تحلیل حساسیت متغیرهای پیرسختی بر خواص آلیاژ منیزیمAZ91 به‌روش رگرسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• احمد یوسفی پرچین علیا ¹
• محمد آزادی ²
• مهدی مختاری شیرازآیاد ³

¹ گروه هوافضا-گرایش سازه های هوایی/دانشکده پردیس علوم و فناوری های نوین/دانشگاه دولتی سمنان/سمنان/ایران

² دانشکدۀ مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان.

³ دانشکدۀ مهندسی مکانیک، دانشگاه بریستول، لندن، انگلستان.

10.22067/jmme.2021.70587.1016

چکیده

در این مقاله، به بررسی تأثیر دما و زمان پیرسختی در عملیات حرارتی بر سختی و ریزساختار آلیاژ­های منیزیم AZ91 و AZ91+1%RE، بااستفاده از تحلیل حساسیت در نرم­افزار مینی­تب پرداخته شده‌است. بدین منظور 8 فرایند پیرسختی با دما و زمان­های مختلف بر­روی آلیاژ­های منیزیم AZ91 و AZ91+1%RE انجام شد و سپس نتایج مربوط به سختی برینل و ریزساختار­های آن­ها با میکروسکوپ نوری با هم مقایسه گردید. بر اساس نتایج تحلیل رگرسیون، تأثیر دمای پیرسختی بر افزایش سختی نسبت‌به زمان پیرسختی بیش‌تر بود. از طرفی، پیرسختی در دمای C˚ 215 و زمان 3 ساعت، سختی آلیاژ AZ91 را حدود 57 درصد و پیرسختی در دمای C˚ 215 و زمان 5 ساعت، سختی آلیاژ­ AZ91+1%RE را حدود 47 درصد افزایش داده‌است. هم‌چنین پیرسختی باعث تبدیل شدن بخش زیادی از رسوبات پیوسته به رسوبات سوزنی­شکل برروی فاز زمینۀ آلفا و هم‌چنین کاهش میزان رسوبات در اطراف فاز Mg₁₇Al₁₂ در ریزساختار هر دو آلیاژ مذکور شده‌است.

کلیدواژه‌ها

• سختی
• دمای پیرسختی
• زمان پیرسختی
• ریزساختار
• آلیاژ منیزیم

20.1001.1.20087462.1400.33.1.4.8

موضوعات

• متالورژی مکانیکی

---

عنوان مقاله [English]

Sensitivity Analysis of Ageing Parameters on Properties of AZ91 Magnesium Alloy by Regression Method

نویسندگان [English]

• Ahmad yousefi parchin oliya ¹
• Mohammad Azadi ²
• Mehdi Mokhtari Shirazabad ³

¹ Department of Aerospace - Aeronautical Structures / Faculty of Modern Sciences and Technologies Campus / Semnan State University / Semnan / Iran

² Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.

³ Department of Mechanical Engineering, University of Bristol, Bristol, United Kingdom.

چکیده [English]

In this article, the effects of the ageing temperature and the ageing time in the heat treatment have been investigated on the hardness and the microstructure of AZ91 and AZ91+1%RE magnesium alloys, using the sensitivity analysis with the Minitab software. For this purpose, 8 ageing treatments with different temperatures and times were performed on AZ91 and AZ91+1%RE magnesium alloys and then, results related to the Brinell hardness and the microstructure of the optical microscopy, were compared. Based on results of the sensitivity analysis, the influence of the ageing temperature on hardness increasing was more than the ageing time. Moreover, ageing at 215°C and 3 hours enhanced the hardness of the AZ91 magnesium alloy about 57% and ageing at 215°C and 5 hours increased the hardness of the AZ91+1%RE magnesium alloy about 47%. In addition, ageing converted a large part of continuous precipitations to needle-shaped precipitations on the alpha phase and also reduced the amount of precipitations around the Mg17Al12 phase in the microstructure of both alloys.

کلیدواژه‌ها [English]

• Hardness
• Ageing temperature
• Ageing time
• Microstructure
• Magnesium alloy

مراجع

1. .       مختاری شیرازآباد، م.، بوترابی، م.، آزادی، م.، نیکروان، م.، "بررسی رفتار خستگی پربسامد هم‌بستۀ منیزیم با هدف کاربرد آن در بستار"، مجلۀ تحقیقات موتور، سال 7، ش. 24، صص.36-29، (1390).

   2. Tijun, C., Guoxiang, L. and Yuan, H., "Microstructural evolution of equal channel angular pressed AZ91D magnesium alloy during semi-solid isothermal heat treatment", International Journal of Research and Devolopment, Vol. 5, No. 4, pp. 234-243, (2008).
   3. Wang, Y., Liu, G. and Fan, Z., "A new heat treatment procedure for rheo-diecast AZ91D magnesium alloy", Scripta Material, Vol. 54, pp. 903-908, (2006).
   4. Shanthi, M., Tun, K.S., Pandey, R.S. and Gupta, M., "Enhancing overall tensile behavior or ductility of AZ91D using Nano-Al₂O₃ and heat treatment", Kovove Material, Vol. 49, pp. 197-205, (2011).
   5. Lei, P., Gang, C., Yu-Tao, Z., Kang, H. and Yang, S., "Influence of solution treatment on microstructure and properties of in-situ Mg₂Si/AZ91D composites", Material and Science, Vol. 21, pp. 2365-2376, (2011).
   6. Mokhtari Shirazabad, M., Azadi, M., Farrahi, G. H., Winter, G. and Eichlseder, W., "Improvement of high temperature fatigue lifetime in AZ91 magnesium alloy by heat treatment", Material Science and Engeering A, Vol. 588, pp. 357-365, (2013).
   7. Won, J.H., Lee, H.W., Min, S.H. and Tae, K.H., "Effect of ageing treatment on mechanical properties of non-flammable AZ91D Mg alloy", International Journal of Material and Metallurgical Engeering, Vol. 9, No. 8, pp. 1071-1076, (2015).
   8. Wu, H.Y., Hsu, C.C., Won, J.B., Sun, P.H., Wang, J.Y., Lee, S., Chiu, C.H. and Shang, T., "Effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of the consolidated Mg alloy AZ91D machined chips", Journal of Material Process Technology, Vol. 209, pp. 4194-4200, (2009).
   9. Tan, M., Liu, Z. and Quan, G., "Effects of hot extrusion and heat treatment on mechanical properties and microstructures of AZ91 magnesium alloy", Energy Procedia, Vol. 16, pp. 457-461, (2012).
   10. Ghayad, I.M., Girgis, N.N. and Abdul-Azim, A.N., "Effect of some alloying elements and heat treatment on the corrosion behavior of AZ91 and ZM60 magnesium alloys", International Journal of Metallurgical & Materials, Vol. 3, No. 2, pp. 21-32, (2013).
   11. Kuffova, M., "Fatigue endurance of magnesium alloy", Materials and Science, Vol. 65, pp. 129-160, (2011).
   12. Lee, S., Li, S.H. and Kim, D.H., "Effect of Y, Sr, and Nd additions on the microstructure and microfracture mechanism of squeeze-cast AZ91-X magnesium alloys" Metallurgical and Material Transactions A, Vol. 29, pp. 1998-1235, (2016).
   13. Govindaraju, M., Vignesh, R.V. and Padmanaban, R., "Effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of the friction stir processed AZ91D magnesium alloy", Metals Science and Heat Treatment, Vol. 61, No. 10, pp. 311-317, (2019).
   14. Thirumurugan, M. and Kumaran, S., "Extrusion and precipitation hardening behavior of AZ91 magnesium alloy", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 23, pp. 1595-1601, (2013).
   15. آذرافزا، ر.، رضائی، ا.، منتجبی­ها، م.، "برسی اثر عملیات حرارتی و کار گرم بر خواص مکانیکی و ارتعاشی آلیاژ منیزیم AZ91"، مجلۀ مواد نوین، سال 2، ش. 3، صص. 92-79، (1397).
   16. 16. حق سیرت، ح.، ملایی، ن.، نامی، ب.، "تأثیر عملیات حرارتی پیرسختی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ AZ91 اصلاح‌شده توسط فرایند FSP"، سیزدهمین همایش علمی دانشجویی مهندسی مواد و متالورژی ایران، سال 13، ش. 6، صص. 320-312، (1395).
   17. حسنی، ب.، کریم­زاده، ف.، عنایتی، م.، برونی، م.، "تأثیر فرایند اصطکاکی اغتشاشی و عملیات حرارتی T6 بر خواص سایشی منطقۀ روکش­کاری‌شدۀ آلیاژ ریختگی AZ91C"، مواد پیشرفته در مهندسی، سال 35، ش. 1، صص. 107-99، (1395).
   18. خیشه، س.، خلیلی، خ.، آزادی، م.، ذاکر هندوآبادی، و.، "تأثیر عملیات حرارتی بر ریزساختار، خواص مکانیکی، رفتار شکست در هم‌بستۀ آلومینیوم- سیلیسیوم- مس بستار"، فصل‌نامۀ علمی- پژوهشی تحقیقات موتور، ش. 50، صص. 65-55، (1397).
   19. شریفی، م.، آزادی، م.، آزادی، م.، "تحلیل حساسیت متغیرهای عملیات حرارتی بر خواص آلیاژ آلومینیم سرسیلندر به‌روش رگرسیون"، نشریۀ مهندسی متالورژی و مواد، سال 32، ش. 1، صص. 74-57، (1399).
   20. مختاری شیرازآباد، م، "اثر افزودن عناصر نادر خاکی بر خواص خستگی پرچرخۀ آلیاژ منیزیم AZ91"، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد مواد و متالورژی، دانشکدۀ مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران، (1391).
   21. Kumari, K. and Yadav, S., "Liner regression analysis study", Journal of Practice of Cardiovascular Science, Vol. 4, pp. 33-39, (2020).
   22. Luo, Q., Cai, Q.Z., Fan, Z.T. and Zhao, Z., "Effects of Y on microstructure and property of heat treated AZ91D magnesium alloy prepared by lost foam casting process", International Journal of Cast Metals Research, Vol. 25, No. 36, pp. 341-347, (2012).
   23. Kim, J.K., Seung, H.O., Kang, C.K., Won, T. and Do, H.K., "Effect of ageing time and temperature on the ageing behavior in Sn containing AZ91 alloy", Metals and Materials International, Vol. 23, pp. 308-312, (2017).
   24. Fen, G., Pengf, L., Xia, G. and Juan, X., "Study on solid solution and ageing process of AZ91D magnesium alloy with Cerium", Journal of Rare Earths, Vol. 28, No. 6, pp. 948-951, (2010).
   25. رأفتی جاویدان، م.، خوشخویی، ش.، خمامی­زاده، ف.، حنایی، ک.، "تأثیر عملیات حرارتی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ AZ91"، مجلۀ شریف، سال 3، ش. 32، صص.48-41، (1384).
   26. Zhang, P., Li, Z. and Yue, H., "Strain-Controlled cyclic deformation behavior of cast NZ30K and AZ91D magnesium alloys", Journal of Materials and Science, Vol. 51, pp. 5469-5486, (2016).
   27. Yuan, G., You, G., Bai, S. and Guo, W., "Effects of heat treatment on the thermal properties of AZ91D magnesium alloys in different casting processes", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 766, pp. 410-416, (2018).
   28. Fan, J., Kou, H., Germain, L., Zhang, Y., Hua, K., Tang, L., Esling, C. and Li, J., "Formation of slip bands and microstructure evolution of Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe alloy during warm deformation process", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 770, pp. 183-193, (2019).
   29. You, Y., Hua, W. and Zhaofeng, Z., "Effect of solid solution treatment on fatigue behavior of cast magnesium alloy", International Journal of Mechanics and Materials in Designs, Vol. 281, pp. 436-440, (2013).
   30. Xu, D.K. and Han, E.H., "Effect of Yttrium content on the ultra-high cycle fatigue behavior of Mg-Zn-Y-Zr alloys", Materials Science Forum, Vol. 816, pp. 333-336, (2015).
   31. Hong, Y. and Zhiwei, W., "Effect of heat treatment on wear properties of extruded AZ91 alloy treated with Yttrium", Journal of Rare Earths, Vol. 34 (3), pp. 308-314, (2016).
   32. Boby, A., Ravikumar, K.K., Pillai, U.T.S. and Pai, B.C., "Effect of Antimony and Yttrium addition on the high temperature properties of AZ91 magnesium alloy", Procedia Engeering, Vol. 55, pp. 98-102, (2013).
   33. Bonnah, R.C., Fu, Y. and Hao, H., "Microstructure and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy with minor additions of Sm, Si and Ca elements", International Journal of Research and Devolopment, Vol. 16, No. 5, pp. 319-325, (2019).
   34. Sarapure, S., Satish, B.M., Girish, B.M. and waraj, B., "Microstructure and mechanical behavior of magnesium alloy AZ91 hybrid composites", Materials Science and Engeering C, Vol. 310, pp. 1-10, (2018).
   35. Patel, H.A., Chen, D.L., Bhole, S.D. and Sadayappan, K., "Cyclic deformation and twinning in a semi-solid processed AZ91D magnesium alloy", Materials Science and Engeering A, Vol. 528, pp. 208-219, (2010).
   36. Cavaliere, P. and De Marco, P.P., "Fatigue behaviour of friction stir processed AZ91 magnesium alloy produced by high pressure die casting", Materials Characterization, Vol. 58, pp. 226-232, (2007).
   37. Horstemeyer, M.F., Yang, N., Gall, K., McDowell, D.L., Fan, J. and Gullett, P.M., "High-Cycle fatigue of a die-cast AZ91E-T4 magnesium alloy", Acta Materialia, Vol. 52, pp. 1327-1336, (2004).
   38. Li, Z.M., Wang, Q.C., Luo, A.A., Peng, L.M., Fu, P.H. and Wang, Y.X., "Improved high cycle fatigue properties of a new magnesium alloy", Materials Science and Engeering A, Vol. 582, pp. 170-177, (2013).
   39. Ming, W., Fang, L., Haoran, G. and Yang, F., "Effects of heat treatment on microstructure and properties of AZ91D magnesium alloy", Key Engeering Materials, Vol. 575, pp. 410-413, (2014).
   40. Kumar, N.V., Blandin, J.J. and Suery, M., "Effect of thermomechanical treatments on the microstructure of AZ91 alloy", Grenoble Institute Polytechnich, Vol. 34, pp. 161-167, (2014).
   41. Vijay Kumar, S.L. and Prakrathi, S., "Energy conservation during heat treatment of A356 aluminum alloy", International Journal of Applied Engeering Research, Vol. 13, pp. 59-61, (2018).