شماره مدرك
21024
شماره راهنما
18041
پديد آورنده
مقارهعابد، علي
عنوان
آلياژسازي درجاي آلياژ Al-5%Cu به روش ذوب بستر پودر با ليزر و ارزيابي خواص مكانيكي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
ساخت و توليد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
86ص
توصيفگر ها
آلياژ Al-Cu , ذوب بستر پودر با ليزر , آلياژسازي درجا , عمليات حرارتي , ترك انجمادي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/15
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/16
كد ايرانداك
23218783
چكيده فارسي
در اين پژوهش، آلياژ آلومينيوم-5 درصد وزني مس (Al-5Cu) به روش آلياژسازي درجا و با استفاده از فرآيند ذوب بستر پودر با ليزر توسعه يافت. انتخاب اين تركيب شيميايي به دليل ماهيت تجاري و كاربردي آن در توسعه آلياژهاي پيشرفته سري 2000 صورت گرفت كه ميتواند زمينهساز توليد آلياژهايي با استحكام بسيار بالا باشد. هدف اين تحقيق، دستيابي به اطلاعات جامعي از پارامترهاي فرآيندي مناسب براي توليد اين آلياژ و همچنين ارزيابي عملكرد مكانيكي آن در دو حالت پس از ساخت و پس از اعمال عمليات حرارتي رسوبسختي بود. در گام نخست، عناصر فلزي سازنده آلياژ با استفاده از تركيب دو روش آسيابكاري گلولهاي و اختلاط مستقيم پودر مخلوط شدند. سپس ساخت نمونههاي مختلف در دو سري انجام گرفت. پس از تعيين پارامترهاي بهينه جهت توليد نمونههاي متراكم و بدون ترك، نمونههاي آزمون فشار و كشش ساخته شدند. با توجه به اينكه آلياژ Al-5Cu براي رسيدن به خواص مطلوب بايد عمليات حرارتي شود، سيكل عمليات حرارتي بهينه براي اين آلياژ به روش تجربي تعيين شد و تمام نمونه¬ها، قبل از آزمون¬هاي ارزيابي خواص مكانيكي، عمليات حرارتي شدند. همچنين ريزسختي نمونهها در مراحل مختلف ارزيابي و با آلومينيوم خالص توليدشده به روش ذوب بستر پودر با ليزر مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه در سرعتهاي روبش بالا، باوجود دستيابي به چگالي نسبي 8/99 درصد، تركهاي انجمادي گستردهاي در ساختار نمونهها ايجاد شد. با اصلاح پارامترهاي فرآيند و كاهش سرعت روبش به 100 ميليمتر بر ثانيه، گراديان حرارتي تعديل شده و نمونههايي كاملاً متراكم و عاري از ترك توليد گرديد. شناسايي فاز بينفلزي Al₂Cu بهوسيله آزمون پراش پرتو ايكس، موفقيت فرآيند آلياژسازي درجا را تأييد كرد. در نهايت، پيرسازي مصنوعي در دماي 190 درجه سانتيگراد به مدت 5/12 ساعت (پس از 3 ساعت انحلال)، منجر به دستيابي به بيشينه سختي معادل 101 ويكرز شد كه نشاندهنده افزايشي بيش از 200 درصد نسبت به آلومينيوم خالص است. در ارزيابي خواص مكانيكي، تنش تسليم فشاري ميانگين نمونه بهينه 208 مگاپاسكال و استحكام نهايي كششي 259 مگاپاسكال حاصل شد كه در مقايسه با روش ريختهگري، بهبود چشم¬گيري در استحكام نشان ميدهد. اين ارتقاي خواص به ريزساختار سلولي فوقريز حاصل از انجماد سريع و توزيع يكنواخت رسوبات استحكامساز پس از عمليات حرارتي نسبت داده شد. همچنين تحليل تفاوت رفتار كششي و فشاري نشان داد كه تخلخلهاي ميكروسكوپي در حين بارگذاري فشاري بسته شده و منجر به ثبت تنش تسليم بالاتري شدند. در مجموع، پنجره فرآيندي بهدستآمده در اين پژوهش ميتواند بهعنوان راهنمايي دقيق براي دستيابي به آلياژهاي مستحكمتر در اين خانواده از مواد مورد استفاده قرار گيرد
چكيده انگليسي
In this research, an aluminum alloy with 5% copper by weight (Al-5Cu) was developed via in-situ alloying using Laser Powder Bed Fusion (LPBF). This chemical composition was chosen due to its commercial and practical nature in developing advanced 2000-series alloys, which can serve as a foundation for producing ultra-high-strength alloys. The objective of this study was to obtain comprehensive information on suitable processing parameters for fabricating this alloy and to evaluate its mechanical performance in both as-built and after precipitation hardening heat treatment conditions. Initially, the constituent metallic elements of the alloy were mixed using a combination of ball milling and direct powder blending. Subsequently, the fabrication of various samples was carried out in two series. After determining the optimal parameters for producing dense, crack-free samples, simple compression and tensile test specimens were fabricated. Furthermore, given the significant structural differences between parts produced via LPBF and conventional casting, the most appropriate heat treatment cycle for this alloy was designed, evaluated, and determined to enhance its mechanical properties. Additionally, the microhardness of the samples was evaluated at different stages and compared with LPBF-produced pure aluminum. The results indicated that at high scan speeds, despite achieving a relative density of 99.8%, extensive solidification cracks formed in the sample structure. By modifying the process parameters and significantly reducing the scan speed to 100 mm/s, the thermal gradient was moderated, resulting in fully dense, crack-free samples. Moreover, the identification of the intermetallic Al₂Cu phase via X-ray diffraction confirmed the success of the in-situ alloying process. Finally, artificial aging at 190°C for 12.5 hours (following 3 hours of solution treatment) led to a peak hardness of 101 HV, representing an increase of over 200% compared to pure aluminum. In the evaluation of mechanical properties, the optimized samples recorded an average compressive yield strength of 208 MPa and an ultimate tensile strength of 259 MPa, demonstrating a significant improvement in strength compared to traditional casting methods. This enhancement in properties is attributed to the ultra-fine cellular microstructure resulting from rapid solidification and the uniform distribution of strengthening precipitates after heat treatment. Furthermore, the analysis of asymmetric tensile and compressive behavior revealed that microscopic pores close during compressive loading, leading to higher recorded yield strength. In summary, the process window obtained in this research can serve as a precise guide for achieving stronger alloys within this material family
استاد راهنما
علي مالكي , محسن بدرسماي
استاد داور
محسن صفوي , محمد آرام فرد