شماره مدرك
21345
شماره راهنما
18270
پديد آورنده
كاظمي ورنامخواستي، محمد
عنوان
تاثير فرآيند پيرسازي بر خواص مكانيكي و ريزساختار آلياژ مس-بريليم مورد استفاده در پيستون تزريق دستگاه ريختهگري تحت فشار بالا
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
پانزده، 105ص. :مصور،جدول،نمودار
توصيفگر ها
ريختهگري تحت فشار بالا , پيستون تزريق , آلياژ مس-بريليم , ريزساختار , خواص مكانيكي , عملياتحرارتي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/27
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/29
كد ايرانداك
23255206
چكيده فارسي
پيستونهاي تزريق دستگاههاي ريختهگري تحت فشار بالا با محفظه سرد، به دليل قرارگيري در معرض چرخههاي مكرر حرارتي و مكانيكي، تماس با مذاب و تنشهاي ناشي از تزريق، بهتدريج دچار تغييرات ريزساختاري و افت خواص مكانيكي ميشوند. با توجه به هزينه بالاي آلياژ CuCoNiBe مورد استفاده در ساخت اين قطعات، هدف از پژوهش حاضر، بررسي امكان بازيابي خواص مكانيكي آلياژ مستعمل از طريق عمليات حرارتي و بررسي ارتباط ميان تغييرات ريزساختاري و رفتار مكانيكي آن بود. بدين منظور، نمونههايي از پيستون نو و مستعمل تهيه شد و تركيب شيميايي آلياژ با استفاده از آزمونهاي كوانتومتري و طيفسنجي پلاسماي جفتشده القايي(ICP-OES) تعيين و با تركيب شيميايي آلياژهاي استاندارد CuCoNiBe مقايسه شد. سپس نمونههاي مستعمل تحت عمليات حرارتي انحلالي در دماهاي 950 و 1030 درجه سانتيگراد و زمانهاي مختلف قرار گرفتند. پس از انتخاب شرايط بهينه انحلالي، عمليات پيرسازي در دماي 450 درجه سانتيگراد و زمانهاي مختلف انجام شد. بررسي ريزساختار با استفاده از ميكروسكوپهاي نوري و الكتروني روبشي (SEM و FESEM) و پراش پرتو ايكس (XRD) و ارزيابي خواص مكانيكي با آزمونهاي سختيسنجي ويكرز و كشش صورت گرفت. نتايج نشان داد كه نمونه نو داراي دانههاي نسبتاً ريز، دوقلوييهاي فراوان و رسوبات ريز و پراكنده CoNiBe با سختي حدود 250 ويكرز است؛ درحاليكه نمونه مستعمل به دليل شرايط طولانيمدت كاري، رشد دانهها و رسوبات، كاهش تعداد دوقلوييها و كاهش تراكم رسوبات را تجربه كرده و سختي آن به 220 ويكرز رسيده است. با افزايش دما و زمان عمليات انحلالي، انحلال رسوبات در زمينه افزايش و اندازه و تعداد آنها كاهش يافت. همچنين رشد دانهها در شرايط دما و زمان بالاتر موجب كاهش تدريجي سختي شد، بهطوريكه حداقل سختي حدود 80 ويكرز اندازهگيري شد. عمليات پيرسازي در دماي 450 درجه سانتيگراد موجب تشكيل مجدد رسوبات، افزايش تراكم رسوبات ريز و توزيع يكنواختتر آنها در زمينه شد و در نتيجه، سختي و استحكام كششي آلياژ افزايش يافت. بيشترين سختي و استحكام كششي نهايي پس از پيرسازي بهترتيب 317 ويكرز و 770 مگاپاسكال به دست آمد. بررسي نتايج آزمون كشش و ريزساختارها نشان داد كه خواص مكانيكي به ميزان انحلال رسوبات، رشد دانهها و رسوبگذاري مجدد وابسته است و انتخاب شرايط مناسب عمليات حرارتي در ايجاد تعادل ميان استحكام و شكلپذيري نقش تعيينكننده دارد. بر اساس نتايج، سيكل بهينه بازيابي شامل عمليات حرارتي انحلالي در دماي 950 درجه سانتيگراد به مدت 105 دقيقه و سپس پيرسازي در دماي 450 درجه سانتيگراد به مدت 60 دقيقه تعيين شد كه بهترين تركيب از استحكام، سختي و رفتار شكست را فراهم كرد. در مجموع، نتايج نشان داد كه با انتخاب مناسب پارامترهاي عمليات حرارتي ميتوان بخش قابلتوجهي از خواص مكانيكي آلياژ مستعمل CuCoNiBe را بازيابي كرد و زمينه افزايش عمر مفيد پيستونهاي تزريق و كاهش هزينههاي تعويض قطعات در صنايع ريختهگري تحت فشار بالا را فراهم ساخت.
چكيده انگليسي
Injection plungers used in cold-chamber high-pressure die casting machines are subjected to repeated thermal and mechanical cycles, direct contact with molten metal, and stresses induced by the injection process. These conditions gradually lead to microstructural changes and deterioration of mechanical properties. Given the high cost of CuCoNiBe alloy used in these components, this study aimed to investigate the feasibility of recovering the mechanical properties of used CuCoNiBe alloy through heat treatment and to examine the relationship between microstructural evolution and mechanical behavior. For this purpose, samples were obtained from new and used injection plungers. The chemical composition of the alloy was determined using optical emission spectroscopy (quantometry) and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), and the results were compared with the chemical compositions of standard CuCoNiBe alloys. The used samples were then subjected to solution heat treatment at 950 and 1030 °C for various durations. After determining the optimum solution heat-treatment conditions, aging treatments were performed at 450 °C for different durations. Microstructural characterization was carried out using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), and X-ray diffraction (XRD). The mechanical properties were evaluated using Vickers hardness and tensile tests. The results showed that the unused sample exhibited relatively fine grains, numerous annealing twins, and fine, dispersed CoNiBe precipitates, with a hardness of approximately 250 HV. In contrast, prolonged exposure to service conditions resulted in grain and precipitate coarsening, a reduction in the number of twins, and a decrease in precipitate density, reducing the hardness of the used sample to 220 HV. Increasing the solution heat-treatment temperature and duration promoted precipitate dissolution into the matrix while reducing precipitate size and number. Grain growth at higher temperatures and longer treatment durations also led to a gradual decrease in hardness, with a minimum measured value of approximately 80 HV. Aging at 450 °C promoted reprecipitation, increased the density of fine precipitates, and resulted in a more uniform precipitate distribution throughout the matrix, thereby substantially improving hardness and tensile strength. The maximum hardness and ultimate tensile strength obtained after aging were 317 HV and 770 MPa, respectively. Analysis of the tensile test results and microstructures indicated that the mechanical properties depended on the extent of precipitate dissolution, grain growth, and subsequent reprecipitation. These findings highlight the critical role of selecting appropriate heat-treatment conditions in achieving a suitable balance between strength and ductility. Based on the results, the optimum heat-treatment cycle for recovering the properties of the used alloy consisted of solution heat treatment at 950 °C for 105 min, followed by aging at 450 °C for 60 min. This treatment provided the best combination of strength, hardness, and fracture behavior. Overall, the findings demonstrated that appropriate selection of heat-treatment parameters can recover a substantial proportion of the mechanical properties of used CuCoNiBe alloy, potentially extending the service life of injection plungers and reducing component replacement costs in high-pressure die casting industries.
استاد راهنما
بهزاد نيرومند , محمود مرآتيان اصفهاني
استاد داور
محمدرضا طرقي نژاد , محمدحسين مصلينژاد