بهینه سازی ترکیب شیمیایی آلیاژ آلومینیوم ۶۰۸۲ با هدف کاهش فازهای بین فلزی مخرب و جدایش میکروساختاری با استفاده از طراحی مخلوط و محاسبات ترمودینامیکی

آلیاژهای آلومینیوم به طور گسترده ای در صنایع مختلف نظیر خودروسازی، ساخت و ساز، تولیدات مکانیکی و کشتی سازی مورد استفاده قرار می گیرند. روند جایگزینی قطعات فولادی با آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا به ویژه در راستای سبک سازی در صنعت اهمیت روزافزونی یافته است. کاربرد این آلیاژها در قطعات ساختاری خودرو نظیر بدنه، شاسی، چرخ ها و فلنج ها در حال افزایش است. آلیاژ آلومینیوم ۶۰۸۲ که متعلق به سری Al-Mg-Si است به دلیل ویژگی هایی همچون استحکام متوسط، چقرمگی خوب، مقاومت عالی در برابر خوردگی و قابلیت جوشکاری از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. این آلیاژ به واسطه عملیات حرارتی T۶ (شامل محلول سازی و پیرسختی) قابلیت تقویت دارد. در این راستا، بهبود خواص مکانیکی آلیاژ ۶۰۸۲ به ویژه در فرآیندهایی مانند ریخته گری تحت فشار به شدت تحت تاثیر ریزساختار اولیه و کنترل دقیق فازهای ثانویه قرار دارد. ترکیب شیمیایی به ویژه عناصر جزئی همچون Cu، Mn، Fe تاثیرات پیچیده ای بر خواص این آلیاژها دارند؛ به عنوان مثال عنصر Mn می تواند به تشکیل فاز AlFeNi کمک کند که نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی ایفا می نماید. کنترل تشکیل فازهای نامطلوب و جدایش عناصر در حین انجماد به منظور جلوگیری از کاهش استحکام مکانیکی و محدودیت های کاربردی ضروری است. هدف اصلی این پژوهش بهینه سازی ترکیب شیمیایی آلیاژ ۶۰۸۲ از دیدگاه شبیه سازی ترمودینامیکی به منظور به حداقل رساندن جدایش فاز و حذف یا کنترل فازهای ثانویه مخرب می باشد. در این پژوهش، مقادیر عناصر Mn، Fe و Si در کنار پایه Al در محدوده مجاز استاندارد EN ۵۷۳-۳ به عنوان متغیرهای طراحی مخلوط در نظر گرفته شد. طراحی آزمایش ها با بهره گیری از روش Mixture Design در ماژول Optimal نرم افزار Design-Expert انجام گرفت و ۳۲ ترکیب شیمیایی تولید گردید. منحنی های انجماد تعادلی و غیرتعادلی مدل Scheil-Gulliver تمامی ترکیب ها با استفاده از پایگاه داده ترمودینامیکی COST۵۰۷ در نرم افزار OpenCalphad و پایگاه داده JmatPro نسخه ۷ محاسبه شد و تاثیر همزمان این عناصر بر کسر و مورفولوژی فازهای بین فلزی، محدوده انجماد بررسی گردید. نتایج بهینه سازی نشان داد که با تنظیم دقیق ترکیب شیمیایی در محدوده مجاز استاندارد، آلیاژهایی با جدایش میکروساختاری کمتر و کسر فازهای مخرب B-Al۵FeSi و AlMgFeSi پایین تر نسبت به ترکیب تجاری رایج ۶۰۸۲ به دست آمد. این آلیاژهای بهینه شده امکان تولید محصول با کیفیت بالاتر از شمش های بازیافتی و کاهش ضایعات ناشی از ترک خوردگی گرم را فراهم می آورند.

کلیدواژه ها:

آلیاژ ۶۰۸۲ ، طراحی مخلوط ، Design-Expert ، Mixture Design ، انجماد غیرتعادلی ، OpenCalphad ، JMatPro ، جدایش میکروساختاری