بخشی از مقاله
چکیده
فلزات شیشهای حجیم - BMGs - ، فلزاتی هستند که در سرعتهای سرد کردن بالا تولید شده و ساختار آنها آمورف است. آلیاژهای آمورف پایه آهن به دلیل خواص بسیار ویژه مهندسیشان از قبیل استحکام، سختی و مقاومت به خوردگی بسیار بالا و قیمت پایینتر نسبت به آلیاژهای شیشهای دیگر و کاربردهای گسترده در زمینههای مهندسی، بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. این مواد در کشش و همچنین در فشار رفتار ترد یا تقریباً ترد از خود نشان میدهند که این مشکل میتواند کاربرد مهندسی آنها را تحت تأثیر قرار دهد. در این تحقیق، با استفاده از الگوی پراش اشعه ایکس - XRD - ، تست فشار، متالوگرافی، بررسی درصد حجمی تخلخل - به کمک نرم افزار - MIP، نمودار آنالیز حرارتی - DSC - و انرژی اکتیواسیون، تأثیر اضافه کردن مقدار جزئی مس بر روی خواص مکانیکی، ریزساختار و قابلیت شیشهای شدن آلیاژ آمورف توده - Fe41Co7Cr15Mo14Y2C15B6 - با بیشترین قابلیت شیشهای شدن در میان آلیاژهای پایه آهن، بررسی شده است. نتایج بهدست آمده نشان میدهد با اضافه کردنX 0 . 25 درصد اتمی مس، درصد تخلخل و گرمای تبلور کاهش یافته است ولی انرژی اکتیواسیون افزایش و خواص مکانیکی به شدت بهبود مییابد. دلایل این تغییرات با توجه به تاثیر مس بر قابلیت شیشه ای شدن، تبلور جزئی و ریزساختار مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: آلیاژ شیشهای پایه آهن، خواص مکانیکی، تأثیر مس، خاصیت شیشهای شدن، میکرو ساختار.
-1مقدمه
مذاب فلزات و آلیاژهای معمولی ضمن سرد شدن و انجماد، به ساختاری کریستالی با کمترین سطح انرژی تبدیل شده و به تعادل میر سدن. اما غالباً فلزات به جای ت شکیل تک بلور کامل، چند بلوری میشوند که حاوی مقادیر زیادی نقائص خطی - نابجایی - و صفحهای - مرزدانه - میباشند. شک ست و خوردگی فلزات معمولا درمرزدانهها به علت وجود پیوند آزاد - انرژی بی شتر - و تراکم اتمی کمتر نسبت به داخل دانهها رخ میدهد. صفحات ناکامل اتمی - نابجاییها - تحت تنش و حرارت، به آ سانی لغزش نموده و حرکت میکنند؛ در نتیجه فلزات ا ستحکام خیلی کمتری از مقدار پیشبینی شدهی تئوریک خود دارند. در فلزات شی شهای به دلیل اختلاف اندازه اتمی، وجود آنتالپی منفی و هم چنین تعداد بالای عناصر تشکیل دهنده، مذاب این آلیاژها ویسکوزیته بالاتری نسبت به آلیاژهای معمولی دارند.[1] بنابراین به دلیل نفوذ و جابجایی کندتر اتم ها نرخ جوانه زنی و رشد بلور بقدری آه سته ا ست که فلز مایع می تواند در دمایی ب سیار کمتر از دمای ذوب خود - در دمای شیشه ای شدن، - Tg و قبل از بلوری شدن به یک فاز شیشه ای فوق تبرید شدهاصطلاحاً - یک مایع با وی سکوزیته ب سیار بالا که عملا در دمای محیط جامد ا ست - تبدیل شود3]و2،.[1 در این حالت توزیع اتم ها در ساختار درونی فلز، نامنظم و مشابه مذاب خواهد بود و نظم در دامنه بلند در آن وجود ندارد، بنابراین دانه، مرزدانه و نابجایی ها از ساختار حذف شده و خواص ویژهای پدید میآید.
آلیاژهای شی شهای در سال 1960 تو سط داویز به طور اتفاقی ک شف شد و پس از آن تو سعه پیدا کرددر. ابتدا اکثراً در اشکالی مانند سیم ها و فویل ها با ضخامت کمتر از 50 میکرومتر ساخته می شدند تا گرما بتواند به سرعت از یک بعد آن خارج شود5] و4،.[1 ساختار ویژهی فلزات آمورف باعث بوجود آمدن خواص و برتریهای ویژهای در مقای سه با نوع بلورین خود از قبیل درخ شندگی، جلای سطحی، نزدیک شدن استحکام واقعی به استحکام تئوری، سختی و مقاومت به سایش بالا، حد الاستیک عالی، افزایش نسبت استحکام به وزن و مقاومت به خوردگی بالا در مقایسه با جامدات کریستالی شده است 8] و7،.[6
آلیاژهای شی شهای معمولا ترکیبات چندتایی از عنا صر با اختلاف اندازه اتمی زیاد ه ستند که تشکیل یوتکتیک های چندتایی و عمیق میدهند و دارای نقطه ذوبی بسیار کمتر در مقایسه با اجزاء سازنده خود ه ستند؛ به همین علت امکان طراحی و ساخت قطعات دقیق از آنها در ا شکال پیچیده فراهم می شود.در میان سیستم های آلیاژی شیشهای حجیم، از لحاظ اقت صادی، آلیاژهای پا یه آهن، به ع لت م نابع طبیعی فراوان، قی مت ارزان و همچنین خواص فیزیکی، شیم یایی و مکانیکی منح صر به فرد، ب سیار مورد توجه قرار گرفته ا ست.[9] در مقای سه با دیگر سی ستمهای تشکیل دهندهی شیشه، آلیاژهای شیشهای پایه آهن، استحکام شکست - در محدوده - 2/8 -4 GPa و سختی - 800 -1300 HV - ب سیار بالایی را ن شان میدهند11]و.[10 ا ستحکام ب سیار بالای این آلیاژها امکان ساخت قطعات با ن سبت ا ستحکام به وزن ب سیار بالا را می سر می سازد. هدف از این تحقیق، بهبود خواص مکانیکی آلیاژهای شیشهای پایه آهن می باشد.
-2مواد و روش تحقیق
آلیاژ پایه Fe41Co7Cr15Mo14Y2C15B6 از ذوب مواد اولیه با درصد خلوص بالا، شامل آهن - 99/9% - ، کبالت - 99/9% - ، کرم - % - 99/99، مولیبدن - 99/9% - ، ایتریم - % - 99/9، بور کریستالی - 99/5% - و همچنین فروآلیاژ کربن - ساخته شده به کمک آسیاب پرانرژی و ذوب القایی - به روش قوسی تحت محیط خنثی - VAR1 - تهیه شده است. شمشهای آماده شدهی آلیاژ، به منظور همگن شدن کامل، چندین بار ذوب مجدد شدهاند. مقداری از آلیاژ آماده شده، درون محفظهی دستگاه ریختهگری مکشی، تحت گاز خنثی و شرایط کنترل شده ذوب و در داخل قالب مسی آبگرد به شکل میلههایی با ضخامتهای مختلف و با طول 60 میلیمتر، به روش مکشی2 ریخته گری شدند. ترکیب شیمیایی آلیاژ به روش ICP3 و EDX4 تعیین شده است. به منظور بررسی ریزساختار، نمونهها از میلههای ریختهگری شدهی اولیه، به صورت دیسک هایی عمود بر محور طولی بریده شدهاند. نمونه های تهیه شده، بوسیله رزین اپوکسی، مانت و پس از آمادهسازی اولیه، توسط خمیر الماسه با اندازه ذرات 0/25 پولیش شدهاند. ریزساختار نمونهها توسط میکروسکوپ نوری - Ziees Axioskop - 2 MAT مورد بررسی قرار گرفت؛ هم چنین به منظور محاسبهی کسر حجمی تخلخل ها از سیستم پردازش اتوماتیک تصاویر و نرمافزار MIP استفاده شده است.
