مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

تولید کامپوزیت‌های پایه آلومینیومی از براده‌های بازیافتی به روش اکستروژن داغ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران
2 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران
چکیده
حدود ۳۰ درصد از هزینه‌های تولید آلومینیوم صرف انرژی می‌شود، لذا بازیافت ضایعات آلومینیوم به‌خصوص در حالت جامد نقش به‌سزایی در کاهش مصرف انرژی و آلودگی زیست محیطی دارد. در این مقاله با حذف فرایند ذوب و ریخته‌گری و تنها با استفاده از فشردن سرد و سپس اکستروژن داغ پودر حاصل از براده‌های بازیافتی آلومینیوم 6061 و نانوپودرهای سرامیکی اکسیدهای آلومینیوم و تیتانیم، در دما و کاهش سطح مقطع مناسب کامپوزیت‌های پایه آلومینیومی مختلف تولید و تغییرات میکروساختاری و خواص مکانیکی قطعات تولید شده بررسی شدند. نتایج میکروساختاری نشان داد پودرهای سرامیکی بصورت یکنواخت در داخل پودرهای حاصل از براده آلومینیوم توزیع شده و خواص ماده تقریباً یکنواخت است و در تمامی نمونه‌های اکسترود شده، دانه‌ها در سطح خارجی قطعه نسبت به نواحی داخلی ساختار ریزتر و کشیده شده‌تری را داراست و ریزترین اندازه دانه در ساختار کامپوزیت با اکسید آلومینیوم مشاهده شد. بررسی خواص مکانیکی قطعات تولیدی نشان داد که نمونه آلومینیوم بازیافتی دارای سختی 122 ویکرز و استحکام نهایی ۴۳۳ مگاپاسکال می‌باشد که با توجه به سختی و استحکام نهایی نمونه اولیه آلومینیوم (132 ویکرز و 500 مگاپاسکال) خواص قابل قبول و تقریباً نزدیک به نمونه اصلی برای یک نمونه بازیافتی حالت جامد محسوب می‌شود و با افزودن پودر اکسید تیتانیوم به پودر براده‌ها سختی قطعه کامپوزیتی به حدود 110 ویکرز و استحکام نهایی به حدود 406 مگاپاسکال می‌رسد در حالی‌که اکسید آلومینیوم سختی و استحکام کامپوزیت را به ترتیب به ۱۳۳ ویکرز و ۵۰۷ مگاپاسکال می‌رساند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Production of aluminum-based composites from recycled chips by hot extrusion processing

نویسندگان English

Hamid Reza Rezai Ashtiani 1
Hossein Ehsani 2
1 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
2 MSc, Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده English

About 30% of aluminum production costs are spent on energy, so recycling aluminum, especially in solid form, plays a significant role in reducing energy consumption and environmental pollution. In this paper, different aluminum-based composites were produced by removing the melting and casting process and using only cold pressing and then hot extrusion of the powder obtained from recycled aluminum 6061 chips and ceramic nanopowders of aluminum and titanium oxides at the appropriate temperature and reduction then changes of microstructural and mechanical properties of the produced parts were investigated. The microstructural results showed that ceramic powders are uniformly distributed inside the aluminum chip powders and the material properties are almost uniform and the grains on the outer surface of the part have a finer and more stretched structure than the inner regions and the smallest grain size was observed in the composite structure with aluminum oxide. Evaluation of the mechanical properties of the samples indicated that the recycled aluminum sample has a hardness of 122 Vickers and an ultimate strength of 433 MPa, which according to the hardness and ultimate strength of the original aluminum sample (132 Vickers and 500 MPa), the properties are acceptable and almost close to the original sample for a recycled sample, and by adding titanium oxide to the chips powder, the hardness of composite sample increased to 110 Vickers, and the final strength reached about 406 MPa, while aluminum oxide increased both the hardness and strength of the composite to 133 Vickers and 507 MPa, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Aluminum Based Composite
Recycled Chips
Hot Extrusion
Mechanical Properties
Microstructure
[1] Fuziana Y, Warikh A, Lajis M, Azam M, Muhammad N. Recycling aluminium (Al 6061) chip through powder metallurgy route. Materials Research Innovations. 2014;18:354-8. doi: 10.1179/1432891714Z.000000000981
[2] Golev A, Corder G D. Typology of options for metal recycling: Australia’s perspective, Resources. 2015 Dec;5(1):1. doi: 10.3390/resources50100015 (2016) 1–10
[3] Ramanathan A, Krishnan P K, Muraliraja R. A review on the production of metal matrix composites through stir casting–Furnace design, properties, challenges, and research opportunities. Journal of Manufacturing processes. 2019 Jun;42(4):213-45. doi: 10.1016/j.jmapro.2019.04.0172019; 42: 213-245
[4] Meshram A, Singh K K. Recovery of valuable products from hazardous aluminum dross: A review. Resources Conservation and Recycling. 2018 Mar;130:95-108. doi: 10.1016/j.resconrec.2017.11
[5] Rojas-Díaz L, Verano-Jiménez L, Muñoz-García E, Esguerra-Arce J, Esguerra-Arce A. Production and characterization of aluminum powder derived from mechanical saw chips and its processing through powder metallurgy. Powder Technology. 2020 Jan 15;360:301-11. doi: 10.1016/j.powtec.2019.10.028
[6] Rezaei Ashtiani H, Ahari A. Fabrication of two layer Al/Cu rods using hot forward extrusion. Iranian Journal of Manufacturing Engineering 2019;6(4):7-13. [In Persian]
[7] Sherafat Z, Paydar M, Ebrahimi R. Fabrication of Al7075/Al, two phase material, by recycling Al7075 alloy chips using powder metallurgy route. Journal of Alloys and Compounds. 2009 Jul;487(1):395-9. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.07.146
[8] Ravichandran M, Meignanamoorthy M, Dineshkumar S. Microstructure and properties of hot extruded Al-TiO2 powder metallurgic composites. Applied Mechanics and Materials, 2016 Sep;852:130-5. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.852.130
[9] Issa H K, Taherizadeh A, Maleki A, Ghaei A. Development of an aluminum/amorphous nano-SiO2 composite using powder metallurgy and hot extrusion processes. Ceramics International. 2017 Jun;43(17):14582-92. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.06.057
[10] Reddy M P, Ubaid F, Shakoor R, Parande G, Manakari V, Mohamed A. Effect of reinforcement concentration on the properties of hot extruded Al-Al2O3 composites synthesized through microwave sintering process. Materials Science and Engineering: A. 2017 Apr;696:60-9. doi: 10.1016/j.msea.2017.04.064
[11] Wan B, Chen W, Lu T, Liu F, Jiang Z, Mao M. Review of solid state recycling of aluminum chips. Resources Conservation and Recycling. 2017 Oct;125:37-47. doi: 10.1016/j.resconrec.2017.06.004
[12] Shahrom MS, Yusoff AR. Cyclic extrusion compression back pressure technique for hot forging process in direct recycling of aluminium 6061 machining chip. Journal of Manufacturing Processes. 2017 Oct;29:1-9. doi: 10.1016/j.jmapro.2017.07.003
[13] Karim SR, Badarulzaman NA, Lajis MA. Fabrication of Al-Sn composites from direct recycling aluminium alloy 6061. in Applied Mechanics and Materials. Dec;465-466:1003-7. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.465-466.1003
[14] Asadi P, Akbari M, Armani A, Aliha MR, Peyghami M, Sadowski T. Recycling of brass chips by sustainable friction stir extrusion. Journal of Cleaner Production. 2023 Sep 15;418:138132. doi: 10.1016/j.jclepro.2023.138132
[15] Abdi Behnagh R, Jabarshayan R. Investigation of microstructure and hardness of recycled aluminum seamless tube using friction stir consolidation. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022;8(11):35-42 doi: 10.22034/IJME.2023.403285.1797 [In Persian]
[16] Yoder JK, Hahn GD, Zhao N, Brennan RE, Cho K, Hang ZY. Additive friction stir deposition-enabled upcycling of automotive cast aluminum chips. Additive Manufacturing Letters. 2023 Feb 1;4:100108. doi: 10.1016/j.addlet.2022.100108
 [17] Borgert T, Homberg W. Analysis of temperature effect on strength and microstructure in friction induced recycling process (FIRP). Materials Research Proceedings. 2023. doi: 10.21741/9781644902479-215
[18] Wan B, Chen W, Lu T, Liu F, Jiang Z, Mao M. Review of solid state recycling of aluminum chips. Resources, Conservation and Recycling. 2017 Oct 1;125:37-47. doi: 10.1016/j.resconrec.2017.06.004
[19] The American Society for Testing and Materials, "ASTM E384 : Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials", 2000.
[20] The American Society for Testing and Materials, "ASTM E9–19 Standard Test Method of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature.
[21] Rocha F, Simões S. Aluminum Nanocomposites Reinforced with Al2O3 Nanoparticles: Synthesis, Structure, and Properties. Journal of Composites Science. 2024 Jan 17;8(1):33. doi: 10.3390/jcs8010033