عنوان :

تحقیق بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی

کامپوزیت Fe

تعداد صفحات : ۱۰۰

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده :

کامپوزیت فروتیک با استحکام دهنده سرامیکی TiC با سختی ۳۲۰۰ ویکرز، تحت نام های

 تیک الوی یا فروتیتانیک شناسایی می شود . زمینه این  کامپوزیت می تواند از فولاد زنگ نزن، فولاد ابزارو یا فولاد آلیاژی گرم یا سرد باشد .  TiC  دارای شبکه بلوری شبیه به NaCl و پارامتر شبکه ^۴-۱۰± ۴۳۲۹/۰ نانومتر می باشد . سختی TiC 33 درصد بیشتر از WC و وزنش کمتر و پایداری آن بیشتر است. کامپوزیتهای  Fe – TiC،مقاومت به شوک حرارتی ، قابلیت ماشینکاری عالی ، اقتصادی بودن روش تولید و هدایت الکتریکی و حرارتی و مقاومت به سایشی حدود ۲۰درصد بیشتر از سرمتهای WC- Co از خود نشان می دهند.

هدف اصلی در این پروژه بررسی تغییر درصد تیتانیم و کربن بر روی ریز ساختار و خواص سایشی مکانیکی کامپوزیت فروتیک( Fe/TiC ) است.

نتایج حاصله نشان داده است که با کنترل ترکیب شیمیایی، نوع عملیات حرارتی، اصلبح روش ساخت و سرعت انجمادی قطعه می توان ریز ساختار زمینه، نحوه توزیع ذرات سرامیکی (TiC) و میانگین اندازه ذرات ( TiC) و تعداد آنها در واحد سطح و شکل آنها و کسر حجمی آن و در نهایت چگالی کامپوزیت که منجر به خواص سایشی و مکانیکی متفاوت می گردد را کنترل نمود.

افزایش مقدار کربن و تیتانیم باعث افزایش مقدار کاربید تیتانیم، سختی، مقاومت به سایش و اندازه ذرات کاربیدی می شود در حالی که چگالی کامپوزیت کاهش می یابد.

واژه های کلیدی: کامپوزیت فروتیک، خواص سایشی، تیتانیم ، کربن، ریزساختار

 فصل اول :  مقدمه
مقدمه             ۱
فصل دوم : مروری بر منابع
۱-۲- عوامل مؤثر بر خواص کامپوزیتها          ۶
۲-۲- تقسیم بندی کامپوزیتها          ۷
۳-۲- تریبولوژی و تریبوسیستم      ۹
۱-۳-۲- تعریف سایش و عوامل اثر گذار روی آن          ۱۰
۲-۳-۲- انواع مکانیزم های سایش             ۱۰
۱-۲-۳-۲- سایش چسبان                    ۱۰
۲-۲-۳-۲- سایش خراشان         ۱۱
۳-۲-۳-۲- سایش خستگی      ۱۲
۴-۲-۳-۲- سایش ورقه ای     ۱۲
۵ -۲-۳-۲- سایش اکسایش    ۱۲
۳-۳-۲- پارامتر سایش         ۱۳
۴-۳-۲- رابطه بین مقاومت به سایش و سختی            ۱۳
۵ -۳-۲- منحنی سایش              ۱۴
۴-۲- کامپوزیت فروتیک            ۱۴
۱-۴-۲- انواع کامپوزیت های فروتیک         ۱۵
۱-۱-۴-۲- کامپوزیت هایی که با کوئینچ سخت می شوند     ۱۵
۲-۱-۴-۲- کامپوزیت هایی که با پیر سختی سخت می شوند    ۱۶
۲-۴-۲- روشهای ساخت فروتیک  ۱۷
۱-۲-۴-۲- ساخت کامپوزیت به صورت غیر همزمان          ۱۸
الف) پراکنده کردن ذرات فاز دوم         ۱۸
ب) روش پاششی             ۱۹
ج) تزریق مذاب فلزی            ۱۹
۲-۲-۴-۲- ساخت فروتیک به صورت همزمان (  insitu)         ۲۰
الف) سنتز خود احتراقی (SHS)         ۲۰
ب)       XD     ۲۶
ج) دمش گاز واکنش دهنده          ۲۶
د) اکسایش مستقیم فلز( DIMOX)      ۲۷
ه) primex     ۲۸
و) واکنش حین تزریق       ۲۸
ز) واکنش شیمیایی در داخل مذاب  ۲۸
ح) روش آلیاژسازی مکانیکی      ۳۱
ط) متالورژی پودر           ۳۴
ی) احیای کربوترمال       ۳۵
ک) احیای ترمیت            ۳۵
ل) روش سطحی        ۳۵
۳-۴-۲- خواص کامپوزیت های فروتیک        ۳۶
۱-۳-۴-۲- سختی                   ۳۶
۲-۳-۴-۲- استحکام               ۳۷
۳-۳-۴-۲- مدول الاستیکی        ۳۷
۴-۳-۴-۲- مقاومت به سایش       ۳۷
پارامترهای موثر روی سایش         ۳۸
الف) کسر حجمی کاربید تیتانیم          ۳۸
ب) اندازه ذرات و شکل آنها            ۳۸
ج) نوع زمینه        ۳۹
د) کاربید های ریخته گری           ۴۰
ه) عملیات حرارتی و سرعت سرد کردن زمینه        ۴۰
و) نیرو در دستگاه pin on Disk         ۴۰
ز) عیوب در قطعات      ۴۱
ح) اثر ذوب مجدد         ۴۱
۵-۳-۴-۲- ماشین کاری   ۴۱
۶-۳-۴-۲- عملیات حرارتی    ۴۱
۷-۳-۴-۲- جذب ارتعاش             ۴۱
۸-۳-۴-۲- دانسیته             ۴۲
۹-۳-۴-۲- فرسایش                   ۴۲
فصل سوم : مطالعه موردی
۱ -۳- روش تحقیق       ۴۳
۱-۱-۳ – مواد اولیه             ۴۴
۲-۱-۳- عملیات ذوب و ریخته‌گری            ۴۵
۳-۱-۳- آماده سازی نمونه‌ها           ۴۵
۴-۱-۳- آنالیز نمونه‌ها       ۴۶
۵-۱-۳- متالوگرافی                       ۴۷
۶-۱-۳- آزمایش سختی            ۴۷
۷-۱-۳- تست سایش          ۴۸
۲-۳-بیان نتایج
۱-۲-۳- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف کربن با تیتانیم ثابت        ۴۹
۲-۲-۳- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف تیتانیم با کربن ثابت          ۵۲
۳-۲-۳- تاثیر درصد کربن بر خواص نمونه‌ها        ۵۵
۴-۲-۳- تاثیر درصد تیتانیم بر خواص نمونه‌ها       ۵۵
۵-۲-۳- نتایج پراش اشعه ایکس               ۵۶
۶-۲-۳- تأثیر درصد کربن بر خواص سایشی نمونه‌ها             ۵۹
۷-۲-۳- تأثیر درصد تیتانیم بر خواص سایشی نمونه‌ها         ۶۰
۳-۳- بحث نتایج
۱-۳-۳- بررسی تشکیل فاز کاربید تیتانیم۶۱
۲-۳-۳- مطالعه مسیر انجماد در کامپوزیت Fe-TiC 65
۳-۳-۳-  تأثیر درصد کربن بر ریزساختار کامپوزیت فروتیک۶۶
۴-۳-۳-  تأثیر درصد تیتانیم بر ریزساختار نمونه‌ها۷۳
۵-۳-۳- تأثیر درصد کربن بر چگالی کامپوزیت Fe-TiC 78
۶-۳-۳- تأثیر مقدار کربن بر سختی کامپوزیت Fe-TiC 78
۷-۳-۳- تأثیر مقدار کربن بر خواص سایشی کامپوزیت Fe-TiC 79
۸ -۳-۳- تأثیر مقدار تیتانیم بر چگالی نمونه‌ها ۸۰
۹-۳-۳- تأثیر مقدار تیتانیم بر سختی کامپوزیت Fe-TiC 81
۱۰-۳- ۳-تاثیر مقدار تیتانیم بر خواص سایشی کامپوزیت  ۸۲
۱۱-۳-۳- بررسی سطوح سایش۸۶
فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادها
۱-۴ نتیجه گیری                                               ۹۲
۲-۴پیشنهادها                             ۹۴
منابع و مراجع                               ۹۵

منابع و مراجع :

۱٫ محمد رضا رحیمی پور ” رساله دکتری PHD ” –  پژوهشگاه مواد و انرژی

۲ . آرمین رجبی ” پایان نامه کارشناسی ارشد MSC ” – دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

۳ . منصور رضوی ” پایان نامه کارشناسی ارشد MSC ” پژوهشگاه مواد و انرژی

۴ . ارجمند ” پایان نامه کارشناسی ارشد MSC ” پژوهشگاه مواد و انرژی

۵ . توحید لو ” پایان نامه کارشناسی ارشد MSC ” پژوهشگاه مواد و انرژی

۶ . E . Weck & E.Leistner ” Metallographic Instructions for colour Etching by Immersion . ” 1987

۷٫ W.H.Jiang ,W.D.pan , G.H.Song , X.L.Han”Insitu Synthesis of a Fe-Ti

composite in Liquid iron ” (1997)

فصل اول :

مقدمه

 کامپوزیت مخلوطی از دو یا چند جز با خواص متفاوت است که خواص مجموعه از مجموع

خواص ذرات یا اجزاء تشکیل شده برتر است. اجزای کامپوزیت از نظر شیمیایی، متفاوت و از نظر فیزیکی تفکیک پذیر است. فاز پیوسته را زمینه(matrix) و فاز توزیع شده را تقویت کننده(reinforcement ) گویند. ‌‌‍‌‌‌‌‌‍‍‍‌‌‌‍‍‍‍‌‍‌[۲]

در دنیای امروز نیاز صنعت به مواد مهندسی نو ضروری است. در این میان کامپوزیت های زمینه فلزی از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. کامپوزیتهای پایه فلزی از مخلوط و یا ترکیب ذرات سخت سرامیکی و حتی الیاف کربنی در زمینه فلزی با روشهای مختلف بدست می آیند. [۲] متداولترین تقویت کننده ها SiC ، TiC , TiB  , Al₂O₃ و … است. به طور مثال کامپوزیت

 Al – SiC به جای آلیاژ آلومینیوم، سبب کاهش وزن و افزایش مدول الاستیسیته در پیستونهای دیزلی خواهد شد. [۳]

 جدول (۱-۱) برخی از کامپوزیتهای زمینه فلزی با ذرات استحکام دهنده غیر فلزی را نشان می دهد.

 جدول ۱-۱ : تعدادی از کامپوزیتهای ذره ای زمینه فلزی با ذرات غیر فلزی و روش های مورد استفاده برای ساخت آنها [۴]

 برتری هایی که کامپوزیت های زمینه فلزی نسبت به بقیه دارند عبارتند از :

۱) استحکام و چقرمگی بهتر

۲) هدایت حرارتی و الکتریکی عالی

۳) پایداری حرارتی بهتر نسبت به کامپوزیتهای زمینه پلیمری

۴) جوش پذیری و کار پذیری بهتر از بقیه کامپوزیتها [۳]

در میان کامپوزیتهای زمینه فلزی Fe/TiC ، کامپوزیتی منحصر به فرد است. اولین مطالعات در مورد این کامپوزیت در سال ۱۹۵۰ میلادی آغاز شد. حفظ استحکام در دمای بالا ، امکان ماشینکاری راحت در حالت آنیل با سختی ۴۵ راکول C ، مقاومت سایشی بالا و مقاومت به  خوردگی عالی از خواص برجسته این کامپوزیت است. [۳]

در این کامپوزیت، ذرات کاربید تیتانیم در داخل زمینه ای از آلیاژ آهن پراکنده شده است و دارای سختی حدودا V3200(ویکرز) می باشند. این نوع کامپوزیت در صنایع سیمان، خودرو و پلاستیک سازی ، هواپیما سازی و شیمیایی کاربرد دارد. [۵]  همچنین از آن می توان به عنوان ابزار قالب، قالب های سرب ، سنبه و روتور و شفت  موتور و هواپیما و قالبهای شکل دهی گرم و پیستون تزریق فشار بالا و غلطک های نورد استفاده کرد. [۳]

کامپوزیتFe – TiC در مقایسه با سرمت های CO-WC ، سبکتر، با مقاومت سایشی و چقرمگی بهتر و روش ساخت آن اقتصادی تر است. جدول (۲-۱) خواص فروتیک را در مقایسه با

WC- Coو فولاد نشان می دهد. [۶]

ضریب انبساط حرارتی ۶-۱۰ mm/mm/oC استحکام شکست متقاطع Kg/mm2 چگالی g/ cm3 ضریب اصطکاک ۷-۱۰cm3 شکل ذرات سختی دما بالا     (oC600) HRC سختی در دمای محیط HRC سختی ذرات HRC آلیاژ ۰/۳ ۱/۳ ۳/۷ ۱۸۴ ۲۵۰ ۱۵۰ ۵/۶ ۱۵ – ۸ ۱۵ – کروی مربعی – ۶۹ ۷۲ ۴۵ ۶۹ ۷۲ ۶۱ ۹۲ ۸۰ – Fe-TiC WC-Co فولاد

جدول (۲-۱): خواص فروتیک در مقایسه با WC-Co و فولاد

 کامپوزیتFe – TiC با روشهای  مختلفی ساخته می شود که معمولی ترین آن متالورژی پودر و ریخته گری است. البته در سالهای اخیر روشهای جدیدی برای تولید این کامپوزیت ابداع شده است مثل روش سنتز خود احتراقی دما بالا ( SHS )، آلیاژسازی مکانیکی، احیای کربوترمال و ترمیتی که جزء روشهای حالت جامد هستند [۳]

با توجه به اینکه حدود ۸۰% هزینه کارخانه های دارای آسیاب های بزرگ ناشی از مصرف گلوله های سایشی است به طور مثال مجتمع مس کرمان، تعداد هشت آسیاب گلوله ای میلی متر و طول دارد که  هر کدام ۲۹۰ گلوله ۸۰ میلیمتری دارند. ۸۵۰ گرم گلوله می تواند یک تن مواد را خردایش کند و روزانه ۴۰ تن عملیات خردایش در آن کارخانه صورت می گیرد. پس ۳۴ تن گلوله در روز مصرف می شود. با توجه به این حجم بالای مصرف گلوله ها تعیین نوع گلوله ها با مقاومت سایشی عالی بسیار ضروری است واستفاده از Fe – TiC امکان کاهش هزینه های تولید را میسر می سازد. هدف از اجرای این طرح، مطالعه تاثیر تیتانیم بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیتهای Fe – TiC است.

فصل دوم:

 مروری بر منابع

 ۱-۲- عوامل موثر بر خواص کامپوزیتها :

خواص کامپوزیت ها به مقدار نسبی فازها و خواص اجزاء تشکیل دهنده آن بستگی دارد. قانون مخلوط کردن(در زیر) این خواص را پیشگویی می کند: [۳]

  (۱-۲)                                                                   P_com = P_mat . f + P_rein(1-f)

P_com : خواص کامپوزیت

P_mat  : خواص زمینه

P_rein  : کسر حجمی فاز تقویت کننده

عواملی که روی خواص هر کامپوزیت اثر گذار است عبارتند از:  [۴]

۱) مقدار، اندازه، توزیع ، شکل، نوع و فاصله بین ذرات تقویت کننده

۲) سختی ، استحکام و چقرمگی ذرات تقویت کننده

۳) ریز ساختار، سختی ، چقرمگی و استحکام زمینه

۴) استحکام فصل مشترک بین زمینه و تقویت کننده

۵) تنشهای باقی مانده در قطعه

 ۲-۲- تقسیم بندی کامپوزیتها

تقسیم بندی بر اساس موارد گوناگونی انجام می شود که عبارتند از :

الف) بر اساس نوع زمینه : ۱-  پلیمری ۲- سرامیکی ۳- فلزی ۴- بین فلزی

ب) بر اساس فاز تقویت کننده :

۱) فاز تقویت کننده پیوسته : ۱- لایه ای (Laminar)   ۲-  رشته ای (Filament)

۲) فاز تقویت کننده ناپیوسته :

۱- ذره ای ( Particulate)        ۲-  الیافی جهت دار(Fiber)           ۳ – ویسکر

ج) بر اساس اندازه فاز دوم]۱[ :   ۱) ریز                       ۲) درشت

د) بر اساس روش ساخت ]۳[   :

۱) ریخته گری                 ۲) متالورژی پودر              ۳) روشهای حالت جامد مثل SHS

ه) بر اساس نحوه ساخت فاز تقویت کننده :

 ۱)  ساخت همزمان : فاز تقویت کننده همزمان با زمینه تشکیل می شود.

۲)  ساخت غیر همزمان : فاز تقویت کننده با روشهای مخصوص ساخته شده و بعدا در زمینه جای داده می شود [۵]

۳-۲- تریبو لوژی و تریبوسیستم :

تریبولوژی به معنی مالش و لغزش است و به مطالعه بر روی سایش، اصطکاک و روان کاری سطوح در گیر در حرکت نسبی و موضوعات مربوط به آن

می پردازد.

تریبوسیستم : به بررسی سیستم مهندسی با پارمترهای ورودی نیرو، زمان ، سرعت و… و پارامترهای درونی انتقال حرارت و زبری سطوح و تغییر خواص مکانیکی در حین آزمایش و در نهایت پارامترهای خروجی سایش، اصطکاک و صدا می پردازد. [۲]

 ۱-۳-۲- تعریف سایش و عوامل اثر گذار روی آن :

سایش فرآیندی است که در آن، تلفات مکانیکی مواد، در اثر حرکت دو سطح بر روی هم و جدا شدن ذرات از سطح در اثر اصطکاک صورت می گیرد. عوامل موثر بر سایش عبارتند از : شرایط سطوح ، ریز ساختار زمینه ،  اصطکاک ، نیرو، سرعت ، زمان ، محیط ، درجه حرارت ، استحکام ، چقرمگی ، شکل ، اندازه ، نحوه توزیع و نوع ذرات تقویت کننده.

۲-۳-۲- انواع مکانیزم های سایش :

به طور کلی مکانیزم سایش به پنج دسته تقسیم می شود: سایش چسبان ، سایش خراشان، سایش خستگی ، سایش ورقه ای و سایش اکسایشی. [۲]

۱-۲-۳-۲– سایش چسبان :

 تئوری سایش چسبنده از سال ۱۹۵۹ توسط Archard و برخی محققین برای تشریح مکانیزم سایش شدید فلزات توسعه یافته است. این تئوری بر اساس اتصال چسبنده سطح در مقیاس کوچک استوار است. با اعمال نیروهای عمودی، تنش های ایجادی در نوک برآمدگی های سطح افزایش یافته تا به حد تسلیم برسد و تغییر شکل پلاستیک رخ دهد و سطح واقعی تماس با ادامه اعمال نیرو بیشتر می شود تا بتواند تنشهای اعمالی را تحمل کند. فیلم های اکسیدی سطحی، چسبندگی را شدیدا کاهش می دهند و ازطرفی نیروهای مماسی می توانند سب حذف این فیلم ها شده و جوش سرد در محل اتصال ایجاد کند. با ادامه لغزش در ماده نرم یا فصل مشترک نرم و سخت، شکست اتفاق می افتد و یک تکه از فلز نرم به سطح سخت می چسبد یا اینکه شکست در فصل مشترک ایجاد ذره سایشی در سطح نرم می کند که در نهایت، سایش ( تلفات سطوح ) را در پی دارد. نرخ سایش چسبنده به عوامل مختلفی مثل شرایط محیطی، نیروی اعمالی، سرعت، شرایط عملی و خواص فیزیکی سطوح بستگی دارد.

 ۲-۲-۳-۲- سایش خراشان :

از بین رفتن سطح نرم توسط سطح سخت، سایش خراشان نامیده

 می شود. دو حالت کلی برای این سایش وجود دارد:

۱) دو بعدی: که سطح سخت، یکی از سطوح سایش است .

۲) سه بعدی: ذره های کوچک و سخت در لابه لای دو سطح سایش است.

در این حالت برآمدگی سطح سخت به داخل سطح نرم فرو می رود و با نیروی مماسی، کندگی سطوح نرم را سبب می شود. هرگاه سختی جسم نرم به بیش از نصف سختی جسم سخت برسد، امکان تغییر شکل پلاستیک در زیر سطح جسم سخت در نتیجه خستگی وجود دارد به همین خاطر در حالت الاستیک، خستگی مکانیزم غالب در سایش است.

در این مکانیزم مقاومت به سایش کامپوزیت، تابع نسبت سختی زمینه به سختی ساینده است. اگر این نسبت بین ۵/۱-۳/۱ باشد، نرخ سایش کاهش می یابد. [۲و۵]

سایش خراشان سه نوع است :    (در شکل (۲-۲)) ]۴[

 ۱) خراش تحت تنش پائین : که بدون شکست مواد می باشد و در این حالت برای مقاومت به سایش به مواد با سختی بالا احتیاج است .

۲) خراش در تحت تنش بالا : در این حالت، هم نفوذ به داخل سطح و هم خرد شدن سطح اتفاق می افتد.

۳) خراش با ضربه : در این حالت، پارگی سطح تحت سایش اتفاق می افتد.

90,000 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 .