بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت Fe - TiC
بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت Fe - TiC|40087158|zaranetwork

⚡دانلود

تحقیق علم مواد و متال

چكیده :

هدف اصلی در این پروژه بررسی تغییر درصد تیتانیم و كربن بر روی ریز ساختار و خواص سایشی مكانیكی كامپوزیت فروتیك( Fe/TiC ) است.

نتایج حاصله نشان داده است كه با كنترل تركیب شیمیایی، نوع عملیات حرارتی، اصلبح روش ساخت و سرعت انجمادی قطعه می توان ریز ساختار زمینه، نحوه توزیع ذرات سرامیكی (TiC) و میانگین اندازه ذرات ( TiC) و تعداد آنها در واحد سطح و شكل آنها و كسر حجمی آن و در نهایت چگالی كامپوزیت كه منجر به خواص سایشی و مكانیكی متفاوت می گردد را كنترل نمود.

افزایش مقدار كربن و تیتانیم باعث افزایش مقدار كاربید تیتانیم، سختی، مقاومت به سایش و اندازه ذرات كاربیدی می شود در حالی كه چگالی كامپوزیت كاهش می یابد.

كامپوزیت مخلوطی از دو یا چند جز با خواص متفاوت است كه خواص مجموعه از مجموع

خواص ذرات یا اجزاء تشكیل شده برتر است. اجزای كامپوزیت از نظر شیمیایی، متفاوت و از نظر فیزیكی تفكیك پذیر است. فاز پیوسته را زمینه(matrix) و فاز توزیع شده را تقویت كننده(reinforcement ) گویند. ‌‌‍‌‌‌‌‌‍‍‍‌‌‌‍‍‍‍‌‍‌[2]

در دنیای امروز نیاز صنعت به مواد مهندسی نو ضروری است. در این میان كامپوزیت های زمینه فلزی از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. كامپوزیتهای پایه فلزی از مخلوط و یا ترکیب ذرات سخت سرامیكی و حتی الیاف كربنی در زمینه فلزی با روشهای مختلف بدست می آیند. [2] متداولترین تقویت كننده ها SiC ، TiC TiB Al2O3 و ... است. به طور مثال كامپوزیت

Al – SiC به جای آلیاژ آلومینیوم، سبب كاهش وزن و افزایش مدول الاستیسیته در پیستونهای دیزلی خواهد شد. [3]

جدول (1-1) برخی از كامپوزیتهای زمینه فلزی با ذرات استحكام دهنده غیر فلزی را نشان می دهد.

جدول 1-1 : تعدادی از كامپوزیتهای ذره ای زمینه فلزی با ذرات غیر فلزی و روش های مورد استفاده برای ساخت آنها [4]

روش ساخت

آلیاژ زمینه

درصد حجمی

اندازه ذرات پخش

نوع ذره

Vacuum slurry casting squeeze casting powder metallurgy

Al-Si Al-Cu Al-Cu-Mg

0.3-20

1-20

SiC

Slurry casting squeeze casting powder metallurgy laser melt-particle injection casting

Al-Cu Al-MG Ti-Al-V steel

8-40

<40-212

Tic

Slurry casting squeeze casting powder metallurgy

Al-Mg Al-Cu Al-Si Cu- steel Mg

0.5-10

1-20

0.01-200

<50

Al2O3 (bauxite)

87.9% Al2O3

laser melt-particle injection powder sintering

Ti-Al-V Co-base

…

106-105-

WC

Powder metallurgy

Co-Cr

…

18-38

M7C3 (Cr-rich)

Slurry casting bottom pouring spray dispersion powder metallurgy

Cu Al steel

1-4

5-80

ZrO2/ZrSiO4

Slurry casting bottom pouring spary dispersion powder metallurgy

Cu Al steel

10

…

TiO2/MgO

Slurry casting bottom pouring powder metallurgy

Al-Mg Cu

2-10

30-110

Glass/SiO2

Slurry casting compocasting powder metallurgy

Al-Cu-Mg Ag Cu-Sn

3-10

40-180

Mica/talc

Slurry casting squeeze casting

al-Si-Mg

15

125

Shell char

Slyrry casting squeeze casting powder metallurgy

Al Cu Ag iron

1-750

15-800

Graphite

Powder metallurgy

Cu Ag Cu-steel

20-40

…

PTFE

Powder metallurgy

Cu Cu-Ta

1-80

0.5/5

MoS2

Powder metallurgy

Fe-Pb Ag-Cu Ag

20-80

…

MoSe2

برتری هایی كه كامپوزیت های زمینه فلزی نسبت به بقیه دارند عبارتند از :

1) استحكام و چقرمگی بهتر

2) هدایت حرارتی و الكتریكی عالی

3) پایداری حرارتی بهتر نسبت به كامپوزیتهای زمینه پلیمری

4) جوش پذیری و كار پذیری بهتر از بقیه كامپوزیتها [3]

در میان كامپوزیتهای زمینه فلزی Fe/TiC ، كامپوزیتی منحصر به فرد است. اولین مطالعات در مورد این كامپوزیت در سال 1950 میلادی آغاز شد. حفظ استحكام در دمای بالا ، امكان ماشینكاری راحت در حالت آنیل با سختی 45 راکول C ، مقاومت سایشی بالا و مقاومت به خوردگی عالی از خواص برجسته این كامپوزیت است. [3]

در این كامپوزیت، ذرات كاربید تیتانیم در داخل زمینه ای از آلیاژ آهن پراكنده شده است و دارای سختی حدودا V3200(ویكرز) می باشند. این نوع کامپوزیت در صنایع سیمان، خودرو و پلاستیك سازی ، هواپیما سازی و شیمیایی كاربرد دارد. [5] همچنین از آن می توان به عنوان ابزار قالب، قالب های سرب ، سنبه و روتور و شفت موتور و هواپیما و قالبهای شكل دهی گرم و پیستون تزریق فشار بالا و غلطك های نورد استفاده كرد. [3]

شکل 1-1 : تعدادی از کاربردهای فروتیک در صنایع مختلف (a) سوپاپ اطمینان (b) قطعات سایشی (c) روتور برای پمپ سوخت موتور جت (d) رینگ تانک آب

كامپوزیتFe - TiC در مقایسه با سرمت های CO-WC ، سبكتر، با مقاومت سایشی و چقرمگی بهتر و روش ساخت آن اقتصادی تر است. جدول (2-1) خواص فروتیك را در مقایسه با

WC- Coو فولاد نشان می دهد. [6]

ضریب انبساط حرارتی

6-10 mm/mm/oC

استحكام شكست متقاطع

Kg/mm2

چگالی

g/ cm3

ضریب اصطكاك

7-10cm3

شكل ذرات

سختی دما بالا (oC600)

HRC

سختی در دمای محیط

HRC

سختی ذرات

HRC

آلیاژ

0/3

1/3

3/7

184

250

150

5/6

15

-

8

15

-

كروی

مربعی

-

69

72

45

69

72

61

92

80

-

Fe-TiC

WC-Co

فولاد

جدول (2-1): خواص فروتیك در مقایسه با WC-Co و فولاد

كامپوزیتFe - TiC با روشهای مختلفی ساخته می شود كه معمولی ترین آن متالورژی پودر و ریخته گری است. البته در سالهای اخیر روشهای جدیدی برای تولید این كامپوزیت ابداع شده است مثل روش سنتز خود احتراقی دما بالا ( SHS )، آلیاژسازی مكانیكی، احیای كربوترمال و ترمیتی كه جزء روشهای حالت جامد هستند [3]

جزییات بیشتر📜