مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

چكيده :

هدف اصلي در اين پروژه بررسي تغيير درصد تيتانيم و كربن بر روي ريز ساختار و خواص سايشي مكانيكي كامپوزيت فروتيك( Fe/TiC ) است.

نتايج حاصله نشان داده است كه با كنترل تركيب شيميايي، نوع عمليات حرارتي، اصلبح روش ساخت و سرعت انجمادي قطعه مي توان ريز ساختار زمينه، نحوه توزيع ذرات سراميكي (TiC) و ميانگين اندازه ذرات ( TiC) و تعداد آنها در واحد سطح و شكل آنها و كسر حجمي آن و در نهايت چگالي كامپوزيت كه منجر به خواص سايشي و مكانيكي متفاوت مي گردد را كنترل نمود.

افزايش مقدار كربن و تيتانيم باعث افزايش مقدار كاربيد تيتانيم، سختي، مقاومت به سايش و اندازه ذرات كاربيدي مي شود در حالي كه چگالي كامپوزيت كاهش مي يابد.

  

فهرست مطالب

 

 

فصل اول : مقدمه

مقدمه 1

 

فصل دوم : مروري بر منابع

1-2- عوامل مؤثر بر خواص كامپوزيتها 6

2-2- تقسيم بندي كامپوزيتها 7

3-2- تريبولوژي و تريبوسيستم 9

1-3-2- تعريف سايش و عوامل اثر گذار روي آن 10 2-3-2- انواع مكانيزم هاي سايش 10

1-2-3-2- سايش چسبان 10

2-2-3-2- سايش خراشان 11

3-2-3-2- سايش خستگي 12

4-2-3-2- سايش ورقه اي 12

5 -2-3-2- سايش اكسايش 12

3-3-2- پارامتر سايش 13

4-3-2- رابطه بين مقاومت به سايش و سختي 13

5 -3-2- منحني سايش 14

4-2- كامپوزيت فروتيك 14

1-4-2- انواع كامپوزيت هاي فروتيك 15

1-1-4-2- كامپوزيت هايي كه با كوئينچ سخت مي شوند 15

 

 

2-1-4-2- كامپوزيت هايي كه با پير سختي سخت مي شوند 16

2-4-2- روشهاي ساخت فروتيك 17

1-2-4-2- ساخت کامپوزيت به صورت غير همزمان 18

الف) پراكنده كردن ذرات فاز دوم 18

ب) روش پاششي 19

ج) تزريق مذاب فلزي 19

2-2-4-2- ساخت فروتيک به صورت همزمان ( insitu) 20

الف) سنتز خود احتراقي (SHS) 20

ب) XD26

ج) دمش گاز واكنش دهنده 26

د) اكسايش مستقيم فلز( DIMOX) 27

ه) primex28

و) واكنش حين تزريق 28

ز) واكنش شيميايي در داخل مذاب 28

ح) روش آلياژسازي مكانيكي 31

ط) متالورژي پودر 34

ي) احياي كربوترمال 35

ک) احياي ترميت 35

ل) روش سطحي 35

3-4-2- خواص كامپوزيت هاي فروتيك 36

1-3-4-2- سختي 36

2-3-4-2- استحكام 37

3-3-4-2- مدول الاستيكي 37

4-3-4-2- مقاومت به سايش 37

پارامترهاي موثر روي سايش38

 

 

الف) كسر حجمي كاربيد تيتانيم 38

ب) اندازه ذرات و شكل آنها 38

ج) نوع زمينه 39

د) كاربيد هاي ريخته گري 40

 

ه) عمليات حرارتي و سرعت سرد كردن زمينه 40

و) نيرو در دستگاه pin on Disk40

ز) عيوب در قطعات 41

ح) اثر ذوب مجدد 41

5-3-4-2- ماشين كاري 41

6-3-4-2- عمليات حرارتي 41

7-3-4-2- جذب ارتعاش 41

8-3-4-2- دانسيته 42

9-3-4-2- فرسايش 42

فصل سوم : مطالعه موردي

1 -3- روش تحقيق 43

1-1-3 - مواد اوليه 44

2-1-3- عمليات ذوب و ريخته‌گري 45

3-1-3- آماده سازي نمونه‌ها 45

4-1-3- آناليز نمونه‌ها 46

5-1-3- متالوگرافي 47

6-1-3- آزمايش سختي 47

7-1-3- تست سايش 48

2-3-بيان نتايج

1-2-3- ريزساختار نمونه‌هاي حاوي مقادير مختلف كربن با تيتانيم ثابت 49

2-2-3- ريزساختار نمونه‌هاي حاوي مقادير مختلف تيتانيم با كربن ثابت 52

3-2-3- تاثير درصد كربن بر خواص نمونه‌ها 55

4-2-3-تاثير درصد تيتانيم بر خواص نمونه‌ها 55

5-2-3- نتايج پراش اشعه ايكس 56

6-2-3- تأثير درصد كربن بر خواص سايشي نمونه‌ها 59

7-2-3- تأثير درصد تيتانيم بر خواص سايشي نمونه‌ها 60

 

 

 

3-3- بحث نتايج

1-3-3- بررسي تشكيل فاز كاربيد تيتانيم 61

2-3-3- مطالعه مسير انجماد در كامپوزيت Fe-TiC 65

3-3-3- تأثير درصد كربن بر ريزساختار كامپوزيت فروتيك 66

4-3-3- تأثير درصد تيتانيم بر ريزساختار نمونه‌ها 73

5-3-3- تأثير درصد كربن بر چگالي كامپوزيت Fe-TiC 78

6-3-3- تأثير مقدار كربن بر سختي كامپوزيت Fe-TiC 78

7-3-3- تأثير مقدار كربن بر خواص سايشي كامپوزيت Fe-TiC 79

8 -3-3- تأثير مقدار تيتانيم بر چگالي نمونه‌ها 80

9-3-3- تأثير مقدار تيتانيم بر سختي كامپوزيت Fe-TiC 81

10-3- 3-تاثير مقدار تيتانيم بر خواص سايشي كامپوزيت 82

11-3-3- بررسي سطوح سايش 86

 

فصل چهارم : نتيجه گيري و پيشنهادها

1-4 نتيجه گيري 92

2-4پيشنهادها 94

 

منابع و مراجع 95

 

فصل اول :

مقدمه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

كامپوزيت مخلوطي از دو يا چند جز با خواص متفاوت است كه خواص مجموعه از مجموع

خواص ذرات يا اجزاء تشكيل شده برتر است. اجزاي كامپوزيت از نظر شيميايي، متفاوت و از نظر فيزيكي تفكيك پذير است. فاز پيوسته را زمينه(matrix) و فاز توزيع شده را تقويت كننده(reinforcement ) گويند. ‌‌‍‌‌‌‌‌‍‍‍‌‌‌‍‍‍‍‌‍‌[2]

در دنياي امروز نياز صنعت به مواد مهندسي نو ضروري است. در اين ميان كامپوزيت هاي زمينه فلزي از جايگاه ويژه اي برخوردار هستند. كامپوزيتهاي پايه فلزي از مخلوط و يا ترکيب ذرات سخت سراميكي و حتي الياف كربني در زمينه فلزي با روشهاي مختلف بدست مي آيند. [2] متداولترين تقويت كننده ها SiC ، TiC,TiB ,Al₂O₃ و ... است. به طور مثال كامپوزيت

Al – SiC به جاي آلياژ آلومينيوم، سبب كاهش وزن و افزايش مدول الاستيسيته در پيستونهاي ديزلي خواهد شد. [3]

جدول (1-1) برخي از كامپوزيتهاي زمينه فلزي با ذرات استحكام دهنده غير فلزي را نشان مي دهد.

 

 

 

جدول 1-1 : تعدادي از كامپوزيتهاي ذره اي زمينه فلزي با ذرات غير فلزي و روش هاي مورد استفاده براي ساخت آنها [4]

 

روش ساخت	آلياژ زمينه	درصد حجمي	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

 

 

 

برتري هايي كه كامپوزيت هاي زمينه فلزي نسبت به بقيه دارند عبارتند از :

1) استحكام و چقرمگي بهتر

2) هدايت حرارتي و الكتريكي عالي

3) پايداري حرارتي بهتر نسبت به كامپوزيتهاي زمينه پليمري

4) جوش پذيري و كار پذيري بهتر از بقيه كامپوزيتها [3]

در ميان كامپوزيتهاي زمينه فلزي Fe/TiC ، كامپوزيتي منحصر به فرد است. اولين مطالعات در مورد اين كامپوزيت در سال 1950 ميلادي آغاز شد. حفظ استحكام در دماي بالا ، امكان ماشينكاري راحت در حالت آنيل با سختي 45 راکول C ، مقاومت سايشي بالا و مقاومت به خوردگي عالي از خواص برجسته اين كامپوزيت است. [3]

در اين كامپوزيت، ذرات كاربيد تيتانيم در داخل زمينه اي از آلياژ آهن پراكنده شده است و داراي سختي حدودا V3200(ويكرز) مي باشند. اين نوع کامپوزيت در صنايع سيمان، خودرو و پلاستيك سازي ، هواپيما سازي و شيميايي كاربرد دارد. [5] همچنين از آن مي توان به عنوان ابزار قالب، قالب هاي سرب ، سنبه و روتور و شفت موتور و هواپيما و قالبهاي شكل دهي گرم و پيستون تزريق فشار بالا و غلطك هاي نورد استفاده كرد. [3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 1-1 برخي از كاربردهاي فروتيك را نشان مي دهد:

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

c d

 

 

شکل 1-1 : تعدادي از کاربردهاي فروتيک در صنايع مختلف (a) سوپاپ اطمينان (b) قطعات سايشي (c) روتور براي پمپ سوخت موتور جت (d) رينگ تانک آب

 

كامپوزيتFe - TiC در مقايسه با سرمت هاي CO-WC ،سبكتر، با مقاومت سايشي و چقرمگي بهتر و روش ساخت آن اقتصادي تر است. جدول (2-1) خواص فروتيك را در مقايسه با

WC- Coو فولاد نشان مي دهد.[6]

 

ضريب انبساط حرارتي 6-10 mm/mm/oC استحكامشكست متقاطع Kg/mm2 چگالي g/ cm3 ضريب اصطكاك 7-10cm3 شكل ذرات سختي دما بالا (oC600) HRC سختي در دماي محيط HRC سختي ذرات HRC آلياژ 0/3 1/3 3/7 184 250 150 5/6 15 - 8 15 - كروي مربعي - 69 72 45 69 72 61 92 80 - Fe-TiC WC-Co فولاد

جدول (2-1): خواص فروتيك در مقايسه با WC-Co و فولاد

 

 

 

 

كامپوزيتFe - TiC با روشهاي مختلفي ساخته مي شود كه معمولي ترين آن متالورژي پودر و ريخته گري است. البته در سالهاي اخير روشهاي جديدي براي توليد اين كامپوزيت ابداع شده است مثل روش سنتز خود احتراقي دما بالا ( SHS )، آلياژسازي مكانيكي، احياي كربوترمال و ترميتي كه جزء روشهاي حالت جامد هستند [3]

با توجه به اينكه حدود 80% هزينه كارخانه هاي داراي آسياب هاي بزرگ ناشي از مصرف گلوله هاي سايشي است به طور مثال مجتمع مس كرمان، تعداد هشت آسياب گلوله اي ميلي متر و طول دارد كه هر كدام 290 گلوله 80 ميليمتري دارند. 850 گرم گلوله مي تواند يك تن مواد را خردايش كند و روزانه 40 تن عمليات خردايش در آن كارخانه صورت مي گيرد. پس 34 تن گلوله در روز مصرف مي شود. با توجه به اين حجم بالاي مصرف گلوله ها تعيين نوع گلوله ها با مقاومت سايشي عالي بسيار ضروري است واستفاده از Fe - TiC امکان کاهش هزينه هاي توليد را ميسر مي سازد. هدف از اجراي اين طرح، مطالعه تاثير تيتانيم بر ريزساختار و خواص سايشي کامپوزيتهاي Fe – TiC است.

 

 

فصل دوم:

مروري بر منابع

 

 

 

 

 

 

1-2- عوامل موثر بر خواص كامپوزيتها :

خواص كامپوزيت ها به مقدار نسبي فازها و خواص اجزاء تشكيل دهنده آن بستگي دارد. قانون مخلوط كردن(در زير) اين خواص را پيشگويي مي كند: [3]

(1-2) P_com = P_mat . f + P_rein(1-f)

P_com : خواص كامپوزيت

P_mat : خواص زمينه

P_rein : كسر حجمي فاز تقويت کننده

عواملي كه روي خواص هر كامپوزيت اثر گذار است عبارتند از: [4]

1) مقدار، اندازه، توزيع ، شكل، نوع و فاصله بين ذرات تقويت کننده

2) سختي ، استحكام و چقرمگي ذرات تقويت کننده

3) ريز ساختار، سختي ، چقرمگي و استحكام زمينه

4) استحكام فصل مشترک بين زمينه و تقويت کننده

5) تنشهاي باقي مانده در قطعه

 

 

2-2- تقسيم بندي كامپوزيتها

تقسيم بندي بر اساس موارد گوناگوني انجام مي شود كه عبارتند از :

الف) بر اساس نوع زمينه : 1- پليمري 2- سراميكي 3- فلزي 4- بين فلزي

ب)بر اساس فاز تقويت كننده :

1) فاز تقويت كننده پيوسته : 1- لايه اي (Laminar) 2- رشته اي (Filament)

2) فاز تقويت كننده ناپيوسته :

1- ذره اي ( Particulate) 2- اليافي جهت دار(Fiber) 3 - ويسکر

ج) بر اساس اندازه فاز دوم]1[: 1) ريز 2) درشت

د) بر اساس روش ساخت]3[ :

1) ريخته گري 2) متالورژي پودر 3) روشهاي حالت جامد مثل SHS

ه) بر اساس نحوه ساخت فاز تقويت كننده :

1) ساخت همزمان : فاز تقويت كننده همزمان با زمينه تشكيل مي شود.

2) ساخت غير همزمان : فاز تقويت كننده با روشهاي مخصوص ساخته شده و بعدا در زمينه جاي داده مي شود [5]