پديد آورنده :
تيموري، فرشاد
عنوان :
ساخت و مشخصه‌يابي دوفلزي آلومينيوم-چدن ريختگي جهت استفاده در موتورهاي احتراق داخلي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
ساخت و توليد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
توصيفگر ها :
دوفلزي , ريخته‌گري , خواص مكانيكي , آلومينيوم , چدن , پوشش‌دهي , صافي سطح , انتقال حرارت
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/07/08
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/07/16
چكيده فارسي :
چكيده
در سال‌هاي اخير ساخت بلوك موتور خودرو از جنس آلومينيوم با بوش چدني روبه افزايش است و خودروسازان را بر آن داشته تا با استفاده از آن وزن و در نتيجه مصرف سوخت خودروها را كاهش دهند. اين امر با استفاده از آلومينيوم با چگالي كمتر در تشكيل بدنه اصلي بلوك سيلندر و جايگذاري بوش‌هاي چدني با خودروانكاري مطلوب در درون آن محقق شده است. پيش‌تر، بوش‌هاي چدني با يك لقي مجاز بصورت پرسي و يا بوش‌هاي از نوع آب‌بندي با واشر در درون بلوك سيلندر آلومينيومي قرار مي‌گرفت، اين امر باعث عدم انتقال حرارت مناسب بين دوفلز و كاهش طول عمر سرسيلندر در موتور مي‌شد. تحقيقات نشان مي‌دهد ريخته‌گري آلومينيوم به دور بوش‌هاي چدني باعث انتقال حرارت مناسب و عملكرد مطلوب موتور خواهد شد. اين پژوهش به بررسي اتصال دوفلزي آلومينيوم-چدن ريختگي در بلوك سيلندرهاي آلومينيومي با بوش چدني مي‌پردازد. به‌منظور انتخاب آلياژ آلومينيوم مناسب براساس كاربرد آن‌ها در صنعت خودروسازي، مطالعات لازم و كافي در ارتباط با موضوع پژوهش صورت گرفت. بدين منظور آلياژهاي AlSi9Cu3 و A413 با ويژگي مناسبي كه براي قطعات ريختگي دارند، انتخاب گرديد. در اين مطالعه با جايگذاري بوش‌هايي از جنس چدن خاكستري درون قالب و ريخته‌گري آلومينيوم با آلياژ مناسب به دور آن، ميزان چسبندگي بين دوفلز، صافي سطح و نوع پوشش‌دهي روي بوش‌هاي چدني مورد بررسي قرار گرفت. در اين راستا بوش‌هاي چدني با پوشش مس، آلومينيوم، روي و بدون پوشش با هم و به دو روش ريخته‌گري با قالب ثقلي و قالب تحت فشار بالا با هم مقايسه مي‌شوند. در پژوهش حاضر، به‌منظور دستيابي به يك بلوك سيلندر دوفلزي، تاثير پارامترهاي مختلف بر كيفيت قطعه ريخته‌گري شده آلومينيوم-چدن و استحكام اتصال بين دوفلز بوسيله آزمون‌هايي در مرز اتصال بين دوفلز از نظر مكانيكي و متالورژيكي مورد آزمايش قرار گرفت. در اين راستا با توجه به ماهيت انجام ريختگي، قالب ثقلي بصورت استوانه‌اي و قالب تحت فشار بالا طراحي و ساخته شدند. نتايج آزمونهاي اتصال بين دوفلز در قطعات ريخته‌گري شده با قالب ثقلي نشان داد كه اين روش با هر نوع پوششي نمي‌تواند فرآيند مناسبي براي دستيابي به يك قطعه آلومينيوم-چدن يكپارچه باشد. بصورت چشمي نيز قابل مشاهده شد كه قطعات چسبندگي مناسبي به هم ندارند. از طرفي قطعات ريخته‌گري شده با قالب تحت فشار بالا با توجه به آزمونهاي انجام شده از نظر چسبندگي ميزان مطلوبي را دارا مي‌باشند. لذا به‌منظور بررسي بهتر پارامترهاي مختلف از قبيل صافي سطح (تراشكاري شده و ريختگي‌گري شده) و نوع پوشش (مس و آلومينيوم) روي بوش‌ها، طرح آزمايشي براي دو متغير و در دو سطح اتخاذ گرديد و هشت نمونه قطعه به‌ترتيب براي انجام آزمايش‌ها تهيه شد. نتايج نشان داد كه نوع صافي سطح بصورت ريختگي و با پوشش مس بهترين نوع براي رسيدن به كيفيت مناسب نسبت به ديگر پارامترها مي‌باشد. هم‌چنين مشخص شد ريخته‌گري با قالب تحت فشار بالا به‌دليل فشردگي حاصل از ماهيت فرآيند خود، نسبت به ريخته‌گري با قالب ثقلي عملكرد بهتري در اتصال بين دوفلز صورت مي‌دهد. ضمناً در قطعات نمونه ريخته‌گري تحت فشار بالا هيچ پيوند متالورژيكي مشاهده نشد و صرفاً قطعات قفل مكانيكي حاصل از صافي سطح بين دوفلز را دارا مي‌باشند. براي بررسي كيفيت ريخته‌گري بوسيله ميكروسكوپ نوري مرز بين دوفلز در قطعه‌هاي توليد شده به دو روش ريخته‌گري مشاهده شد. نتايج نيز در آزمونهاي بررسي استحكام پيوند و استحكام برشي بين دوفلز در نمونه قطعه‌هاي ريخته‌گري تحت فشار بالا با صافي سطح ريختگي بوش‌هاي چدني تنشي بيش از 90 مگاپاسكال را تحمل كردند. هم‌چنين براي بررسي و مقايسه ميزان نرخ انتقال حرارت بين دو روش جا زدن پرسي بوش چدني با 05/0ميليمتر انطباق در درون بلوك سيلندر آلومينيومي و روش ريخته‌گري آلومينيوم به دور بوش چدني در فرآيند ريخته‌گري تحت فشار بالا آزمايشي طراحي شد. بررسي ميزان نرخ انتقال حرارت در مرز بين دوفلز ريختگي، نشان داد توليد بلوك سيلندر در فرآيند ريخته‌گري تحت فشار بالا از ديگر روش‌هاي توليدي بهتر است. در نهايت بر اساس تحليل داده‌هاي حاصل از آزمونهاي اتصال، نمونه قطعه‌هاي ريخته‌گري تحت فشار بالا همراه با بوش چدني با صافي سطح ريختگي، مي‌تواند انتخاب مناسبي براي توليد بلوك سيلندر دوفلزي آلومينيوم-چدن ريختگي باشد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Recently, production of motor cylinder blocks of automotives by a bi-metal casting process is increasing. Such casting process includes cast-iron bushes surrounded by an Aluminum alloy cylinder block. Automotive industries are interested in applying such bi-metal casting in order to decrease fuel consumption due to reduction in vehicle weight. As a result, Aluminum alloy is used as a lighter main part of cylinder body while cast-iron bushes inside cylinder holes remain for self-lubricating effect. In past, cast-iron bushes were inserted into Aluminum cylinder blocks with an allowable tolerance by a press machine. But it causes an air trap between two materials and prevents appropriate thermal conductivity, then a premature failure in cylinder head gasket happens. Investigations show that casting an Aluminum alloy around cast-iron bushes could help thermal conductivity and well function of motor. This research focuses on joining quality of Al alloy to cast iron for using in Al cylinder block with cast-iron bushes. For this purpose, AlSi9Cu3 and A413 alloys were selected which have good castability. In this study, level of adherence, surface roughness (as-cast bushes and machined bushes) and coating materials on cast-iron bushes were examined. Copper, Aluminum and Zinc coated bushes and also uncoated ones compared in two different casting processes; gravity casting and Die casting methods. Casting quality and mechanical properties of the joints were examined by bonding and shear strength tests. Related molds were designed by Inventor and then produced. Results shows that gravity casting is not a good method for making an integrated bi-metal cylinder to achieve good mechanical properties. Visual observations proved such outcome. However produced parts by Die casting show appropriate adherence. In order to study parameters like surface roughness and coating material, a DOE made by Minitab in two parameters and two levels; so eight samples were made for tests. It appears that produced parts in as-cast finish with Copper coating obtain high mechanical properties of joint. Also produced cylinder by Die casting show higher strength of joint relative to gravity casting. Optical examinations appears that no metallurgical bonds happened in parts made by Die casting; while interlocking occurred between the boundary of joint. Result of compression test shows maximum amount up to 90Mpa in as-cast samples produced by Die casting. Also analysis of thermal conductivity reveals high rate of thermal conduction through boundary of two joined materials in Die-casted Al block with cast-iron bush relative to conventional ways.
استاد راهنما :
محمود فرزين , علي مالكي
استاد داور :
محسن بدرسماي , امين اله محمدي
