بررسی تاثیر استرانسیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ91

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 3، دوره 8، شماره 32، مرداد 1397، صفحه 31-42   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

آریا افشارنادری¹؛ جعفر راثی‌زاده غنی²؛ مهدی ملکان^{* 3}؛ مسعود امامی⁴

¹دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده ‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران

²دانشیار، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده ‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران

³استادیار، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده ‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران

⁴استاد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده ‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران

تاریخ دریافت: 27 تیر 1396،  تاریخ بازنگری: 21 مرداد 1397،  تاریخ پذیرش: 05 شهریور 1396 

چکیده

در این پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ91 در شرایطی که به آن مقادیر مختلف عنصر استرانسیم (0، 05/0، 5/0 و 1 درصد وزنی) افزوده شده بود، مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار و خواص مکانیکی هر یک از آلیاژها، توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، دستگاه آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و دستگاه تست کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی‌ها نشان داد که با افزودن استرانسیم، کسر حجمی فاز Mg₁₇Al₁₂ در آلیاژ کاهش یافته است. همچنین با افزایش استرانسیم اندازه دانه‌ها بعد از عملیات حرارتی همگن‌سازی به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. در این حالت اندازه دانه‌ها از 131 میکرومتر در AZ91 بدون استرانسیم به 43 میکرومتر در آلیاژ AZ91 همراه با 1 درصد وزنی استرانسیم کاهش یافت. علاوه بر این مشاهده شد که بیش­ترین استحکام کششی و درصد ازدیاد طول در بین آلیاژهای مورد بررسی، در آلیاژ AZ91 به همراه 1 درصد وزنی استرانسیم رخ می‌دهد. با افزایش استرانسیم از صفر تا یک درصد وزنی، استحکام کششی از MPa 129 به MPa 177 و میزان درصد ازدیاد طول از 1/1 به 2 درصد، افزایش می‌یابد. همچنین بررسی سطح شکست نیز نشان داد که شکست در این آلیاژها به صورت کلیواژ (ترد) می‌باشد و با افزوده شدن استرانسیم تغییری در نوع سطح شکست به وجود نمی‌آید.

کلیدواژه‌ها

آلیاژ منیزیم AZ91؛ استرانسیم (Sr)؛ ریزساختار؛ خواص مکانیکی؛ اندازه دانه

عنوان مقاله [English]

Effect of Sr on Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Magnesium Alloy

نویسندگان [English]

A. Afsharnaderi¹؛ J. Rasizadeh²؛ M. Malekan³؛ M. Emamy⁴

¹MSc student, School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran

²- Associate Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran

³Assistant Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran

⁴Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran

چکیده [English]

       In this study, the effect of different amounts of Sr (0, 0.05, 0.5, 1 wt.%) was investigated on microstructure and mechanical properties of the AZ91 magnesium alloy. The microstructure and mechanical properties were investigated using optical microscope, scanning electron microscope (SEM), X-ray diffractometer (XRD) and tensile test. The results shown that by adding Sr, the volume fraction of the Mg₁₇Al₁₂ phase decreased. It was also found that the grain size decreased significantly by addition of Sr, after homogenization. In this case, the grain size decreased from 131 μm in AZ91 to 43 μm in AZ91 with 1 wt.% Sr. Furthermore, the optimum amount of UTS and elongation were observed by the addition of 1 wt.% Sr to AZ91 magnesium alloy. UTS and elongation increased from 129 MPa and 1.1% to 177 MPa and 2%, respectively, when the 1 wt.% Sr was added to the AZ91 alloy. The fracture surface observations showed that fracture mode in these alloys were cleavage and the Sr addition does not change the fracture mode.

کلیدواژه‌ها [English]

AZ91 magnesium alloy, strontium (Sr), Microstructure, mechanical properties, Grain size

مراجع

References:

1- B. L. Mordike, T. Ebert, Magnesium: Properties -Applications-Potential, Materials Science and Engineering, Vol. 302, pp. 37-45, 2001.

2- K. U. Kainer, Magnesium Alloys and Technology, Wiley-VCH, Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003.

3- X. Q. Zhang, Y. X. Wang, W. J. Ding, “Effect of Strontium on the Microstructure, Mechanical properties and Fracture Behavior of AZ31 Magnesium Alloys”, Metal Mater Trans, Vol. 37, pp. 1333-1341, 2006.

4- R. J. Chen, A. T. Tang, M. B. Yang, F. S. Pan, “Effects of Al-Sr Master Alloys on the As-Cast Microstructure of the AZ31 Magnesium Alloys”, Materials Science Forum, Vol 546, pp 183-186. , 2007.

5- A. Srinivasan, U. T. Pillai, J. Swaminathan, S. K. Das, B. C. Pai, “Observations of Microstructural Refinement in Mg-Al-Si Alloys Containing Strontium”, Journal of Materials Science, Vol. 41, pp. 6087-6089, 2006.

6- K. Y. Nam, D. H. Song, C. W. Lee, “Modification of Mg₂Si Morphology In As-Cast Mg-Al-Si Alloys With Strontium and Antimony”. Materials Science Forum, Vol 510, pp. 224-238, 2006.

7- B. Chen, D. L Lin, L. Jin, X. Q. Zeng, C. Lu, “Equal-channel angular pressing of magnesium alloy AZ91 and its effects on microstructure and mechanical properties”, Materials Science and Engineering, Vol. 483-484, pp. 113-116, 2008.

8- E. Cerri, P. Leo, P. De Marco, “Hot Compression Behavior of the AZ91 Magnesium Alloy Produced by High Pressure die casting”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 189, pp. 97-106, 2007.

9- M. M. Avedesian, H. Baker, Magnesium and Magnesium Alloys. ASM Specialty Handbook, Materials Park, ASM International, 1999.

10- I. A. Yakubtsov, B. J  Diak, C. A. Sager, B. Bhattacharya, W. D. Macdonald, M. Niewcsaz, “Effects of Heat Treatment on Microstructure and Tensile Deformation of Mg AZ80 Alloy at Room Temperature”, Materials Science and Engineering, Vol. 496, pp. 247-255, 2008.

11- A. V. Koltygin, T. A. Bazlova, and I. V. Plisetskaya, “Effect of Calcium on The Process of Production and Structure of Magnesium Melted by Flux-Free Method”, Metal Science and Heat Treatment, Vol. 54, Nos. 9 – 10, January, 2013.

12- H. Chandler, “Heat Treater’s Guide practices and procedures for Nonferrous Alloys”, The Materials Information Society, ASM International, 3^rd Edition, March, 2006.

13- A. Kielbus, L. Cizek, L. Pawlica, “Microstructural Changes of AZ91 Magnesium Alloy After Heat Treatment”, 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications. Ed.: Kainer, K. U. Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH, pp. 196-202. 2004.

14- Wang Qu-dong, Chen Wen-zhou, Zeng Xiao-qin, Lu Yi-zhen, Ding Wen-jiang, Zhu Yan-ping, Xu Xiao-ping, “Effects of Ca Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Magnesium Alloy”, Journal of Materials Science, Vol. 36, pp. 3035-3040, 2001.

15- Y. Cheng, T. Qin, H. Wang, Z. Zhang, “Comparison of Corrosion Behaviors of AZ31, AZ91, AM60 and ZK60 Magnesium alloys”, Trans. Nonferrous Met. Soc., China, Vol. 19, pp 517-524, 2009.

16- S. Lee, S. H. Lee, D. H.  Kim, “Effect of Y, Sr and Nd Addition in the Microstructure and Microfracture Mechanism of Squeeze-Cast AZ91x Magnesium Alloys”, Metal Mater Trans, Vol. 29, pp 1221-1235, 1998.

17- Y. C. Lee, D. H. StJohn, J. E. C. Hutt, A. K. Dahle, “Effect of Grain Refinement and Silicon Content on Grain Formation in Hypoeutectic Al-Si Alloys”, Materials Science and Engineering, Vol. 259, pp. 43-52, 1999.

18- J. E. C. Hutt, A. K. Dahle, Y. C. Lee, D. H. StJohn, “Effects of Growth Restriction and Effective Nucleant Potency on Grain Size and Morphology in Al-Si and Al-Cu Alloys”, Light Metals: Proceedings of Sessions, TMS Annual Meeting. Warrendale, PA, USA, Minerals, Metals & Materials Society (TMS), pp. 685-692, 1999.

19- A. K. Dahle, Y. C. Lee, M. D. Nave, P. L. Schaffer, D. H. StJohn, “Development of As-Cast Microstructure in Magnesium-Aluminum Alloys”. Journal of Light Metals, Vol. 1, pp. 61-72, 2001.

20- Y. Z. Lu, Q. D. Wang, W. J. Ding, X. Q. Zeng, Y. P. Zhu, “Fracture Behavior of AZ91 Magnesium alloy”, Materials Letters, Vol. 44, pp. 265-268, 2000.