بهبود خواص مکانیکی آلیاژ غنی از منگنز al-4ni-4mn با افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی

آلیاژهای هیپویوتکتیک alni به سبب قابلیت ریخته گری عالی و استحکام ویژه بسیار مناسب، به ویژه در دماهای بالا، کاربرد گسترده ای در صنایع خودروسازی و هوا فضا دارند. افزودن منگنز به ترکیب این آلیاژها موجب تشکیل رسوبات جدید غنی از منگنز شده و تاثیری مثبت بر استحکام و سختی آنها به خصوص در دماهای بالا دارد. با این حال در غلظت های بیش از حدود 2% وزنی، ابعاد و کسر حجمی رسوبات غنی از منگنز افزایش یافته و موجب افت خواص مکانیکی به ویژه انعطاف پذیری و چقرمگی آلیاژ می شود. بر این اساس در تحقیق حاضر سعی شده است با افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی، اثرات منفی افزایش غلظت منگنز بر خواص کششی آلیاژهای هیپویوتکتیک alni کنترل شود. بدین منظور نمونه های تهیه شده از آلیاژ غنی از منگنز al4ni4mn، منجمد شده تحت دو سرعت 3/5 و °c/s 10/5، تحت عملیات فرآوری اصطکاکی اغتشاشی (rpm 1600 و mm/min 12) قرار گرفتند. نتایج حاصل از مطالعات ریزساختاری و آنالیز تصویری حاکی از کاهش قابل ملاحظه ی ابعاد و توزیع یکنواخت ذرات بین فلزی غنی از منگنز (و نیکل) در زمینه، کاهش شدید اندازه دانه ها و حذف عیوب ریختگی شامل تخلخل های گازی و انقباضی و لایه های اکسیدی دوگانه محبوس شده است. بررسی تاثیر مشترک افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی بر خواص مکانیکی آلیاژ حاکی از آن است که استحکام کششی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول، چقرمگی و سختی میکروسکپی آلیاژ به ترتیب حدود 63، 55، 123، 188 و58 % بهبود می یابند.

Improving the Mechanical Properties of Mn-rich Al-4Ni-4Mn Alloy by Increasing the Solidification Rate and Friction Stir Processing

Hypoeutectic AlNi alloys are extensively used in automotive and aerospace industries due to their excellent castability and appropriate hightemperature specific strength. The addition of Mn to the composition of these alloys promotes the formation of Mnrich precipitates and improves their strength and hardness, especially at high temperatures. However, if the Mn content exceeds 2 wt. %, increasing the size and volume fraction of Mnrich compounds adversely affects the mechanical properties, especially the ductility and toughness of the alloys. On this basis, the current study was aimed to control the negative impact of high Mn content on tensile properties of hypoeutectic AlNi alloys by increasing the solidification rate and friction stir processing. For this purpose, the Al4Ni4Mn samples, prepared under different solidification rates of 3.5 and 10.4 °C/s, were subjected to friction stir processing (12 mm/min, 1600 rpm). Microstructural characterization and image analysis results show the substantial refinement of Mnrich particles and their distribution in the matrix, refinement of grains, and elimination of casting defects such as gas/shrinkage porosities and entrained oxide bifilms. According to the results, increasing the solidification rate and applying of friction stir processing improved the tensile strength, yield strength, fracture strain, toughness, and microhardness of alloy by 63, 55, 123, 188 and 58%, respectively.