اعمال شود، فشار نگه داشتن انقباض را کاهش می دهد. بنابراین اثر ترکیبی از نظر مکانیکی با پیشرفت‌های ریزساختاری مشاهده‌شده و دستاوردهای مکانیکی سازگار است.

4.2 محدودیت ها

ویژگی آلیاژ: نتایج برای آلیاژ سری A380- گزارش شده است. اثرات وابسته به آلیاژ (به عنوان مثال، برای انواع Al-Si-Mg) ممکن است متفاوت باشد.

هندسه ابزار و مقیاس ماشین: یک قالب دو حفره و ماشین 1000 کیلونیوتن استفاده شد. مقیاس بندی به قالب های بزرگتر یا کلاس های مختلف ماشین ممکن است نیاز به تنظیم مجدد پارامتر داشته باشد.

محدوده اندازه گیری: در حالی که ارشمیدس و تجزیه و تحلیل تصویر معیارهای تکمیلی تخلخل را ارائه می دهند، توزیع تخلخل سه بعدی از CT اشعه ایکس ممکن است برای اجزایی با ویژگی های داخلی پیچیده ضروری باشد.

4.3 مفاهیم عملی

خطوط تولید می‌توانند مراحل عملی زیر را اجرا کنند: کاهش گرمای مذاب در پنجره‌های قابل قبول، ترموکوپل‌های حیاتی ابزار برای کنترل دمای قالب حلقه بسته، و برنامه‌ریزی پروفیل‌های شات که انتقال با آشفتگی بالا را محدود می‌کنند. نمودارهای کنترل فرآیند برای کسر تخلخل (نمونه گیری ماهانه) برای حفظ قابلیت فرآیند توصیه می شود.

5 نتیجه گیری

کنترل پارامترهای فرآیند در ریخته گری فشار قوی آلومینیومی مستقیماً بر کسر تخلخل و عملکرد مکانیکی تأثیر می گذارد. پروتکل تجربی مستند شده در اینجا نشان می‌دهد که تنظیمات هماهنگ شده-فوق‌گرم مذاب پایین‌تر، سرعت شلیک تعدیل‌شده، و دمای قالب بالا{2}}کاهش‌های آماری قابل‌توجهی در تخلخل و بهبودهای قابل اندازه‌گیری در استحکام کششی و ازدیاد طول ایجاد می‌کنند. استفاده از گردش کار اندازه گیری و تجزیه و تحلیل مستند، نظارت و تنظیم مجدد برای خطوط تولید صنعتی را امکان پذیر می کند. کار آینده باید رویکرد را به هندسه های قالب چندگانه، آلیاژهای اضافی و مشخصه تخلخل سه بعدی گسترش دهد.

تگ های محبوب: ریخته گری آلومینیوم و ماشینکاری cnc، تولید کنندگان ریخته گری آلومینیوم و ماشینکاری cnc چین، تامین کنندگان، کارخانه