طراحی و ساخت حسگرهای حرارتی تعیین دما با مکانیزم تغییرات سختی و زمان برای سر سلیندر موتور ملی

آلياژ الومينيوم A380 دسته اي از خانواده آلياژهاي ريختگي Al-Si-Cu است كه در صنعت به طور بسيار گسترده اي مورد استفاده قرار مي گيرند. مهمترين ضعف قطعات ريخته گري شده از اين آلياژها، ضعف در خواص مكانيكي است. اين ضعف ناشي از عيوب حاصل از فرايند انجماد شامل ساختارهاي دندريتي و غير هم محور و عيوب حجمي نظير مك هاي انقباضي و گازي است. كنترل اين عيوب سبب بهبود خواص قطعه نهايي خواهد شد. از اين رو تلاش شد تا با طرح ايده اي نو از فرايند نيمه جامد براي توليد آلياژ جديدي بر پايه Al-Si-CU با خواص مكانيكي بسيار مطلوب تر در مقايسه با آلياژهاي ريخته گري شده استفاده شود. براي اين منظور از فرايند تبلور مجدد و ذوب جزيي ( RAP)، براي توليد شمش اوليه استفاده شد و در ادامه با استفاده از فرايند شكل دهي مكانيكي آلياژ نيمه جامد، آلياژ تهيه شده تحت پرس قرار گرفت و در نهايت خواص مكانيكي قطعه توليد شده با نمونه هاي توليد شده به روش ريخته گيري معمولي، مقايسه گرديد. براي اولين بار به منظور بهبود خواص مكانيكي آلياژ به كار رفته، از تركيبات بين فلزي حاوي آهن و منگنز استفاده شد. از آنجايي كه انحلال آهن در آلومينيوم بسيار كم است >0.04% و از سويي تمايل به ايجاد تركيبات بين فلزي با آلومينيوم و سيليسيم وجود دارد، اين امر موجب تشكيل تركيبات بين فلزي به شكل اوليه در حين انجاماد و رشد آن ها به صورت صفحه اي خواهد شد كه تاثيرات مخربي بر خواص مكانيكي و به ويژه درصد ازدياد طول خواهد داشت. از طرفي حضور آهن سبب بهبود عمر قالب هاي فلزي در ريخته گري آلومينيوم خواهد شد. زيرا حضور آهن سبب مي شود كه آلومينيوم مذاب تمايل كمتري به حل كردن آهن قالب در خود نشان دهد كه اين امر ناشي از كاهش پتانسيل انحلالي مذاب آلومينيوم در حضور آهن، براي انحلال ديواره قالب است. در نتيجه به منظور اصلاح اثرات مخرب آهن، از منگنز استفاده مي شود. در اين حالت فاز متراكم تري از تركيبات بين فلزي جايگزين فاز صفحه اي مي گردد و تا حدودي خواص آلياژ بهبود مي يابد، اما در غلظت هاي بالاي آهن و منگنز و در روش هاي معمول ريخته گري، تركيبات متراكم داراي ابعاد و نسبت طول به عرض زياد بوده و توزيع يكنواختي در قطعه ندارند. در نتيجه مجددا آلياژ حاصله خواص كششي و چقرمگي مناسب ارائه نمي كند. از اين رو استفاده از فرايند نيمه جامد RAP براي توليد شمش هاي اوليه نه تنها سبب حذف اثرات مضر اين تركيبات بر خواص مكانيكي مي گردد، بلكه با اصلاح مورفولوژي تركيبات بين فلزي و با توزيع مناسب تر آن ها در زمينه سبب توليد آلياژي با مقاوم سازهاي تركيبات بين فلزي مي گردد كه در مقايسه با آلياژهاي متداول داراي خواصي كششي بسيار مطلوب تري خواهد بود.

مشكلات تكنولوژيكي و بازيابي سيلندرهاي لاينري موجب گرديده است كه امروزه استفاده از بلوك سيلندرهاي هايپريوتكنيكي رواج يابد. در اين بلوك سيلندرها معمولا استفاده از لاينرهاي چدني با به كارگيري آلياژ آلومينيم - سيليسيم هايپر يوتكتيك مرتفع مي گردد. ساختار اين آلياژ از ذرات سيلسيم اوليه برخوردار است كه اين ذرات به دليل سختي بالا موجب افزايش سختي كل ساختار شده و با افزايش مقاومت به سايش آلياژ امكان حذف پوش سيلندر و استفاده از بلوك سيلندرهاي بدون بوش را ممكن مي سازند. استفاده از بلوك سيلندرهاي بدون بوش اگر چه مشكلات استفاده از سيلندرهاي لاينري را مرتفع مي سازد اما خود با مشكلاتي من جمله دشواري هاي ريخته گري و نيز عمليات كيفي مواجه است. دراين اختراع با اضافه كردن آهن و منگنز به تركيب آلياژهاي الومينيم - سيليسيم بوتكتيك و ايجاد تركيبات بين فلزي a-Al15(Fe,Mn)3Si2 در زمينه مي توان به نوعي كامپوزيت دست يافت كه به دليل برخورداري از تركيبات بين فلزي سخت امكان به كارگيري ذرات تقويت كننده جهت تقويت خواص سايشي آلياژهاي آلومينيم - سيليسيم را فراهم مي سازد. مقاومت به سايش بسيار بهتر آلياژ الومينيم - سيليسيم يوتكتيك شامل تركيبات بين فلزي راهكاري جهت به كارگيري سيلندرهاييي با كارائي بسيار بالاتر و استفاده از آلياژهايي با خاصيت كامپوزيت درجا و قابليت خوب ريخته گري و سايشي در مقايسه با ساير سيلندرها است.

در اين نوآوري يك آلياژ نوين بر پايه آلياژ الومينيوم - سيليسيم - مس با مقادير اضافي آهن و منگنز بالاتر از حدود استاندارد توليد شد. آلياژ حاصله به سبب دارا بودن كسر حجمي بالايي از تركيبات بين فلزي غني از آهن و منگنز داراي سختي بالا و مقاومت بالاي سايشي است. به سبب كسر بالاي تركيبات بين فلزي با ؟؟ بزرگ و مرفولوژي نامناسب آلياژ در فرايندهاي ريخته گيري معمول خواص كششي و ضربه اي مطلوبي را ارائه نخواهد نمود. بدين جهت معمولا در استاندار آلياژهاي ريختگي آلومينيوم مقدار آهن در بالاترين ميزان خود در آلياژهاي خانواده 380 از 1/3 درصد وزني فراتر نمي رود. ليكن در اينجا با طراحي يك فرايند مكانيكي - حرارتي - شكل دهي نيمه جامد ابعاد و مرفولوژي فازهاي مذكور اصلاح شده و در نتيجه آلياژ به لحاظ ويژگي هاي ريز ساختاري در وضعيت مطلوبي قرار مي گيرد. براساس روابط موجود كه بيانگر ارتباط ميان استحكام كششي يك آلياژ با ريز ساختار آن مي باشد پس از فرايند طراحي شده احتمال شروع شكست از تركيبات بين فلزي كاهش چشمگيري را نشان مي دهد. اين امر به معناي افزايش استحكام كششي آلياژ و مقاومت بيشتر در برابر بارهاي ضربه اي در حضور فازهاي ترد و خست مي باشد. عمليات مكانيكي - حرارتي - شكل دهي مذكور شامل فرايند نورد نيمه گرم نگهداري در دماي نيمه جامد و شكل دهي با تزريق تحت فشار آلياژ به درون قالب است. در اين وضعيت قطعه اي با شكل نهايي با ويژگيهايي نظير استحكام به وزن بالا سختي مطلوب و مقاومت سايشي مناسب حاصل مي شود و در عين حال قطعه اي با پيچيدگي هاي معمول در فرايند ريخته گري بدست مي آيد كه معمولا در صنايع خودرويي و حمل و نقل مورد استفاده است.