بررسی اثر پارامترهای فرآیند تولید شمش نیمه جامد آلیاژ al-a356 بر روی خواص قطعه تولیدی به روش تیکسوفورجینگ

مزایای استفاده از فرآیندهای نیمه جامد کاهش میزان تخلخل های گازی و انقباضی و اصلاح ریزساختار است که بهبود خواص مکانیکی قطعه را بدنبال دارد. در این تحقیق از روش سطح شیب دار خنک شونده به منظور تولید شمشال های اولیه استفاده شده است. هدف اصلی این مرحله تولید شمشالی با ریزساختار مطلوب از نظر کوچکترین اندازه دانه و بالاترین فاکتور شکل بوده که این امر از طریق ایجاد شرایط بارریزی کنترل شده و یکنواخت با قابلیت کنترل اتمسفر محقق گردید. در مرحله بعد با استفاده از شمشال به دست آمده و از طریق فرآیند آهنگری با شمش نیمه جامد، تولید قطعه درپوش گیربکس حلزونی مدل 62 بدلیل داشتن دیواره های صاف و نازک صورت پذیرفت. هدف بخش دوم تولید قطعه ای صنعتی نزدیک به شکل نهایی با استحکام مناسب بود. در این تحقیق تاثیر پارامترهای فرآیند سطح شیب دار شامل دما، طول و زاویه سطح شیب دار، دما و نرخ بارریزی به صورت جامع مورد بررسی قرار گرفت. برای اینکه بتوان اثر پارامترهای متقابل را مورد بررسی و تحلیل قرار داد از روش طراحی فاکتوریل استفاده شد. همچنین بررسی ارتباط بین پارامترهای فرآیند و عوامل موثر بر غیردندریتی شدن ریزساختار که شامل نرخ برش، مدت زمان اعمال آن و کسر جامد دوغاب می باشند، با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود و از طریق نرم افزار flow-3d بررسی گردید. در ضمن بدلیل اینکه آلومینیم فلزی است که بخصوص در حالت مذاب قابلیت واکنش شیمیایی و حلالیت فیزیکی با اجزای هوای محیط بخصوص اکسیژن و هیدروژن را دارد که منجر به ایجاد ترکیبات اکسیدی و تخلخل در شمشال می شود تاثیر کنترل اتمسفر توسط گاز آرگون مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله دوم نیز بعد از تولید قطعه سالم، تاثیر عوامل موثر نظیر دمای قطعه و قالب، مدت زمان نگهداری قطعه در دمای نیمه جامد، فشار اعمالی به قطعه و سرعت رام پرس بررسی گردید. برای داشتن تحلیل دقیق تر و برقراری روابط حاکم در تاثیر عوامل موثر با استفاده از نرم افزار deform-3d، شبیه سازی هایی با شرایط حاکم انجام پذیرفت و با نتایج حاصل از آزمون های آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مطلوب ترین نتیجه از نظر بالاترین درصد کرویت بیشترین مقدار سختی و کوچکترین اندازه دانه در نرخ بارریزی ml/s8، طول سطح mm400، زاویه سطح ?40 و دمای بارریزی c?625 بدست می آید. در این شرایط درصد کرویت و اندازه دانه ها به ترتیب حدود 77% و µm76 و مقدار سختی حدود hb80 می شود. همچنین اثر متقابل پارامترها، تاثیر بیشتری را بر مقادیر خروجی نسبت به تاثیر هر پارامتر به صورت مجزا داشته که در این میان اثر متقابل پارامتر طول سطح شیب دار و نرخ بارریزی به میزان حدود 40% و اثر متقابل پارامترهای دمای بارریزی، طول سطح شیب دار و نرخ بارریزی به میزان حدود 17% دارای بیشترین تاثیر می باشند. در ضمن با بکارگیری اتمسفر محافظ بدلیل کاهش میزان ناخالصی و تخلخل در ریزساختار، شکل پذیری و استحکام آلیاژ به ترتیب 5/17% و 28% افزایش می یابد. مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با نتایج شبیه سازی نیز نشان می دهد که برای داشتن ریزساختار مناسب، در صورتی که کسرجامد دوغاب خروجی بین 30 تا 35 درصد باشد، باید نرخ برش و انرژی تلاطم را تا حد امکان بالا برد. در ضمن شبیه سازی انجام گرفته در بخش آهنگری نیمه جامد و ارائه پارامترهای وابسته به نرم افزار، به خوبی سیلان آلیاژ را در حالت نیمه جامد تقریب زده و تطابق خوبی را با نتایج حاصل از آزمون های آزمایشگاهی نشان می دهد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دمای قالب از °c25 به °c450، مقدار تناژ پرس 21% کاهش پیدا می کند. همچنین دمای قالب بالاتر باعث بروز ریزساختاری درشت تر و ناهمگن در آلیاژ می شود که این امر باعث کاهش تقریبی 13% سختی در نمونه ها شده است. با افزایش دمای قطعه و مدت زمان نگهداری در آن دما، رشد دانه ها به دلیل پدیده رایپنینگ اتفاق افتاد. نتایج نشان می دهد که اندازه دانه ها برای مدت زمان نگهداری min 5، با افزایش دما از 570 به °c600 به میزان 5% و در دمای °c570 با افزایش زمان نگهداری از 5 به min 30 به میزان 74% افزایش می یابد.