بهبود خواص سايشي و ريزساختاري آلياژ پيستون با استفاده از ذرات تقويت كننده ZrO2

Improving the wear and microstructural properties of piston alloys using ZrO2 reinforcing particles

آلياژهاي Al-Si معمولاً در توليد قطعات خودرو از جمله پيستون و سيلندر استفاده مي‌شوند. اگرچه اين آلياژ ويژگي‌هاي مطلوبي را براي استفاده در خودرو ارائه مي‌دهد، اما چندين ويژگي ريزساختاري مانند وجود سيليسيوم‌هاي سوزني شكل يا دندريت‌ها، عملكرد قطعات توليدشده را مختل مي‌كند. در اين مطالعه، از ذرات تقويت‌كننده ZrO2براي توليد كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي به‌وسيله فرآيند اصطكاكي اغتشاشي استفاده شده است. ابتدا ويژگي‌هاي ريزساختاري ناحيه اغتشاشي (SZ) نمونه‌هاي توليدشده با استفاده از ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه فرايند اصطكاكي اغتشاشي ويژگي‌هاي ريزساختاري فلز پايه ازجمله اندازه ذرات سيليسيومي و توزيع اين ذرات در فلز پايه را بهبود مي‌بخشد. سپس توزيع ذرات و كيفيت پيوند بين ذرات تقويت‌كننده ZrO2 و آلومينيوم با استفاده از SEM مورد بررسي قرار گرفت. سپس براي تعيين خواص مكانيكي و سايش كامپوزيت‌ها، آزمون‌هاي سختي و سايش انجام شد. آزمايش‌هاي سايش پين بر ديسك با سرعت‌هاي 1 متر بر ثانيه و 2 متر بر ثانيه و بارهاي اعمالي 5 نيوتن، 10 نيوتن و 20 نيوتن انجام شد. نتايج آزمون سايش نشان داد كه مقاومت به سايش كامپوزيت توليدشده در مقايسه با آلياژ پايه حدود 172 درصد بهبود يافته است.

Al-Si alloys are commonly used in the manufacture of auto parts, including pistons. Although this alloy offers desirable properties for use in pistons, several microstructural properties, such as the presence of needle-like silicones or dendrites, interfere with the performance of the components produced. In this study, ZrO2 reinforcing particles were used to produce metal-based composites by friction stir process. First, the microstructural characteristics of the stir zone (SZ) of the samples produced were studied using a optical microscope. The results showed that the friction stir process improves the microstructural properties of the base metal, including the size of the silicon particles, and the distribution of these particles in the base metal. Then the particle distribution and bond quality between ZrO2 and aluminum reinforcing particles were investigated using SEM. Then, hardness and wear tests were performed to determine the wear and hardness of the composites. Pin-on-disk wear tests were performed at speeds of 1 m / s and 2 m / s and normal applied loads of 5 N, 10 N and 20 N. The wear test results showed that the wear resistance of the produced composite was improved by about 172% compared to the base alloy.