منصة الرسائل والاطاريح: دراسة حول تطوير تحضير سبيكة الألمنيوم (8009) من خلال تحسين طريقة التصنيع والعناص السبائكية والمعاملات السطحية

الخلاصة

احتلت سبائك (ألمنيوم – حديد) التي تنتمي للسلسلة (8000) مكانة متميزة في التطبيقات الفضائية، لعل السبيكة (8009) واحدة من أهمها، لذلك مازالت الأوساط العلمية والتكنولوجية تجري دراسات وبحوث لتطويرها والارتقاء بأدائها. تعاني السبيكة (8009) قصوراً في الأداء لبعض من خواصها في أثناء تعرضها لأوساط الاستخدام مما يجعل عمرها الفعال (Effective Life) محدوداً. إن إنتاجها يتضمن أكثر من خمس مراحل تصنيعية ذات كلفة اقتصادية عالية جداً. لذا فقد جرت هذه الدراسة كمساهمة لتقليل الكلفة التصنيعية وإطالة عمر الكلال والارتقاء بمتانة الصدمة والاستقرارية الحرارية لسبائك أساسها ( ألمنيوم – حديد – فناديوم – سيلكون ) مع إضافة كميات قليلة (Microalloying) من عنصر السيريوم (Ce) أو الزركونيوم (Zr)، وقد تم تحضيرها بمرحلة تصنيعية واحدة سباكةً بقوالب معدنية مبردة سريعاً. اعتمدت الدراسة الحالية تقنيات عدة في تحسين أداء السبيكة الأساس (Al-Fe-V-Si) شملت المتغيرات الميتالورجية (Metallurgical Variables) والمعاملات السطحية الميكانيكية (Mechanical Surface Treatments). أجريت عدة اختبارات في تقييم أداء السبائك المستخدمة في البحث شملت اختبارات الاستقرارية الحرارية (Thermal Stability) ومتانة الصدمة (Impact Toughness) واختبارات مقاومة الكلال (Fatigue Strength) قبل وبعد المعاملات السطحية الميكانيكية والتي تضمنت القذف بالكريات السيراميكية (Ceramic Shot Peening)والقذف بالكريات الفولاذية (Steel Shot Peening) والدرفلة الباردة (Cold Rolling)، ثم قياس الكثافة (Density) ودراسة بالمجهر الضوئي (Optical Microscope) لبنية السبائك. أظهرت النتائج إن إضافة(0.2% Zr) للسبيكة الأساس (A)قد رافقها زيادة في مقاومة الكلال بنسبة(147%) عند الاجهادات الواطئة(140 MPa) وحوالي (93%) عند الاجهادات العالية(300 MPa) ، كذلك تسببت في رفع المتانة بنسبة(44%) عند درجة حرارة (-5) مئوية. أما إضافة(0.2% Ce) إلى السبيكة الأساس فأعطت زيادة في عمر الكلال بنسبة(38%) عند الاجهادات العالية و (13%) عند الاجهادات الواطئة، كذلك ارتفعت المتانة نسبة (7%) عند درجة حرارة (-5) مئوية. وبشكل عام استقرت السبائك حرارياً. كما أظهرت إن أفضل معاملة سطحية ميكانيكية أكسبت السطح اجهادات ضغطية متبقية (Residual Compressive Stresses) هي الرمي بوابل من الكريات الفولاذية لفترة (150) ثانية والتي سببت إطالة عمر كلال السبائك مقارنة مع أعمارها قبل المعاملة. إذ بلغت نسب التحسن (620%) و(590%) و(586%) في أعمار كلال السبائك C (Al-Fe-V-Si-Zr) و (Al-Fe-V-Si-Ce) B و (Al-Fe-V-Si) A على التوالي عند الاجهادات الواطئة (140 MPa)، أما عند الاجهادت العالية (300 MPa) فبلغت نسب التحسن (288%) و (180%) و (156%) في أعمار كلال السبائك (C) و(B) و(A) على التوالي.