امروز: جمعه 10 فروردین 1403
دسته بندی محصولات

مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوكریستال Al-Ti تركیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اكستروژن گرم آن

مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوكریستال Al-Ti تركیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اكستروژن گرم آندسته: صنایع
بازدید: 1 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 23 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 21

آلیاژهای آلومینیوم جزء مواد پركاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند زیرا این آلیاژها دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شكل پذیری و خواص مكانیكی خوب هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز 200300ºC بطورمحسوسی استحكامشان را از دست می دهند و دركاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل استفاده می شوند كه این دما به تركیب و ساختار آ

قیمت فایل فقط 19,500 تومان

خرید

عنوان :

مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوكریستال Al-Ti تركیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اكستروژن گرم آن

مقدمه :

آلیاژهای آلومینیوم جزء مواد پركاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند . زیرا این آلیاژها دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شكل پذیری و خواص مكانیكی خوب هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز 200-300ºC  بطورمحسوسی استحكامشان را از دست می دهند و دركاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل استفاده می شوند كه این دما به تركیب و ساختار آلیاژ بستگی دارد . تحقیقات گسترده در مورد كاربردهای آلیاژهای آلومینیوم بواسطه استحكام دهی بالای آنها در دمای 600ºC  توسعه پیدا كرده است .[27]

آلیاژسازی مكانیكی (Mechanical Allay)  MA آلیاژهای Al-Ti انتخاب خوبی برای اكثر كاربردها هستند زیرا بعلت وجود ذرات ریز Al-Ti و اكسیدها و بیدها مقاومت خوبی را در دماهای بالاتر از 600ºC  نشان می دهد . استحكام در دمای بالا همراه با چگالی كم ، آلیاژهای Al-Ti را قابل رقابت با موادی مانند تیتانیم و آلیاژهای پایه نیكل می كند . ولی انعطاف پذیری كم در دمای اتاق باعث شده استفاده عمومی از آنها محدود شود [28,29]  ساختار نانوكریستال می تواند تنها دلیل افزایش همزمان سختی و انعطاف پذیری (ductility)  باشد .

برای افزایش انعطاف پذیری (duetility)  به خوبی استحكام در دمای اتاق برای آلیاژ Al-Ti ما می توانیم ار روش آلیاژسازی مكانیكی برای تهیه ساختار نانوكریستال استفاده كنیم زیرا در این روش اندازه ذرات پودر درحد نانومتر كاهش می یابد .

مواد نانوكریستال بعنوان یكی از پربهره ترین مواد در دهه اخیر مطرح شده اند به سبب اینكه آنها خواص مفید و بالقوه ای برای كاربردهای مختلف دارند كه وابسته به اندازه بی نهایت ریزدانه ها است [30,32] و مواد بصورت پودر زمانی می توانند یك ماده با ساختار نانوكریستال با سودهی مناسب را تولید كنند . كه سایز ذرات آنها در حد نانومتر باشد [33] .

در آزمایشات گذشته [34] پودر نانوكریستال آلیاژ Al-Ti بطور موفقیت آمیزی بوسیله آسیاب گلوله ای واكنش دار(RBM)  (Reactive ball Milling) در اتمسفر هیدروژن تركیب شده بود و یك نوع ساختار نانومتری كه شامل Al با اندازه ای درحد نانومتر و همچنین ذرات نانومتری TiH2 را به بوجود آورده بود . در ابتدا آسیاب كردن ، TiH2 تشكیل شده و زمان تشكیل ساختار را 1 تا 3 ساعت كمتر كرده است [35].

1- جزئیات آزمایشات

1-1 آسیاب گلوله ای واكنشی و مشخصات پودر آسیاب شده .

پودر آلومینیوم خالص (99.5% , - 325mesh  خلوص) و تیتانیم (99.9% , - 325mesh خلوص) با تركیب شیمیایی Al-5% at Ti باهم تركیب می شوند . RBM یك آسیاب گلوله ای بزرگ با انرژی زیاد است و دارای ظرفیت 7.81  تحت اتمسفر هیدروژن     می باشد شرایط آسیاب كردن بوسیله اثری كه بر روی ساختار نانوكریستال آلیاژ Al-Ti  دارد تعیین می شود [8] زمان آسیاب كردن و سرعت آسیاب كردن بترتیب 30 ساعت و 250 rpm می باشد وزن نهایی پودر 200gr و نسبت گلوله های آسیاب به پودر 65:1.2wt%?  می باشد عامل كنترل كننده فرآیند استریك اسید (CH3 (CH2)16 COOH) می باشد كه اضافه می شود . قبل از شارژ كردن محفظه آسیاب با گاز هیدروژن ، محفظه باید بوسیله Rotary Pump خلاء بشود ( درحدود 10-3 torr ) . [36]

پودرهای آسیاب شده بعد از طی مرحله آسیاب به 200 mesh  می رسند بعد از طی این مراحل آزمایشاتی بوسیله TEM , SEM , XRD بر روی پودر انجام شد و مشاهده شد اندازه دانه ها كه بوسیله TEM اندازه گیری شده بود با داده های تئوری از XRD مطابقت داشت . دمای تجزیه TiH2 و تشكیل Al­3 Ti  بوسیله نمودار DSC در نرخ حرارت دهی 10-3k/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 . [26]

(Con soli dation Temp)  دمای تركیب شدن : به دمای گفته می شود كه در آن دما همه TiH2 تجزیه شده و Al3Ti تشكیل می شود . [26]

2-1 اكستروژن گرم

پودرآسیاب شده را در الك -200 mesh الك كرده و با اكستروژن گرم پودر را مستحكم می كنند برای اكستروژن پودر از یك محفظه فلزی بنام can همانطور كه گفته شده استفاده شده بود . برای مستحكم كردن پودر از پرس سرد با فشاری حدود 98MPa درقوطی از جنس AL6063 و یا از جنس Cu می توان استفاده كرد . این نمونه به عملیات حرارتی قبل از اكستروژن گرم نیاز دارد . قوطی آلومینیومی در دمای 450ºC  یا 500ºC  به یك میله تبدیل می شود . البته بعداز عملیات حرارتی درهمان دما و در حدود 1 تا 2 ساعت * سرقوطی را می توان بوسیله جوش قوس آرگون ببندیم و آن را در دمای 500ºC  و بوسیله پمپ rotary بمدت 1 تا 3 ساعت مستحكم كنیم . نسبت اكستروژن 25:1 است و فشار اكستروژن 1.5GPa ، قطر قطعه اكسترود شده 15nm است . [26]

3-2 تستهای مكانیكی                                                         

سختی و ریزسختی وتست كشش بر روی قطعه اكسترود شده انجام شد . سختی بوسیله دستگاه سختی سنج راكول (RockwellB) اندازه گیری شد . اندازه گیری Vickers Micro Hardness با نیروی 500gr و دستگاه Leitz انجام شد . نمونه برای تست كشش از روی ا ستاندارد ASTM- E8M تهیه شده و طول gage آن 20mm بود با قطر سطح قطعه 4mm كه دردستگاه2000LBS  SATECDLF20 تست شده . تست كش با نرخ كرنش   4.2 x10-4s-1 در دمای اتاق و دماهای بالاتر(500ºC , 400ºC , 300ºC) انجام شد . نتایج تست كشش این قطعه با آلیاژ Al-Ti كه بوسیله آلیاژسازی مكانیكی و در اتمسفر آرگون تهیه شده بود و سپس اكستروژن گرم شده بود مقایسه می شود .

چگالی بوسیله قانون ارشمیدس اندازه گیری شد . ریزساختار قطعه اكسترود شده و نمونه ای كه تست كشش بروی آن انجام شده بود بوسیله TEM بررسی شد .

سطح شكست نمونه ای كه تست كشش بررسی انجام شده بود بوسیله SEM بررسی شد .

الكترولیت مورد استفاده برای پوشش قطعاتی كه برای آنالیز TEM مورداستفاده قرارگرفت  شامل 10درصد حجمی اسیدپركلریك Perchloric acid و 90درصد حجمی اتیل الكل (ethyl alcohol) است كه در دمای –25ºC  استفاده شد همچنین ولتاژ مورد استفاده هم   است . [26]

2- نتایج

آنالیز XRD نشان می دهد كه همه تیتانیوم ها (Ti) بعداز RBM در اتمسفر هیدروژن تبدیل به TiH2 شده اند شكل 11 عكسهای  TEMپودر Al-5 at %Ti كه برای 30h دراتمسفر هیدروژن آسیاب شده است را نشان می دهد مدل سطح انتخاب شده تفرق (Selected area diffraction) (SAD) نشان می دهد كه این سطح شامل TiH2 , Al است كه بصورت زنجیره ای (Ring) و تصادفی در كنارهم قرار گرفته اند و ساختار ریزی از دانه های پلی كریستال را تشكیل می دهند اندازه دانه هایی كه بطور مستقیم در عكسهای TEM مشاهده شده كمتر از 20nm است . آنالیز TEM نشان می دهد كه TiH2 , Al اندازه هایی نزدیك بهم دارند و دارای پراكندگی غیریكنواخت هستند . نتایج TEM نشان می دهد كه ریزساختار پودر آسیاب شده بصورت تركیبی درحد نانومتر است [36] كه شامل وزارت TiH2 , Al با اندازه ای در حد نانومتر است شكل 12 یك نمودار DSC  مربوط به پودرآسیاب شده است .

4 واكنش دراین نمودار مشخص است كه واكنشهای (A , C, D) گرمازا (exothermic) و واكنشی دیگر گرماگیر (endothermic) است كه رنج گسترده دمایی آن ازنقطه B شروع می شود .

برای امتحان مبدأ هر پیك (peak) نمونه پودر را مطابق دمای هر پیك در نمودار DSC گرم كرده و بعد سرد می كنیم و سپس بوسیله XRD بررسی می كنیم . اولین پیك گرمازا در 330ºC (نقطه A) تثبیت ساختار غیرپایدار حرارتی را بعنوان  grain bounday readering,grain  boundary relaxation نتیجه می دهد . پهنای وسیع واكنشهای گرماگیر در حدود دمای 370º c (نقطه B) شروع می شود این نتیجه تأثیر واكنشهای گرماگیر از تجزیه TiH2 است و رنج پیوسته و وسیع از یك واكنش آرام را نشان       می دهد . پیك دوم در دمای 390cº (نقطه C) اتفاق می افتد كه گرمازا است این پیك خیلی كوچك بروی پیك وسیع واكنش گرماگیر قرار می گیرد و با آن هم پوشانی دارد این پیك نتیجه آلیاژسازی دوباره بین شبكه Ti , Al است كه از تجزیه شدن TiH2 بدست آمده است . واكنش آخر بعد از تجزیه TiH2 در دمای 480º C (نقطه D ) بطور مشخص درنهایت انجام می شد .

آنالیز حرارتی در این آزمایش شبیه به آزمایش قبلی [8] كه بروی پودری با تركیب           Al-10 wt/Ti كه بمدت 50 ساعت در اتمسفر RBM,H2 شده بود است بنابراین دمای واكنش برای این آزمایش 40-50ºC كمتر از آزمایش قبلی است. و ریزساختار پودر آسیاب شده در این آزمایش ریزتر از آزمایش قبلی بود . در این مورد آنالیز حرارتی پودری با تركیب Al-10wt% Ti كه در اتمسفر آرگون آلیاژسازی مكانیكی شده است نشان می دهد كه AL3Ti بین دمای 260-320ºC  تشكیل شده است [37] اما این یك آزمایش است زیرا Al3Ti قبل از آنكه TiH2 تجزیه شود تشكیل نشده بود . تشكیل Al3Ti با تأخیر تا دمای 480ºC انجام می شود كه بعنوان دمای معمولی تركیب برای آلیاژسازی مكانیكی آلیاژهای پودر Al-Ti مطرح است . تأخیر در تشكیل Al3Ti        می تواند از رشد دانه های Al3Ti در حین عملیات حرارتی و گاززدائی قبل از اكستروژن گرم بواسطه زمان كم حرارت دهی جلوگیری كند . شكل 13 عسكهای TEM مربوط به پودری با تركیب Al-5 at%Ti كه در RBM بمدت 30 ساعت آسیاب شده و سپس بمدت 20دقیقه در دمای 500ºC  عملیات حرارتی شده است را نشان می دهد . سطح عكس  نشان دهنده مدل SAD فازهای Al-Ti ,Al و Al2O3 را بدون TiH2 را نشان می دهد اندازه دانه ها نیز در حدود 20nm نگه داشته می شود . برطبق آنالیز DSC دمای مناسب برای تركیب 500ºC است . [26]   برای آزمایش ، 4  قطعه برای شرایط متفاوت اكستروژن آماده شده بود . شرایط اكستروژن گرم و مشخصات قطعات اكسترود شده در جدول 2 بیان شده است . فشردگی نسبی همه قطعات99%  و بیشتر است . شكل 1+4 عكسهای TEM مربوط به ریزساختار قطعه اكسترود شده را نشان می دهد . قطعه اكسترود شده عمدتا شامل ذرات Al3,Ti,Al كه تقریبا سایزی حدود 50nm تا 100nm دارند كه وابسته به شرایط اكستروژن است و تصویر TEM آنها در شكلهای 4(c),4(a)  نشان داده شده است . ریزساختار قطعه اكسترود شده تركیبی از Al3Ti,Al كه بصورت پودر است اندازه دانه هم در فرآیند گاز زدائی و هم در فرآیند عملیات حرارتی قبل از اكستروژن با كم كردن دما و كوتاه كردن زمان فرآیند افزایش می یابد. [26]  اندازه دانه نمونه 4  كمتر از 50nm می باشد این یكی از ریزترین اندازه دانه ها در آلیاژهای Al-Ti است اندازه دانه نمونه های آسیاب شده در RBM تحت H2 كه اكستروژن گرم شده اند نسبت به قطعاتی كه به روشی آلیاژسازی مكانیكی تحت Ar تهیه شده و سپس اكستروژن گرم شده (كه اندازه ای حدود 150-40nm دارند شكل 4(d)) خیلی ریزترند .

Al4c3 , Al2o3 بوسیله واكنشهای بین C , O , AL در فرآیندی كه عامل كنترل كننده واكنش نیز حضور دارد ایجاد می شود كه بصورت ذرات پراكنده وجود دارند . اكسیدهایی كه درشكل 4(e) مشخص است به شكل دایره ای با قطر 10nm هستند كه در داخل دانه ها مشاهده می شود . كاربیدها همانطور كه درشكل 4(f) مشاهده می شود به صورت استوانه ای هستند كه معمولا در مرز دانه ها قرار می گیرد .با اینكه Al4c3 , AL2O3 بطور یكنواخت در درون شبكه پراكنده نمی باشند ولی آنها می توانند استحكام اولیه بیشتری در مقایسه با Al3Ti ایجاد كنند زیرا آنها خیلی ریزترند . نتایج تست سختی و ریزسختی (micro hardness) در جدول 2 بیان شده است هم سختی و هم ریزسختی با كاهش اندازه دانه افزایش می یابد . [26] درمورد قطعه شماره 4 اندازه دانه كمتر از 50nm است كه بطور فوق العاده ای در مقایسه با دیگر نمونه ها تفاوت دارد این قطعه در قوطی Cu (can) ساخته شده كه تأثیر این نوع قوطی (can) درخواص قطعات اكسترود شده بطور واضح مشخص نیست . به همین خاطر جزئیات قطعه شماره 4   در  ادامه نیامده است در آزمایشات [38] نشان داده شده بود كه ریزسختی (micro hardness) آلیاژ Al-8at% Ti كه به روش آلیاژسازی مكانیكی تحت اتمسفر Ar تولید شده و سپس اكسترود شده 160Hv بوده است و همچنین آلیاژی با تركیب             Al-5at% Ti كه پودر آن در RBM آسیاب شده و سپس اكسترود شده است 197.5-231.7Hv می باشد و بنابراین حدود 23-45% بالاتر از قطعه ای است كه بروش آلیاژسازی مكانیكی (MA)  تهیه شده است و این بدین خاطراست كه ریزساختار Al همانند AL3Ti  درقطعه آسیاب شده در RBM و اكسترود شده نیز درحد نانومتر است .

قیمت فایل فقط 19,500 تومان

خرید

برچسب ها : مطالعه ریزساختار آلیاژهای نانوكریستال AlTi تركیب شده بوسیله ball mill در اتمسفر هیدروژن و اكستروژن گرم آن , آسیاب گلوله ای واكنشی و مشخصات پودر آسیاب شده , اكستروژن گرم

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر