عنوان :

مقاله مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن

تعداد صفحات :۲۲

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

تحقیق حاضر به مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti ترکیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اکستروژن گرم آن می پردازد. آلیاژهای آلومینیوم جزء مواد پرکاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند . زیرا این آلیاژها دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شکل پذیری و خواص مکانیکی خوب هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز ۲۰۰-۳۰۰^ºC بطورمحسوسی استحکامشان را از دست می دهند و درکاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل استفاده می شوند که این دما به ترکیب و ساختار آلیاژ بستگی دارد . تحقیقات گسترده در مورد کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم بواسطه استحکام دهی بالای آنها در دمای ۶۰۰^ºC توسعه پیدا کرده است .

آلیاژسازی مکانیکی (Mechanical Allay)  MA آلیاژهای Al-Ti انتخاب خوبی برای اکثر کاربردها هستند زیرا بعلت وجود ذرات ریز Al-Ti و اکسیدها و بیدها مقاومت خوبی را در دماهای بالاتر از ۶۰۰^ºC   نشان می دهد . استحکام در دمای بالا همراه با چگالی کم ، آلیاژهای Al-Ti را قابل رقابت با موادی مانند تیتانیم و آلیاژهای پایه نیکل می کند . ولی انعطاف پذیری کم در دمای اتاق باعث شده استفاده عمومی از آنها محدود شود [۲۸,۲۹]  ساختار نانوکریستال می تواند تنها دلیل افزایش همزمان سختی و انعطاف پذیری (ductility)  باشد .

برای افزایش انعطاف پذیری (duetility)  به خوبی استحکام در دمای اتاق برای آلیاژ Al-Ti ما می توانیم ار روش آلیاژسازی مکانیکی برای تهیه ساختار نانوکریستال استفاده کنیم زیرا در این روش اندازه ذرات پودر درحد نانومتر کاهش می یابد .

مواد نانوکریستال بعنوان یکی از پربهره ترین مواد در دهه اخیر مطرح شده اند به سبب اینکه آنها خواص مفید و بالقوه ای برای کاربردهای مختلف دارند که وابسته به اندازه بی نهایت ریزدانه ها است [۳۰,۳۲] و مواد بصورت پودر زمانی می توانند یک ماده با ساختار نانوکریستال با سودهی مناسب را تولید کنند . که سایز ذرات آنها در حد نانومتر باشد .

در آزمایشات گذشته  پودر نانوکریستال آلیاژ Al-Ti بطور موفقیت آمیزی بوسیله آسیاب گلوله ای واکنش دار(RBM)  (Reactive ball Milling) در اتمسفر هیدروژن ترکیب شده بود و یک نوع ساختار نانومتری که شامل Al با اندازه ای درحد نانومتر و همچنین ذرات نانومتری TiH2 را به بوجود آورده بود . در ابتدا آسیاب کردن ، TiH2 تشکیل شده و زمان تشکیل ساختار را ۱ تا ۳ ساعت کمتر کرده است [

واژه های کلیدی: آلیاژهای نانوکریستال Al-Ti، اتمسفر هیدروژن، اکستروژن گرم

فهرست مطالب

مقدمه    ۴
۱- جزئیات آزمایشات   ۵
۲-۱ اکستروژن گرم   ۷
۳-۲ تستهای مکانیکی   ۷
۲- نتایج   ۸
۳- نیتجه گیری (conclusio)     ۱۷
منابع و مراجع    ۱۹

منابع و مراجع :

۱٫ P.  R. Roberts, B. L. Ferguson, “Extrusion of  Metal Powders” , International Materials Reviews, vol 36(No.2), 1991, p.62-79.

۲٫ Metals Handbook, “Powder Metallurgy” , vol.7,515-518,1984

۳٫ A. B. Pandey, R. S. Mishra, “Steady State Creep Behavior of an Al-Al₂o₃ Alloy” , Acta Mater, vol. 45,No.3pp. 1297-1306, 1997.

۴٫ K. N. Ramakrishnan, H. B. Mcshane, T. Sheppard, “Mechanical Properties of Extruded Rapidly Solidified Al-Fe-Cu” , INT. J.Powder Metal, 31, (4), 325-326, 328-333, 1995.

۵٫ Kyoung I1 Moon, Kyung Sub Lee, “Compressive deformation behavior of nanocrystalline Al-5 at %Ti alloys prepared by reactive ball milling in H2 and ultra high-pressure hot pressing” , Journal of Alloys and Compounds 333, 249-259,2002.

۶٫ M. Goncalves, “Production and Characterization of Al-Si- X alloy obtained by power extrusion” , Metal. Mater. ABM51, (441), 432-434, 1995.

۷٫ N. Kanetake, M. Ozaki, choh, “Degradation in Mechanical Properties by Forging of Particle reinforced Aluminum Matrix composites” , Materials Science and Technology, 11, (4), 357-362, 1995.

۸٫ Lijun Zu, Shoujing Luo, ” Study on the Powder Mixing and Semi-Solid  Extrusion Forming Process of Sic/2024 Al Composites” , Journal of Materials Processing Technology , 114, 189, 2001.

۹٫ Ford, Clarence Edward, “Impored Extrusion Method and Apparatus for Producing a bod from Powder Material”, European Patent Application, No 0545056 Al, 1993.

۱۰٫ C. Adiga, K. Sadnanda, “Extrusion of Hard-Metal Powders”, PMAI Newsletter, 13, (1), 19-24, 1986.

۱۱٫ HN. Yoshimura, et all, “Production and Characterization of Al/Sic Metallic Matrix Composite Materials Obtained by Power Extrusion” Metal. ABM, 48, (407), 406, 408, 412-417, 1992.

۱۲٫M. Hayakawa, et al, “Wear Characteristics of Ceramic Particles disperded Aluminum Composites” , ۷۶^th Conference of the Japan Institute of Light Metals” Osaka, Japan, 10-12, May 1989.

۱۳٫ D. Rialo, J. Zhou, J. Duszezyk, “The Tribological Characteristics of The Al-20Si-3Cu-1Mg alloy Reinforced with Al₂o₃ Particles in Relation to the Hardness of a Mating Steel”, Journal of Materials Science, 35, 5497-5501, 2000.

۱۴٫ Hsu- Shen Chu, et al, “Study of 6061- Al₂o₃ Composites Produced by Reciprocating Extrusion”, Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 31A, 2587-2596, Oct.2000.

۱۵٫ K. Akeehi, “Power Extrusion of Rapidly Solidified Alloy Power and the Applications”, J. JPN. Soc. Powder Metal, 41, (8), 907-911, 1997.

۱۶٫ M. Otsuki, et al, “Mechanical Properties of Powder Forged, Rapidly Solidified Alumimum Alloy Parts”, MET. Powder REP, 46, (4), 30-32, 1991.

۱۷٫ S. Komasu, et al, “Change Of Specific Resistance of Aluminum-Based Power Extrusion Alloys on Aging”, ۷۶^th Conference of the Japan Institute of Light Metals, Osaka, Japan, 10-12, 1989.

۱۸٫ Kwang-Min Lee, P.H. Shingu, “Solid State Reaction Between Powders and Foils by Low-Energy ball Milling”, Journal of Alloys and Compounds, 241,153-159, 1996.

۱۹٫ “Elevated Temperature Aluminum-Titanium Alloys by Powder Metallurgy”, by Us Patent No. 4. 834,942,2000,

۲۰٫ J. Crofton, et al, “Finding the Opimum Al-Ti Alloy Composition for use as an Ohmic Contact to p-type Sic”, Solid-State Electronics, 46, 109-113, 2002.

۲۱٫ I. C. Barlow, et al, “Evolution of Microstructure and hardening, and the role of Al-Ti Coarsening, During Extended Thermal Treatment in Mechanically Alloyed Al-Ti-O Based Materials”. Acta Mater, 49, 1209-1224, 2001.

۲۲٫ M. Palm, al, “Phases and Phase Equilibria in the Al-Rich Part of the Al-Ti System Above 900°c, Intermetallics, 10, 523-540, 2002.

۲۳٫ K. Uenishi, et al, “Wear and Oxidation Resistance of Al₂o₃ Particle Dispersed Al-Ti Composite with a Nanostructure Prepared by Pulsed Electric Current Sintering of Mechanically Alloyed Powders”, Intermetallics, 105-111, 2002.

۲۴٫ Cooke CM, Kim. YW, “Microstructural Characterization of a gama Titanium Aluminide Powder Extrusion,” Computer-Aided Microscopy and July 1989.

۲۵٫ D.L. Zhang, D. Y. Ying, “ Formation of Fcc Titanium during Heating High Energy ball Milled Al-Ti Powders”, Materials Letters, 52, 329-333, 2002.

۲۶- Kyoung Il Moon,kyung Sub Lee,”A study of the microstructure of nanocrystalline Al-Ti alloys synthesized” Journal of Alloys and Compounds,291, (1991), 312-321.

۲۷- H.G.F. Wilsdorf, in: Y.W. Kim, W. Griffith (Eds.), Dispersion Strengthened Aluminum Alloys, TMS, Warrendate, PA, 1988, p 3.

۲۸- E.A. Starke, J.A. Wert, in: J. Hildenman, M.J. Koczak (Eds.), High Strength Powder Metallurgy Aluminum Alloys 11, RMS-AIME, 1986, p 3.

۲۹- S.H. Wang, P.W. Kao, C.P. Chang, Scr. Metall. Mater. 29 (1993) 323.

۳۰- H. Gleiter, Nanostruct. Mater. 1 (1992) 1.

۳۱- R.W. Siegel, Nanostruct. Mater. 1 (1993) 1.

۳۲- H.J. Fecht, Nanostruct. Mater. 1 (1992) 125.

۳۳- J.R. Groza, R.J. Doeding, Nanostruct. Mater. 7 (1996) 749.

۳۴- K.1. Moon, K.S. Lee, J. Alloys Comp. 264 (1998) 258.

۳۵- K.1. Moon, K.S. Lee, J. Kor. Inst. Met. Mater. 36 (1998) 909.

۳۶- K.K. Nihara, A. Nakahira, T. Sekino, Nanophase and Nanocompo-Site Materials, Materials Research Society Symposium Proceeding, Vol. 286, MRS, 1993, p. 405.

۳۷- Y.S. Lim, K.S. Lee, J. Kor. Inst. Met. Mater. 29 (1991) 749.

۳۸- K.M. Lee, High Temperature Properties of Dispersion stengthened  Al-Ti alloys by Mechanical Alloying, PhD thesis, Hanyang Uni-versity, Korea.

۳۹- H. Ouyang, B. Fultz, H. Kuwano, in: R.D. Shull, J.M. Shanchez (Eds.), Nanophases and Nanocystalline Structures, TMS, 1992, p. 95.

۴۰- A. Lasalmonie, J.L. Strudel, J. Mater. Sci. 21 (1986) 1837.

۴۱- T. Haubold, R. Bohn, R. Birringer, H. Gleiter, Mater. Sci. Eng. Al53 (1992) 676.

۴۲- N. Wang. Z. Wang, K.T. Aust, U. Erb, Acta Metall. Mater. 43 (1995) 519.

۴۳- M.E. Fine, in: Y.W. Kim, W. Griffith (Eds.), Dispersion Strengthened Aluminum Alloys, TMS, Warrendale,  PA, 1988, p 3.

۴۴- R.C. Benn, P.K. Mirchandani, A.S. Watwe (Eds), Modem Developments in P/M, Vol. Vol 21, MPIF, Princeton, NJ, 1988, p. 479.

۴۵- V.Y. Gertsm, R. Birringer, Scr. Metall. Mater. 30 (1994) 577.

۴۶- V. Amhold, K. Humaort, in: Y.W. Kim, W. Giffith (Eds.), Dispersion Strengthened Aluminum Alloys, TMS, Warendale, PA, 1988, p3.

مقدمه :

آلیاژهای آلومینیوم جزء مواد پرکاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند . زیرا این آلیاژها دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شکل پذیری و خواص مکانیکی خوب هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز ۲۰۰-۳۰۰^ºC بطورمحسوسی استحکامشان را از دست می دهند و درکاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل استفاده می شوند که این دما به ترکیب و ساختار آلیاژ بستگی دارد . تحقیقات گسترده در مورد کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم بواسطه استحکام دهی بالای آنها در دمای ۶۰۰^ºC توسعه پیدا کرده است .[۲۷]

آلیاژسازی مکانیکی (Mechanical Allay)  MA آلیاژهای Al-Ti انتخاب خوبی برای اکثر کاربردها هستند زیرا بعلت وجود ذرات ریز Al-Ti و اکسیدها و بیدها مقاومت خوبی را در دماهای بالاتر از ۶۰۰^ºC   نشان می دهد . استحکام در دمای بالا همراه با چگالی کم ، آلیاژهای Al-Ti را قابل رقابت با موادی مانند تیتانیم و آلیاژهای پایه نیکل می کند . ولی انعطاف پذیری کم در دمای اتاق باعث شده استفاده عمومی از آنها محدود شود [۲۸,۲۹]  ساختار نانوکریستال می تواند تنها دلیل افزایش همزمان سختی و انعطاف پذیری (ductility)  باشد .

برای افزایش انعطاف پذیری (duetility)  به خوبی استحکام در دمای اتاق برای آلیاژ Al-Ti ما می توانیم ار روش آلیاژسازی مکانیکی برای تهیه ساختار نانوکریستال استفاده کنیم زیرا در این روش اندازه ذرات پودر درحد نانومتر کاهش می یابد .

مواد نانوکریستال بعنوان یکی از پربهره ترین مواد در دهه اخیر مطرح شده اند به سبب اینکه آنها خواص مفید و بالقوه ای برای کاربردهای مختلف دارند که وابسته به اندازه بی نهایت ریزدانه ها است [۳۰,۳۲] و مواد بصورت پودر زمانی می توانند یک ماده با ساختار نانوکریستال با سودهی مناسب را تولید کنند . که سایز ذرات آنها در حد نانومتر باشد [۳۳] .

در آزمایشات گذشته [۳۴] پودر نانوکریستال آلیاژ Al-Ti بطور موفقیت آمیزی بوسیله آسیاب گلوله ای واکنش دار(RBM)  (Reactive ball Milling) در اتمسفر هیدروژن ترکیب شده بود و یک نوع ساختار نانومتری که شامل Al با اندازه ای درحد نانومتر و همچنین ذرات نانومتری TiH2 را به بوجود آورده بود . در ابتدا آسیاب کردن ، TiH2 تشکیل شده و زمان تشکیل ساختار را ۱ تا ۳ ساعت کمتر کرده است [۳۵].

۱- جزئیات آزمایشات

۱-۱ آسیاب گلوله ای واکنشی و مشخصات پودر آسیاب شده .

پودر آلومینیوم خالص (۹۹٫۵% , – ۳۲۵mesh  خلوص) و تیتانیم (۹۹٫۹% , – ۳۲۵mesh خلوص) با ترکیب شیمیایی Al-5% at Ti باهم ترکیب می شوند . RBM یک آسیاب گلوله ای بزرگ با انرژی زیاد است و دارای ظرفیت ۷٫۸۱  تحت اتمسفر هیدروژن     می باشد شرایط آسیاب کردن بوسیله اثری که بر روی ساختار نانوکریستال آلیاژ Al-Ti  دارد تعیین می شود [۸] زمان آسیاب کردن و سرعت آسیاب کردن بترتیب ۳۰ ساعت و ۲۵۰ rpm می باشد وزن نهایی پودر ۲۰۰gr و نسبت گلوله های آسیاب به پودر ۶۵:۱٫۲^wt%?  می باشد عامل کنترل کننده فرآیند استریک اسید (CH₃ (CH₂)₁₆ COOH) می باشد که اضافه می شود . قبل از شارژ کردن محفظه آسیاب با گاز هیدروژن ، محفظه باید بوسیله Rotary Pump خلاء بشود ( درحدود ۱۰^-۳ torr ) . [36]

پودرهای آسیاب شده بعد از طی مرحله آسیاب به ۲۰۰ mesh  می رسند بعد از طی این مراحل آزمایشاتی بوسیله TEM , SEM , XRD بر روی پودر انجام شد و مشاهده شد اندازه دانه ها که بوسیله TEM اندازه گیری شده بود با داده های تئوری از XRD مطابقت داشت . دمای تجزیه TiH2 و تشکیل Al_­۳ Ti  بوسیله نمودار DSC در نرخ حرارت دهی ۱۰^-۳k/s  و درحضور اتمسفر آرگون محاسبه شدند . بعد از عملیات حرارتی تغییرات ریزساختار و اندازه دانه با نتایج بدست آمده از TEM , XRD اختلاف داشت . [۲۶]

(Con soli dation Temp)  دمای ترکیب شدن : به دمای گفته می شود که در آن دما همه TiH2 تجزیه شده و Al₃Ti تشکیل می شود . [۲۶]

۲-۱    اکستروژن گرم

پودرآسیاب شده را در الک -۲۰۰ mesh الک کرده و با اکستروژن گرم پودر را مستحکم می کنند برای اکستروژن پودر از یک محفظه فلزی بنام can همانطور که گفته شده استفاده شده بود . برای مستحکم کردن پودر از پرس سرد با فشاری حدود ۹۸MPa درقوطی از جنس AL6063 و یا از جنس Cu می توان استفاده کرد . این نمونه به عملیات حرارتی قبل از اکستروژن گرم نیاز دارد . قوطی آلومینیومی در دمای ۴۵۰^ºC یا ۵۰۰^ºC  به یک میله تبدیل می شود . البته بعداز عملیات حرارتی درهمان دما و در حدود ۱ تا ۲ ساعت * سرقوطی را می توان بوسیله جوش قوس آرگون ببندیم و آن را در دمای ۵۰۰^ºC و بوسیله پمپ rotary بمدت ۱ تا ۳ ساعت مستحکم کنیم . نسبت اکستروژن ۲۵:۱ است و فشار اکستروژن ۱٫۵GPa ، قطر قطعه اکسترود شده ۱۵nm  است . [۲۶]

۳-۲   تستهای مکانیکی

20,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد

 جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .