توصيفگر ها :
آلياژ AlSi10Mg , ذوب گزينشي با ليزر , رفتار خستگي پرچرخه , ريختهگري , عمليات حرارتي , شكستنگاري
چكيده فارسي :
ذوب گزينشي با ليزر به عنوان يكي از روشهاي ساخت افزودني، فناوري جذابي در توليد سريع قطعات فلزي با ساختار پيچيده است. اين فناوري كه به سرعت در حال توسعه و پيشرفت است، امكان توليد برخي از آلياژهاي آلومينيوم را نيز فراهم كرده است. با توجه به كاربرد گسترده قطعات توليد شده به روش ذوب گزينشي با ليزر در صنايع مختلف، ارزيابي رفتار خستگي اين قطعات از اهميت ويژهاي برخوردار است. اين مسئله به ويژه در مورد آلياژهاي آلومينيوم مانند AlSi10Mg كه در حوزههايي مانند خودروسازي و هوافضا استفاده ميشوند، حائز اهميت است. با وجود اهميت اين موضوع، بررسيهاي انجام شده نشان ميدهد كه تاكنون در داخل كشور، مطالعه جامعي بر روي رفتار خستگي آلياژ AlSi10Mg توليد شده به اين روش صورت نگرفته و دادههاي كافي در اين زمينه در دسترس نيست. بنابراين در اين پژوهش، رفتار خستگي آلياژ AlSi10Mg توليد شده به روش ذوب گزينشي با ليزر به صورت خمشي دوار بررسي شده است. اين آلياژ به دليل خواص مكانيكي برجسته، از جمله نسبت استحكام به وزن بالا، جوشپذيري مناسب و مقاومت در برابر خوردگي، كاربردهاي گستردهاي در حوزههاي اشاره شده دارد. هدف اين تحقيق، دستيابي به اطلاعات جامعي از عملكرد خستگي آلياژ AlSi10Mg در رژيم پرچرخه، در دو حالت پس از ساخت و عمليات حرارتي رسوبسختي شده كه از فرايندهاي پسپردازش متداول اين آلياژ محسوب ميشود، است. علاوه بر اين، نتايج به دست آمده با رفتار خستگي آلياژ آلومينيومي مشابه كه به روش ريختهگري ماسهاي، به عنوان يكي از روشهاي ساخت متداول، توليد شده است، مورد مقايسه قرار گرفت. آزمونهاي خستگي خمشي دوار براي هر دو دسته نمونه، در سطوح تنش 195 و 234 مگاپاسكال (معادل 75% و 90% تنش تسليم ماده توليدشده به روش ذوب گزينشي با ليزر در حالت عمليات حرارتي شده) انجام شد. نتايج نشان داد كه نمونههاي ذوب گزينشي با ليزر در حالت پس از ساخت، بالاترين عمر خستگي را در بين سه گروه مورد بررسي داشتند، كه اين موضوع به ساختار شبكهاي سيليسيم و چگالي بالاي نابجاييها نسبت داده شد. در مقابل، نمونههاي ريختهگري به دليل حضور عيوب انقباضي، ساختار دندريتي درشتتر و تمركز تنش ناشي از تيغههاي سيليسيم، ضعيفترين عملكرد خستگي را نشان دادند. نمونههاي ذوب گزينشي با ليزر عمليات حرارتيشده عملكردي بين دو گروه ديگر داشتند. هرچند كه تغييرات ريزساختاري ناشي از عمليات حرارتي، مانند شكسته شدن ساختار شبكهاي سيليسيم، كرويشدن ذرات و كاهش چگالي نابجاييها، موجب كاهش عمر خستگي آنها در مقايسه با حالت پس از ساخت شد، اما همچنان عملكرد بهتري نسبت به نمونههاي ريختهگري داشتند. از بررسي شكستنگاري مقاطع نمونهها به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي دريافت شد كه مكانيزمهاي آغاز و رشد ترك ميتواند به عواملي از جمله زبري سطح، عيوب ناشي از عدم ذوب و تغييرات ريزساختاري بستگي داشته باشد. همچنين مشاهدهي خطوط اثر سهميشكل (ناشي از ادغام تركهاي كوچك با ترك اصلي خستگي) جهت گسترش ترك را نشان ميدهند.
چكيده انگليسي :
selective Laser Melting (SLM), as one of additive manufacturing method, is an advanced technology for the rapid production of metallic components with complex geometries. This rapidly evolving technology has also enabled the production of certain aluminum alloys. Given the widespread application of SLM-manufactured components in various industries, evaluating their fatigue behavior is of significant importance. This is particularly crucial for aluminum alloys such as AlSi10Mg, which are widely used in sectors like automotive and aerospace. Despite its importance, studies indicate that no comprehensive research has been conducted domestically on the fatigue behavior of AlSi10Mg produced by SLM, and sufficient data on this topic is lacking. Therefore, in this research, the high-cycle fatigue behavior of AlSi10Mg alloy produced by SLM was investigated under rotary bending conditions. Due to its outstanding mechanical properties, including high strength-to-weight ratio, good weldability, and excellent corrosion resistance, this alloy has extensive applications in the mentioned fields. The objective of this study was to obtain comprehensive insights into the fatigue performance of AlSi10Mg alloy in the high-cycle fatigue regime, in both as-built and T6 heat-treated conditions, which are among the common post-processing treatments for this alloy. Additionally, the obtained results were compared with the fatigue behavior of a similar aluminum alloy produced by sand casting, one of the conventional manufacturing methods. Rotary bending fatigue tests were conducted for both categories of samples at stress levels of 195 MPa and 234 MPa (equivalent to 75% and 90% of the yield strength of the heat-treated SLM-manufactured material). The results demonstrated that the as-built SLM samples exhibited the highest fatigue life among the three investigated groups, which was attributed to their silicon-rich network structure and high dislocation density. In contrast, the cast samples showed the poorest fatigue performance due to the presence of shrinkage defects, coarser dendritic structures, and stress concentrations induced by silicon platelets. The heat-treated SLM samples exhibited an intermediate fatigue performance between the other two groups. Although microstructural changes caused by heat treatment, such as the breakdown of the silicon-rich network, spheroidization of silicon particles, and reduced dislocation density, led to a reduction in fatigue life compared to the as-built condition, they still outperformed the cast samples. Fractographic analysis of the fracture surfaces using scanning electron microscopy (SEM) revealed that crack initiation and propagation mechanisms were influenced by factors such as surface roughness, lack of fusion defects, and microstructural variations. Additionally, the presence of parabolic striations, resulting from the coalescence of small cracks with the main fatigue crack, provided insight into the crack growth direction.