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.

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. ‌‌‍‌‌‌‌‌‍‍‍‌‌‌‍‍‍‍‌‍‌[۲]

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. 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.

جدول (۱-۱) برخي از كامپوزيتهاي زمينه فلزي با ذرات استحكام دهنده غير فلزي را نشان مي دهد.

جدول ۱-۱ : تعدادي از كامپوزيتهاي ذره اي زمينه فلزي با ذرات غير فلزي و روش هاي مورد استفاده براي ساخت آنها

 

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	۰٫۳-۲۰	۱-۲۰	SiC
Slurry casting, squeeze casting, powder metallurgy, laser melt-particle injection, casting	Al-Cu, Al-MG, Ti-Al-V, steel	۸-۴۰	<40-212	Tic
Slurry casting, squeeze casting, powder metallurgy	Al-Mg, Al-Cu, Al-Si, Cu-, steel, Mg	۰٫۵-۱۰۱-۲۰	۰٫۰۱-۲۰۰<50	Al2O3(bauxite),87.9% Al2O3
laser melt-particle injection, powder sintering	Ti-Al-V, Co-base	…	۱۰۶-۱۰۵-	WC
Powder metallurgy	Co-Cr	…	۱۸-۳۸	M7C3 (Cr-rich)
Slurry casting, bottom pouring, spray dispersion, powder metallurgy	Cu, Al, steel	۱-۴	۵-۸۰	ZrO2/ZrSiO4
Slurry casting, bottom pouring, spary dispersion, powder metallurgy	Cu, Al, steel	۱۰	…	TiO2/MgO
Slurry casting, bottom pouring, powder metallurgy	Al-Mg, Cu	۲-۱۰	۳۰-۱۱۰	Glass/SiO2
Slurry casting, compocasting, powder metallurgy	Al-Cu-Mg, Ag, Cu-Sn	۳-۱۰	۴۰-۱۸۰	Mica/talc
Slurry casting, squeeze casting	al-Si-Mg	۱۵	۱۲۵	Shell char
Slyrry casting, squeeze casting, powder metallurgy	Al, Cu, Ag, iron	۱-۷۵۰	۱۵-۸۰۰	Graphite
Powder metallurgy	Cu, Ag, Cu-steel	۲۰-۴۰	…	PTFE
Powder metallurgy	Cu, Cu-Ta	۱-۸۰	۰٫۵/۵	MoS2
Powder metallurgy	Fe-Pb, Ag-Cu, Ag	۲۰-۸۰	…	MoSe2

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

۱) استحكام و چقرمگي بهتر

۲) هدايت حرارتي و الكتريكي عالي

۳) پايداري حرارتي بهتر نسبت به كامپوزيتهاي زمينه پليمري

۴) جوش پذيري و كار پذيري بهتر از بقيه كامپوزيتها

در ميان كامپوزيتهاي زمينه فلزي Fe/TiC ، كامپوزيتي منحصر به فرد است. اولين مطالعات در مورد اين كامپوزيت در سال ۱۹۵۰ ميلادي آغاز شد. حفظ استحكام در دماي بالا ، امكان ماشينكاري راحت در حالت آنيل با سختي ۴۵ راکول C ، مقاومت سايشي بالا و مقاومت به خوردگي عالي از خواص برجسته اين كامپوزيت است.

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. 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.

فهرست مطالب :

فصل اول : مقدمه

مقدمه

فصل دوم : مروري بر منابع

۱-۲- عوامل مؤثر بر خواص كامپوزيتها

۲-۲- تقسيم بندي كامپوزيتها

۳-۲- تريبولوژي و تريبوسيستم

۱-۳-۲- تعريف سايش و عوامل اثر گذار روي آن

۲-۳-۲- انواع مكانيزم هاي سايش

۱-۲-۳-۲- سايش چسبان

۲-۲-۳-۲- سايش خراشان

۳-۲-۳-۲- سايش خستگي

۴-۲-۳-۲- سايش ورقه اي

۵ -۲-۳-۲- سايش اكسايش

۳-۳-۲- پارامتر سايش

۴-۳-۲- رابطه بين مقاومت به سايش و سختي

۵ -۳-۲- منحني سايش

۴-۲- كامپوزيت فروتيك

۱-۴-۲- انواع كامپوزيت هاي فروتيك

۱-۱-۴-۲- كامپوزيت هايي كه با كوئينچ سخت مي شوند

۲-۱-۴-۲- كامپوزيت هايي كه با پير سختي سخت مي شوند

۲-۴-۲- روشهاي ساخت فروتيك

۱-۲-۴-۲- ساخت کامپوزيت به صورت غير همزمان

الف) پراكنده كردن ذرات فاز دوم

ب) روش پاششي

ج) تزريق مذاب فلزي

۲-۲-۴-۲- ساخت فروتيک به صورت همزمان ( insitu)

الف) سنتز خود احتراقي (SHS)

ب) XD

ج) دمش گاز واكنش دهنده

د) اكسايش مستقيم فلز( DIMOX)

ه) primex

و) واكنش حين تزريق

ز) واكنش شيميايي در داخل مذاب

ح) روش آلياژسازي مكانيكي

ط) متالورژي پودر

ي) احياي كربوترمال

ک) احياي ترميت

ل) روش سطحي

۳-۴-۲- خواص كامپوزيت هاي فروتيك

۱-۳-۴-۲- سختي

۲-۳-۴-۲- استحكام

۳-۳-۴-۲- مدول الاستيكي

۴-۳-۴-۲- مقاومت به سايش

پارامترهاي موثر روي سايش

الف) كسر حجمي كاربيد تيتانيم

ب) اندازه ذرات و شكل آنها

ج) نوع زمينه

د) كاربيد هاي ريخته گري

ه) عمليات حرارتي و سرعت سرد كردن زمينه

و) نيرو در دستگاه pin on Disk

ز) عيوب در قطعات

ح) اثر ذوب مجدد

۵-۳-۴-۲- ماشين كاري

۶-۳-۴-۲- عمليات حرارتي

۷-۳-۴-۲- جذب ارتعاش

۸-۳-۴-۲- دانسيته

۹-۳-۴-۲- فرسايش

فصل سوم : مطالعه موردي

۱ -۳- روش تحقيق

۱-۱-۳ – مواد اوليه

۲-۱-۳- عمليات ذوب و ريخته‌گري

۳-۱-۳- آماده سازي نمونه‌ها

۴-۱-۳- آناليز نمونه‌ها

۵-۱-۳- متالوگرافي

۶-۱-۳- آزمايش سختي

۷-۱-۳- تست سايش

۲-۳-بيان نتايج

۱-۲-۳- ريزساختار نمونه‌هاي حاوي مقادير مختلف كربن با تيتانيم ثابت

۲-۲-۳- ريزساختار نمونه‌هاي حاوي مقادير مختلف تيتانيم با كربن ثابت

۳-۲-۳- تاثير درصد كربن بر خواص نمونه‌ها

۴-۲-۳- تاثير درصد تيتانيم بر خواص نمونه‌ها

۵-۲-۳- نتايج پراش اشعه ايكس

۶-۲-۳- تأثير درصد كربن بر خواص سايشي نمونه‌ها

۷-۲-۳- تأثير درصد تيتانيم بر خواص سايشي نمونه‌ها

۳-۳- بحث نتايج

۱-۳-۳- بررسي تشكيل فاز كاربيد تيتانيم

۲-۳-۳- مطالعه مسير انجماد در كامپوزيت Fe-TiC

۳-۳-۳- تأثير درصد كربن بر ريزساختار كامپوزيت فروتيك

۴-۳-۳- تأثير درصد تيتانيم بر ريزساختار نمونه‌ها

۵-۳-۳- تأثير درصد كربن بر چگالي كامپوزيت Fe-TiC

۶-۳-۳- تأثير مقدار كربن بر سختي كامپوزيت Fe-TiC

۷-۳-۳- تأثير مقدار كربن بر خواص سايشي كامپوزيت Fe-TiC

۸ -۳-۳- تأثير مقدار تيتانيم بر چگالي نمونه‌ها

۹-۳-۳- تأثير مقدار تيتانيم بر سختي كامپوزيت Fe-TiC

۱۰-۳- ۳-تاثير مقدار تيتانيم بر خواص سايشي كامپوزيت

۱۱-۳-۳- بررسي سطوح سايش

فصل چهارم : نتيجه گيري و پيشنهادها

۱-۴ نتيجه گيري

۲-۴پيشنهادها

منابع و مراجع