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Engineering

बेहतर गलन क्षमता और उच्च सेवा तापमान के साथ नए कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु की तैयारी के लिए एक उपलब्ध तकनीक

Published: September 23, 2018 doi: 10.3791/57180
Automatic Translation
1,3, 1,2, 1, 1, 1, 2
1School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, 2Department of Mechanical Engineering, Hong Kong Polytechnic University, 3Department of Mechanical and Electrical Engineering, Chengdu Aeronautic Polytechnic

Summary

यहां हम एक उपंयास Mn-घन-आधारित मिश्र धातु एक उच्च गुणवत्ता गलाने प्रौद्योगिकी और उचित गर्मी उपचार विधियों द्वारा उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन के साथ प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं ।

Abstract

मैंगनीज (Mn)-कॉपर (घन)-आधारित मिश्र धातु क्षमता को भिगोने के लिए पाया गया है और हानिकारक कंपन और शोर प्रभावी ढंग से कम करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । M2052 (mn-20Cu-5Ni-2Fe, पर%) mn-घन-आधारित मिश्र धातुओं की एक महत्वपूर्ण शाखा है, जो दोनों उत्कृष्ट गलन क्षमता और प्रक्रिया के पास है । हाल के दशकों में, अध्ययन के बहुत से बाहर M2052 के प्रदर्शन अनुकूलन पर किया गया है, गलन क्षमता में सुधार, यांत्रिक गुणों, संक्षारण प्रतिरोध, और सेवा तापमान, आदि प्रदर्शन के प्रमुख तरीके अनुकूलन मिश्र धातु, गर्मी उपचार, उपचार, और ढलाई आदिके विभिंन तरीके हैं, जो बीच में मिश्र धातु, के रूप में अच्छी तरह के रूप में एक उचित गर्मी उपचार अपनाने, सही और व्यापक प्राप्त करने के लिए सरल और सबसे प्रभावी तरीका है प्रदर्शन. ढलाई मोल्डिंग के लिए उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ M2052 मिश्र धातु प्राप्त करने के लिए, हम MnCuNiFe मिश्र धातु मैट्रिक्स के लिए Zn और अल जोड़ने और microstructure में एक तुलना के लिए गर्मी उपचार विधियों की एक किस्म का उपयोग करने का प्रस्ताव है, क्षमता, और सेवा तापमान । इस प्रकार, एक नए प्रकार के कलाकारों की आयु वर्ग Mn-22.68 घन-1.89 ni-1.99 fe-1.70 zn-6.16 अल (पर.%) मिश्र धातु बेहतर भिगोने की क्षमता और उच्च सेवा तापमान के साथ एक अनुकूलित गर्मी उपचार विधि द्वारा प्राप्त की है । फोर्जिंग तकनीक के साथ तुलना में, कास्ट मोल्डिंग सरल और अधिक कुशल है, और इस के रूप में कास्ट मिश्र धातु की गलन क्षमता उत्कृष्ट है । इसलिए, वहां एक उपयुक्त कारण के लिए लगता है कि यह इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए एक अच्छा विकल्प है ।

Introduction

के बाद से Mn-घन मिश्र धातु Zener द्वारा पाए गए1क्षमता को भिगोना है, वे व्यापक ध्यान और2अनुसंधान प्राप्त हुआ है । Mn-घन मिश्र धातु के फायदे हैं कि यह उच्च गलन क्षमता है, विशेष रूप से कम तनाव आयाम पर, और इसकी गलन क्षमता एक चुंबकीय क्षेत्र है, जो ferromagnetic भिगोने मिश्र धातु से काफी अलग है द्वारा परेशान नहीं किया जा सकता है । Mn-घन-आधारित मिश्र धातुओं की उच्च गलन क्षमता मुख्य रूप से आंतरिक सीमाओं के movability को जिंमेदार ठहराया जा सकता है, जिसमें मुख्य रूप से जुड़वां सीमाएं और चरण सीमाएं शामिल हैं, जो आमने-सामने केंद्रित-घन-से-आमने-केन्द्रित-चतुष्कोणीय में उत्पन्न होती हैं ( f.c.c.-f.c.t.) martensite परिवर्तन तापमान के तहत चरण संक्रमण (टीटी)3. यह पाया गया है कि टीटी mn-घन-आधारित मिश्र धातु4,5में mn सामग्री पर सीधे निर्भर करता है; यही कारण है कि, उच्च Mn सामग्री, उच्च टीटी और बेहतर सामग्री की गलन क्षमता । मिश्र धातु, जो% मैंगनीज में ८० से अधिक होता है, को उच्च गलन क्षमता और इष्टतम शक्ति जब ठोस समाधान तापमान6से बुझती पाया गया था । हालांकि, मिश्र धातु में उच्च Mn एकाग्रता सीधे मिश्र धातु के कारण अधिक भंगुर हो सकता है और एक कम बढ़ाव, प्रभाव क्रूरता, और एक बदतर संक्षारण प्रतिरोध, जो मिश्र धातु इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को पूरा नहीं करेगा का मतलब है । पिछले अनुसंधान निष्कर्षों से पता चला कि एक उंर बढ़ने के उपचार के तहत उपयुक्त परिस्थितियों में इस समस्या के समाधान के लिए एक प्रभावी तरीका है; उदाहरण के लिए, mn-घन-आधारित भिगोने वाले मिश्र धातु ५०-८०% Mn पर भी एक उच्च टीटी प्राप्त कर सकते है और उपयुक्त तापमान रेंज7में एक उंर बढ़ने उपचार द्वारा अनुकूल गलन क्षमता । यह γके अपघटन के कारण है-नेनो Mn-रिच क्षेत्रों और नेनो घन-अमीर क्षेत्रों में जनक चरण, जबकि miscibility गैप8,9,10के तापमान रेंज में उंर बढ़ने, जो अपनी गलन क्षमता के साथ साथ इस मिश्र धातु के टीटी में सुधार माना जाता है । स्पष्ट रूप से, यह एक अमोघ विधि है जो उत्कृष्ट कार्य क्षमता के साथ उच्च भिगोने का संयोजन कर सकती है ।

M2052 मिश्र धातु बनाने, एक प्रतिनिधि mn-घन-मध्यम Mn Kawahara एट अल द्वारा विकसित सामग्री के साथ उच्च भिगोना मिश्र धातु के लिए इस्तेमाल किया । 11, पिछले कुछ दशकों में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है । शोधकर्ताओं ने पाया कि M2052 मिश्र धातु को भिगोने की क्षमता, उपज शक्ति, और काम करने के बीच एक अच्छी मीठी जगह है । फोर्जिंग तकनीक के साथ तुलना में, कास्टिंग व्यापक रूप से सरल मोल्डिंग प्रक्रिया के कारण अब तक इस्तेमाल किया गया है, कम उत्पादन लागत, और उच्च उत्पादकता, आदि प्रभावशाली कारकों (जैसे, दोलन आवृत्ति, तनाव आयाम, शीतलक वेग, गर्मी उपचार तापमान/समय, आदिनम क्षमता पर, microstructure, और M2052 मिश्र धातु की गलन तंत्र कुछ शोधकर्ताओं द्वारा अध्ययन किया गया है12,13,14,15 ,16,17,18. फिर भी, M2052 मिश्र धातु के कास्टिंग प्रदर्शन अवर है, उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीकरण तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला, कास्टिंग porosity की घटना, और केंद्रित सिकुड़न, अंततः असंतोषजनक यांत्रिक में जिसके परिणामस्वरूप जाति के गुण ।

इस पत्र के प्रयोजन के लिए औद्योगिक क्षेत्र प्रदान करने के लिए एक संभव विधि के साथ एक डाली Mn-घन आधारित मिश्र धातु प्राप्त करने के लिए उत्कृष्ट गुण जो मशीनरी में इस्तेमाल किया जा सकता है और सटीक उपकरण उद्योग में कंपन को कम करने और उत्पाद को सुनिश्चित करने के लिए गुणवत्ता. चरण परिवर्तन और कास्टिंग प्रदर्शन पर मिश्र धातु तत्वों के प्रभाव के अनुसार, अल तत्व γ-चरण क्षेत्र और γ चरण की स्थिरता को कम करने के लिए माना जाता है, जो γ चरण को और अधिक आसानी से कर सकते हैं माइक्रो-जुड़वां के साथ एक γ' चरण में बदलना । इसके अलावा, γ चरण में अल परमाणुओं के समाधान से मिश्र धातु की शक्ति में वृद्धि होगी, जो यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकते हैं । इसके अलावा, अल तत्व एक महत्वपूर्ण तत्व है जो Mn-घन मिश्र धातु के कास्टिंग गुणों में सुधार कर सकते है । Zn तत्व मिश्र धातु के कास्टिंग और भिगोने के गुणों में सुधार करने के लिए फायदेमंद है । अंत में, 2 wt% Zn और 3 wt% Al इस काम में MnCuNiFe चतुर्धातुक मिश्र धातु में जोड़े गए और एक नई डाली Mn-26Cu-12Ni-2Fe-2Zn-3Al (wt%) मिश्र धातु विकसित किया गया था । इसके अलावा, कई अलग गर्मी उपचार विधियों इस काम में इस्तेमाल कर रहे है और उनके अलग प्रभाव इस प्रकार के रूप में चर्चा कर रहे हैं । homogenization उपचार dendrite अलगाव को कम करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । समाधान उपचार अशुद्धियां स्थिरीकरण के लिए इस्तेमाल किया गया था । एजिंग उपचार spinodal अपघटन ट्रिगर के लिए प्रयोग किया जाता है; इस बीच, विभिंन उंर बढ़ने समय बाहर दोनों उत्कृष्ट भिगोना क्षमता और एक उच्च सेवा तापमान के लिए अनुकूलन मापदंडों की मांग के लिए उपयोग किया जाता है । अंत में, एक बेहतर गर्मी उपचार विधि श्रेष्ठ भिगोने की क्षमता के लिए जांच की थी, साथ ही साथ एक उच्च सेवा तापमान ।

यह पता चला है कि अधिकतम आंतरिक घर्षण (क्यू-1) और उच्चतम सेवा तापमान ४३५ डिग्री सेल्सियस पर 2 एच के लिए मिश्र धातु उंर बढ़ने से समवर्ती प्राप्त किया जा सकता है । क्योंकि सादगी और इस तैयारी विधि, एक उपंयास के रूप में-कास्ट Mn-घन-उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ भिगोना मिश्र धातु आधारित है, जो अपने इंजीनियरिंग आवेदन के लिए महत्वपूर्ण व्यावहारिक महत्व का है उत्पादन किया जा सकता है की क्षमता । इस विधि की तैयारी के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है Mn-घन-आधारित उच्च भिगोना मिश्र धातु जो कंपन की कमी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

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Protocol

1. कच्चे माल की तैयारी

  1. बड़े पैमाने पर प्रतिशत (६५% इलेक्ट्रोलाइटिक Mn, 26% इलेक्ट्रोलाइटिक घन, 2% औद्योगिक शुद्ध Fe, 2% इलेक्ट्रोलाइटिक नी, 3% इलेक्ट्रोलाइटिक अल, और 2% इलेक्ट्रोलाइटिक Zn), के रूप में चित्र 1में दिखाया गया द्वारा एक इलेक्ट्रॉनिक पैमाने के साथ सभी आवश्यक कच्चे माल तौलना ।
    नोट: इन सभी कच्चे माल व्यावसायिक रूप से उपलब्ध थे ।

Figure 1
चित्रा 1 : कच्चे माल की प्रस्तुति । इस्तेमाल की गई सामग्रियों में ६५ wt% इलेक्ट्रोलाइटिक एमएन, 26 wt% इलेक्ट्रोलाइटिक घन, 2 wt% इंडस्ट्रियल प्योर Fe, 2 wt% इलेक्ट्रोलाइटिक नी, 2 wt% इलेक्ट्रोलाइटिक Zn, और 3 wt% इलेक्ट्रोलाइटिक अल शामिल हैं । इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

2. पिघलने और कास्टिंग प्रक्रिया

नोट: रेत कास्टिंग के विस्तृत कदम चित्रा 2में दिखाए जाते हैं ।

Figure 2
चित्रा 2 : रेत कास्टिंग और मोल्डिंग कदम । मुख्य प्रक्रिया पैटर्न बनाने, मोल्ड बनाने, और एक कास्टिंग आपरेशन भी शामिल है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

  1. पैटर्न तैयार करने के लिए, उत्पाद ड्राइंग के अनुसार पैटर्न बनाने, और सुनिश्चित करें कि पैटर्न के आकार एक निश्चित सीमा तक विस्तारित करने के लिए संकोचन और मशीनिंग भत्ते के लिए उत्तरदाई है ।
    नोट: इस काम में प्रयुक्त पैटर्न सामग्री लकड़ी ( चित्रा 3) है, क्योंकि एक लकड़ी का पैटर्न प्रकाश, काम करने के लिए आसान है, और एक कम लागत और कम उत्पादन चक्र है ।

Figure 3
चित्रा 3 : कास्टिंग मोल्ड में इस्तेमाल पैटर्न । इन लकड़ी के पैटर्न के लिए कलाकारों के आकार प्राप्त किया गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

  1. ढलाई रेत तैयार करने के लिए, एक साथ 4%-8% सोडियम सिलिकेट के साथ क्वार्ट्ज रेत मिश्रण ।
    नोट: रेत व्यास के बारे में ०.४ mm है और कणों वर्दी हैं ।
  2. हाथ से मुख्य मोल्डिंग प्रक्रिया को पूरा करें ।
    1. सबसे पहले, मोल्डिंग कुप्पी में दो पैटर्न रखो ।
    2. फिर, पैटर्न के आसपास ढलाई रेत ramming और रेत से पैटर्न वापस लेने के बाद कुप्पी पर रोल ।
    3. अंत में, कास्टिंग सतह गुणवत्ता में सुधार लाने और कास्टिंग दोषों को कम करने के लिए कास्टिंग कोटिंग के साथ रेत मोल्ड की सतह ब्रश ।
      नोट: मोल्डेड रेत मोल्ड चित्रा 4में दिखाया गया है ।
    4. एक सूखी रेत मोल्ड प्राप्त करने के लिए, १८० डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में मोल्ड डाल दिया और इसकी ताकत और पारगम्यता बढ़ाने के लिए कास्टिंग से पहले अधिक से अधिक 8 ज के लिए सेंकना, पिघल भरने की सुविधा, और कास्टिंग उत्पादों की गुणवत्ता सुनिश्चित करते हैं ।

Figure 4
चित्र 4 : ढाला रेत मोल्ड । यह दो गुहाओं है और इसकी सतह एक कोटिंग के साथ कवर किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

3. पिघलने की प्रेरण

नोट: एक मध्यम आवृत्ति वैक्यूम प्रेरण पिघलने भट्ठी का उपयोग करें ।

  1. भट्ठी ढक्कन खोलो, २०.८ किग्रा के Mn, ८.३२ किग्रा की घन, ०.६४ किलो की नी, ०.६४ किलो के Fe, ०.६४ किलो Zn की, और क्रूसिबल क्रमिक में अल सामग्री के ०.९६ किलो, और पिछले पर cryolite के साथ सामग्री को कवर डाल ।
  2. ओवन से कास्टिंग मोल्ड बाहर ले और भट्ठी में डाल दिया; एक सफल डालने के लिए अपनी स्थिति को समायोजित करें । ढक्कन बंद, भट्ठी निर्वात, और फिर मिश्र धातु पिघलने शुरू करने के लिए गर्मी वितरण प्रणाली को खोलने.
  3. जब धातुओं के लिए पिघल शुरू, एक ९३-केपीए नकारात्मक दबाव को आर्गन के साथ भट्ठी को भरने, पिघला हुआ धातु के छिड़काव को बाधित ।
  4. के बाद मिश्र धातु पिघला हुआ है, यह कई मिनट के लिए परिष्कृत करने के लिए हानिकारक दोष और गैस की सामग्री को कम ।
    नोट: पिघलने प्रक्रिया अक्सर गलाने और शोधन भी शामिल है ।

4. मिश्र धातु कास्टिंग

  1. परिष्कृत प्रक्रिया के बाद ढलाई मोल्ड में पिघला हुआ धातु आसानी से डालो ।
  2. पिघला हुआ धातु के बाद पूरी तरह से जम जाता है, निर्वात को तोड़ने और कास्टिंग मोल्ड बाहर ले ।
  3. ढलाई मोल्ड से कैस्टर निकालें जब मोल्ड का तापमान एक निम्न स्तर तक चला जाता है ।

5. ढलाई का उपचार

नोट: मोल्डेड पार्ट का macrophotograph चित्रा 5में दिखाया गया है ।

  1. एक रैखिक काटने की मशीन का उपयोग करके कास्टिंग से नमूनों में कटौती ।
    नोट: एक्स के लिए नमूनों-रे डिफफ्रक्टोमीटर (XRD) माप और metallographic अवलोकन 10 x 10 x 1 मिमी3में हैं । डायनेमिक thermomechanical विश्लेषण (DMA) के लिए नमूनों के पास ०.८ x 10 x ३५ mm3का एक आयाम है ।

Figure 5
चित्रा 5 : रेत मोल्ड और हटाया भागों में ढाला भागों । एक समय में दो कास्टिंग ढाला गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

6. हीट ट्रीटमेंट

  1. सात समूहों में पॉलिश नमूनों फूट डालो और नमूना #1 उपचार से मुक्त रखने के लिए, तुलना के लिए एक के रूप में कास्ट राज्य को बनाए रखने । अलग गर्मी उपचार के लिए एक बॉक्स प्रकार प्रतिरोध ओवन में दूसरों रखो ।
  2. Homogenize नमूनों #2 और 24 घंटे के लिए ८५० ° c पर #5 और, बाद में, उंहें ४३५ डिग्री सेल्सियस पर उंर बढ़ने से पहले शांत पानी में बुझाने, 4 एच के लिए नमूना #2 और 2 एच के लिए #5 नमूना ।
  3. समाधान-#3 नमूनों का इलाज और 1 घंटे के लिए ९०० डिग्री सेल्सियस पर #6 और, बाद में, उन्हें ४३५ डिग्री सेल्सियस पर उम्र बढ़ने से पहले शांत पानी में बुझाने, 4 एच के लिए नमूना #3 और 2 एच के लिए #6 नमूना.
  4. आयु नमूनों #4 और 4 एच और 2 एच के लिए ४३५ डिग्री सेल्सियस पर #7, क्रमशः ।

7. गलन क्षमता परीक्षण

  1. 17नमूनों की गलन क्षमता को मापने के लिए एक गतिशील यांत्रिक विश्लेषण (DMA) का उपयोग करें ।
    नोट: परीक्षण मोड तनाव कमरे के तापमान पर स्वीप है ।
  2. परीक्षण के दौरान, दबाव और तनाव के बीच चरण कोण δ का पता लगाने (जैसा कि चित्रा 6में दिखाया गया है) ।
  3. नम क्षमता को Q-1द्वारा चिह्नित करें, जो निम्नलिखित सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है ।
    क्ष -1 = Tan δ

Figure 6
चित्रा 6 : स्थिरता निर्माण और परीक्षण के सिद्धांत DMA । (क) इस पैनल DMA के डबल ब्रैकट स्थिरता से पता चलता है । (ख) इस पैनल तनाव और परिणामी चरण अंतराल के लिए एप्लाइड sinusoidal तनाव के संबंध को दर्शाता है । तनाव और दबाव के बीच अंतराल के मूल्यों, साथ ही मापांक, सूत्र द्वारा गणना की जा सकती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

8. नमूना लक्षण वर्णन

  1. इलेक्ट्रोलाइटिक चमकाने और metallographic अवलोकन
    1. एक dendrite microstructure अवलोकन के लिए, 1:27 पर perchloric एसिड और निरपेक्ष शराब की एक मिश्रित समाधान में के बारे में 1 मिनट के लिए सभी नमूनों खोदना ।
    2. फिर, एसीटोन के साथ नमूनों को साफ, एक धौंकनी के साथ नमूना सूखी, और एक metallographic माइक्रोस्कोप के साथ वृक्ष संरचना का पालन ।
  2. चरण संरचना लक्षण वर्णन
    1. चरण संरचना और एक्स-रे विवर्तन (XRD) CuKα विकिरण12,22के साथ द्वारा नमूनों की जाली मापदंडों विशेषताएं ।
      नोट: 2 °/min. पर एक स्कैन गति का उपयोग करें XRD मापन से पहले, किसी भी सतह तनाव को हटाकर सावधानीपूर्वक नमूनों को तैयार करें ।

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Representative Results

चित्रा 7 के रूप में कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु नमूनों के लिए तनाव आयाम पर गलन क्षमता की निर्भरता से पता चलता है #1 #7 और के रूप में डाली M2052 । परिणाम बताते है कि #1 नमूना की गलन क्षमता कास्ट M2052 मिश्र धातु की तुलना में अधिक है (जैसा कि चित्र 7aमें दिखाया गया है) और पारंपरिक जाली M2052 उच्च भिगोना मिश्र धातु पिछले लेख में उल्लेख किया20,21। इसके अलावा, मूल के रूप में डाली MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु की गलन क्षमता आगे द्वारा सुधार किया जा सकता है, बाद में, homogenization-उंर बढ़ने, समाधान उंर बढ़ने, और उंर बढ़ने उपचार (के रूप में चित्रा 7b और 7cमें दिखाया गया है), जो बीच में एक उंर बढ़ने उपचार 2 ज के लिए उच्चतम गलन क्षमता के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । जब तनाव आयाम ε 2 x 10-4, नमूनों की क्यू-1 मान #1-#7 तालिका 1में सूचीबद्ध हैं । इसके अलावा, जब नमूना #7 के साथ #4 नमूना की तुलना, यह पाया गया कि क्ष-1 काफी कम उंर बढ़ने के समय से सुधार किया जा सकता है (जैसा कि चित्र 7dमें दिखाया गया है) । इसके अलावा, रेत कास्टिंग और 2 एच के लिए उंर बढ़ने सरल, किफायती, और कुशल हैं, फोर्जिंग की तुलना में ।

Figure 7
चित्र 7 : Q-1 की निर्भरता तनाव पर-के रूप में कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु नमूनों #1 #7 और के रूप में डाली M2052 के लिए आयाम। Q− 1की तनाव-आयाम निर्भरता की माप के लिए, क्रमशः परीक्षण आवृत्ति और तापमान 1 हर्ट्ज और 25 डिग्री सेल्सियस थे । इस आंकड़े को लियू एट अलसे संशोधित किया गया है । 18. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

नमूनों 1 2 3 4 5 6 7
Q− 1 ३.० × 10− 2 ४.७ × 10− 2 ४.९ × 10− 2 ३.९ × 10− 2 ४.५ × 10-2 ४.७ × 10-2 ५.० × 10-2

तालिका 1: Q -1 नमूनों के मूल्यों #1-#7 जब तनाव आयाम ε = 2 x 10 -4 .

चित्रा 8 metallographic माइक्रोग्राफ के रूप में कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु नमूनों #1 और #5 #7 से पता चलता है. वहां एक गंभीर वृक्ष पृथक्करण की प्रक्रिया के दौरान ढलाई ढलाई में धीमी गति से प्रसार घन परमाणुओं के बीच, जो अंततः एक वृक्ष microstructure के गठन की ओर जाता है के बीच परमाणुओं के लिए है । के बाद से mn अधिक घन से जंग के लिए अतिसंवेदनशील है, मनाया वृक्ष संरचना में अंधेरे क्षेत्रों mn-अमीर dendrites, जो कुछ मिलीमीटर लंबी और कई micrometers व्यापक हैं, जबकि प्रकाश क्षेत्रों घन-समृद्ध क्षेत्र हैं । जब तापमान कम हो जाता है, तो mn-rich dendrites मुख्य रूप से मार्लोन-रिच क्षेत्रों के तरल चरण से हाला, और उसके बाद घन-समृद्ध अंतरालों के बीच । तुलना करके, #5 नमूना के अंधेरे Mn-रिच dendrites के आयामों #1 नमूना है, जो इंगित करता है कि #5 नमूना के dendrite अलगाव कुछ हद तक कमजोर हो गया था की तुलना में काफी छोटे हैं । इसी तरह, #6 नमूना के dendrite अलगाव कुछ हद तक कमजोर हो गया था, लेकिन अभी भी थोड़ा से बेहतर था कि नमूना #5 समाधान के दौरान कम पकड़े समय इलाज के कारण की तुलना में । हालांकि, #1 नमूनों #7 और नमूनों की dendritical microstructures में कोई विशिष्ट अंतर नहीं है । इन परिणामों का प्रतिनिधित्व करते है कि homogenization-उंर बढ़ने और समाधान-उंर बढ़ने उपचार macroscopic Mn पृथक्करण कमजोर कर सकते हैं, लेकिन प्रत्यक्ष उंर बढ़ने उपचार पर कोई स्पष्ट प्रभाव है । इन निष्कर्षों को भी रचनात्मक के विश्लेषण से तैयार किया जा सकता है. एक spinodal अपघटन से पहले, के रूप में-कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु के mn-रिच dendrites में mn सामग्री ७९.२३ औसत पर% था, और mn सामग्री के लिए काफी कम था ६८.२०% पर नमूना अनुमन्य करने के बाद ८५० ° c पर 24 घंटे के लिए और ७३.४२ करने के लिए% पर एक समाधान के बाद 1 एच के लिए ९०० डिग्री सेल्सियस पर उपचार ।

Figure 8
चित्र 8 : Metallographic माइक्रोग्राफ के रूप में डाली MnCuNiFeZnAl विभिंन गर्मी उपचार के अधीन मिश्र धातुओं । विभिन्न नमूनों की विभिन्न वृक्ष संरचना को देखा जा सकता है । इस आंकड़े को लियू एट अलसे संशोधित किया गया है । 18. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

तापमान पर निर्भर गलन क्षमता वक्र के अनुसार, तापमान में वृद्धि के रूप में गलन क्षमता तेजी से कम हो जाती है । तापमान जिस पर भिगोने की क्षमता काफी कम हो गई है आमतौर पर सेवा के तापमान के रूप में परिभाषित किया गया है, जो मिश्र धातु के लिए सबसे निर्णायक संकेतकों में से एक है इंजीनियरिंग के क्षेत्र में इस्तेमाल कर रहे हैं । नमूनों की सेवा तापमान #1 और #5-#7 तालिका 2में सूचीबद्ध हैं । यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि 2 घंटे के लिए ४३५ डिग्री सेल्सियस पर उंर बढ़ने इष्टतम सेवा तापमान पैदा कर सकता है ।

नमूना 1 5 6 7
सेवा तापमान (° c) ४३ ५० ५५ ७०

तालिका 2: नमूनों की सेवा तापमान #1 और #5 #7 ।

Mn-घन-आधारित मिश्र धातु की उच्च गलन क्षमता γ' एक एफ. सी. सी. एफ. सी. टी martensitic परिवर्तन में उत्पादित चरण से संबंधित है । आम तौर पर, γ' चरण की राशि Mn सामग्री से संबंधित है । विद्वानों7,22,23,24 की एक बड़ी संख्या में जाली मापदंडों, जाली विरूपण, और mn-घन-आधारित मिश्र धातु में mn सामग्री के बीच संबंध का अध्ययन किया है । c/#1 और #5-#7 नमूनों के मूल्यों के अनुसार, spinodal अपघटन के बाद प्रत्येक नमूने के नेनो mn-रिच क्षेत्रों में mn सामग्री Zhong एट अलद्वारा उल्लिखित सूत्र का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है । 17. नमूनों की सीmn #1 और #5-#7 पर ८४.१८%, ८४.७५ पर%, ८५.०८ पर%, और ८५.३५% पर, क्रमशः नेनो mn-अमीर क्षेत्रों में spinodal अपघटन के बाद । जाहिर है, #7 नमूना सबसे अधिक सीMn, जिसका अर्थ है कि के रूप में डाली MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु बेहतर गलन क्षमता है और, साथ ही, 2 एच के लिए ४३५ डिग्री सेल्सियस पर उंर बढ़ने से एक उच्च सेवा तापमान ।

जाली विरूपण (ए/सी-1) के बीच संबंध, Q-1 (ε के एक तनाव आयाम = 2 x 10-4), और के रूप में की सेवा तापमान MnCuNiFeZnAl अलग गर्मी उपचार के अधीन मिश्र धातुओं, नमूनों के लिए इसी #1 और #5 #7 है, चित्र 9में रची गई । जाहिर है, जाली विरूपण सीधे क्यू1 और सेवा तापमान के लिए आनुपातिक है; अर्थात्, अधिक से अधिक जाली विकृति, बेहतर गलन क्षमता और उच्च सेवा तापमान ।

Figure 9
चित्र 9 : जाली विकृति के बीच संबंध (a/c-1), Q-1 (ε = 2 x 10-4), और के रूप में कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातुओं अलग गर्मी उपचार के अधीन की सेवा तापमान। इस आंकड़े को लियू एट अलसे संशोधित किया गया है । 18. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

यह सुनिश्चित करने के लिए कि इस प्रकार की कास्ट Mn-घन-आधारित मिश्र धातु दोनों बेहतर भिगोने की क्षमता और उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों के पास, यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि कास्टिंग एक स्थिर रासायनिक संरचना, एक उच्च शुद्धता, और एक उत्कृष्ट क्रिस्टल संरचना है । इसलिए, सख्त गुणवत्ता नियंत्रण गलाने, घनघोर, और गर्मी उपचार प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक है ।

सबसे पहले, यह मिश्र धातु के लिए उचित सामग्री का चयन करने के लिए आवश्यक है । यह है कि जोड़ा मिश्र धातु तत्वों γ-जनक चरण है, जो अधिक martensite सूक्ष्म जुड़वां25उत्पादन में मदद मिलेगी के अपघटन को बढ़ावा कर सकते है पर विचार किया जाना चाहिए । इसके अलावा, कुछ मिश्र धातु तत्वों को भी यांत्रिक और कास्टिंग संपत्तियों में सुधार करने के लिए विचार किया जाना चाहिए । अंतिम मिश्र धातु तो बेहतर भिगोना क्षमता और उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों गठबंधन होगा ।

दूसरे, एक उचित पिघलने की प्रक्रिया आवश्यक है, जो मिश्र धातु के कास्टिंग विशेषताओं से जुड़ा है । निंनलिखित प्रमुख बिंदुओं को कास्ट Mn-घन-आधारित मिश्र धातु की पिघलने की प्रक्रिया में विचार किया जाना चाहिए: (1) क्रूसिबल में धातु कच्चे माल फ़ीड अनुक्रम में उच्च पिघलने बिंदु मिश्र धातु पहले जोड़ने और फिर कम पिघलने बिंदु मिश्र धातु जोड़ने के द्वारा, को रोकने के लिए गंभीर जलने से नुकसान । (2) एक वैक्यूम पिघलने विधि अपनाने के लिए सुनिश्चित करें कि गैस और मिश्र धातु में नापाक सामग्री कम कर रहे हैं । एक ही समय में, निष्क्रिय गैस के दबाव को नियंत्रित करने और वैक्यूम पिघलने के दौरान धातु तरल के लीचिंग को कम करने के लिए भट्ठी में इंजेक्शन है । (3) जब कोई और अधिक पिघला हुआ धातु की सतह से बचने के बुलबुले हैं, यह शोधन अवधि में प्रवेश करती है । शोधन अवधि का उद्देश्य किसी भी गैस और वाष्पशील समावेशन को दूर करना है ।

अधिक महत्वपूर्ण कदम गर्मी उपचार प्रक्रिया का विकल्प है । एक उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ के रूप में डाली MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु प्राप्त करने के बाद, इस मिश्र धातु के लिए उपयुक्त एक गर्मी उपचार प्रक्रिया भी आगे अपनी गलन क्षमता में सुधार करने के लिए चुना जाता है । प्रयोगात्मक परिणामों का विश्लेषण करने के माध्यम से, यह पाया गया है कि भिगोने की क्षमता एक कम समय बुढ़ापे उपचार द्वारा अपने चरम मूल्य प्राप्त कर सकते हैं । के रूप में कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु के लिए अंतिम गर्मी उपचार प्रक्रिया बहुत सरल और प्रभावी है ।

अंत में, एक अनुकूलन समाधान एक नई डाली के लिए प्राप्त किया जा सकता है Mn-22.68 घन-1.89 ni-1.99 fe-1.70 zn-6.16 अल (% में) नम क्षमता और सेवा तापमान पर गर्मी उपचार के प्रभाव की जांच के माध्यम से मिश्र धातु । यही है, नैनो-Mn अलगाव की सबसे बड़ी डिग्री 2 ज, जो टीटी में परिणाम में वृद्धि, अंततः काफी गलन क्षमता में सुधार के लिए ४३५ ° c में एक उंर बढ़ने से प्राप्त किया जा सकता है (Q-1 = ५.० x 10-2) और सेवा तापमान (७० ° c) , मूल के रूप में डाली मिश्र धातु की तुलना में ।

हालांकि इस विधि सिर्फ ढलाई के लिए उपयोग किया जाता है Mn-घन-आधारित उच्च भिगोना मिश्र धातु, यह इस तरह के रूप में निंनलिखित लाभ है, सस्ता मॉडलिंग सामग्री, एक सरल मोल्ड विनिर्माण प्रक्रिया, और उच्च भिगोने की क्षमता और उत्पादों की यांत्रिक संपत्ति, आदि मौजूद थे । इसके अलावा, इस विधि उत्पादन के विभिंन बैचों के लिए उपयुक्त है, दोनों छोटे बैच के उत्पादन और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए । तदनुसार, कंपन की कमी के प्रभाव में सुधार करने के लिए इस विधि बहुत महत्व का है, और यह अपने उद्योग आवेदन के दायरे को चौड़ा करने में मदद करता है । इस विधि के लाभों की वजह से, यह कुछ क्षेत्रों में उच्च गलन उत्पादों का उत्पादन करने के लिए फोर्जिंग प्रौद्योगिकी की जगह ले सकता है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (११०७६१०९), हांगकांग विद्वानों के कार्यक्रम (XJ2014045, जी YZ67), सिचुआन प्रांत की "१००० प्रतिभा योजना", सिचुआन विश्वविद्यालय के प्रतिभा परिचय कार्यक्रम की वित्तीय सहायता के लिए धन्यवाद देते हैं ( YJ201410), और सिचुआन विश्वविद्यालय के नवाचार और रचनात्मक प्रयोग कार्यक्रम (२०१७१०६०, २०१७०१३३) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
manganese Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. DJMnB produced by electrolysis
copper Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. Cu-CATH-2 produced by electrolysis
Nickel Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. Ni99.99 produced by electrolysis
Iron Ningbo Jiasheng Metal Materials Co., Ltd. YT01 industrial pure Fe
Zinc Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. 0# produced by electrolysis
Aluminum Daye Nonferrous Metals Group Holdings Co., Ltd. Al99.90 produced by electrolysis

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इंजीनियरिंग अंक १३९ Mn-घन-आधारित भिगोने मिश्र धातु रेत मोल्ड कास्टिंग गलन क्षमता सेवा तापमान गर्मी उपचार martensitic परिवर्तन
बेहतर गलन क्षमता और उच्च सेवा तापमान के साथ नए कास्ट MnCuNiFeZnAl मिश्र धातु की तैयारी के लिए एक उपलब्ध तकनीक
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Li, D., Liu, W., Li, N., Zhong, Z., Yan, J., Shi, S. An Available Technique for Preparation of New Cast MnCuNiFeZnAl Alloy with Superior Damping Capacity and High Service Temperature. J. Vis. Exp. (139), e57180, doi:10.3791/57180 (2018).

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