توسعه یک روش قطعه ریزی تک مرحله ای جهت تولید مستقیم ریزساختار غیردندریتی از مذاب

به منظور ساخت قطعات نیمه جامد فلزی، نیاز به دوغابی با ساختار غیر دندریتی می باشد. این کار معمولا با اعمال تنش برشی به مذاب در حال انجماد، یا افزایش نرخ جوانه زنی در حین انجماد، انجام می شود. همه روش های ارائه شده تاکنون، از عملیات دو مرحله ای استفاده می کنند، به گونه ای که ابتدا دوغاب در خارج قالب تهیه شده و سپس به درون قالب وارد می گردد. از طرف دیگر ویسکوزیته بالاتر دوغاب های نیمه جامد نیاز به استفاده از قالب های فلزی گران قیمت را ضروری ساخته است. با توجه به این موضوع، هدف از این تحقیق توسعه روش جدیدی برای تولید ریزساختار غیردندریتی در طی فرآیند ریخته گری آلیاژ آلومینیوم در قالب ماسه ای، بدون هیچ فرآیند ویژه قبلی می باشد. به همین منظور در مرحله اول تحقیق، یک قالب ماسه ای به همراه سه نوع سیستم راهگاهی متفاوت طراحی شد و با استفاده از نرم افزار شبیه سازی procast، نحوه پرشدن قالب و انجماد قطعات در حالت های مختلف ریخته گری مورد بررسی قرار گرفت. بعد از بررسی نتایج شبیه سازی، مرحله دوم که شامل ریخته گری آلیاژ a356 در سه نوع سیستم راهگاهی در حالت مذاب و تحت شرائط ثقلی و گریز از مرکز بود، انجام شد. این سیستم های راهگاهی شامل سیستم راهگاهی اول( راهگاه بارریز بدون ماهیچه)، سیستم راهگاهی دو( راهگاه بارریز با ماهیچه ماسه ای) و سیستم راهگاهی سوم( راهگاه بارریز با ماهیچه ماسه ای مبرددار) بود. نمونه های ریخته شده در این مرحله از لحاظ خصوصیات ساختاری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. در مرحله سوم، ریزساختار و میزان طول سیالیت قطعات ریخته گری گریز از مرکز شده در حالت نیمه جامد در سه سیستم راهگاهی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه آزمون های اندازه گیری سختی، تخلخل و خواص کششی برای تعدادی از قطعات تولید شده در هر دو حالت کاملا مذاب و نیمه جامد بررسی شد. نتایج بررسی های ریزساختاری قطعات ریخته شده در مرحله دوم، نشان داد که با استفاده از سیستم راهگاهی نوع سه، کاهش دمای فوق گداز و استفاده از نیروی گریز از مرکز، دستیابی به ساختار غیردندریتی امکان پذیر شد. نتایج بررسی های ریزساختاری در مرحله سوم نشان داد که با افزایش کسر جامد، اندازه دانه ها، اندازه مجموعه دانه ها و کرویت دانه ها افزایش یافته و کرویت مجموعه دانه ها کاهش می یابد. با تغییر سیستم راهگاهی از حالت یک به سه در یک کسر جامد مشخص، اندازه دانه ها کاهش یافته و کرویت دانه ها افزوده می گردد. در بررسی های صورت گرفته بر میزان طول سیالیت در این مرحله، مشاهده شد که در کسر جامد 15/0 سیالیت آلیاژ نیمه جامد a356 در سیستم راهگاهی دو نسبت به سیستم راهگاهی یک و سه بیشتر است. با بررسی سختی نمونه های ریخته شده در حالت کاملا مذاب، مشاهده گردید که با به کارگیری نیروی گریز از مرکز، کاهش دمای فوق گداز و استفاده از سیستم راهگاهی سه، سختی نمونه ها افزوده شد. در نمونه های ریخته شده در حالت نیمه جامد، با افزایش کسر جامد، سختی نمونه ها کاهش یافت. با بررسی نمونه های کشش، مشاهده شد که با تغییر سیستم راهگاهی از حالت یک به سه، استفاده از نیروی گریز از مرکز و کاهش دمای فوق گداز، خواص مکانیکی نمونه های ریخته شده افزایش یافت.