بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به تولید کامپوزیت سطحی با ذرات تقویت کننده CoNiCrAlY/YSZ بر زیر لایه آلومینیوم 7075 پرداخته شد. ابتدا پودر کامپوزیتی CoNiCrAlY/YSZ در مقادیر %5 و YSZ %10 با استفاده از آسیاب کاری مکانیکی به مدت 24 ساعت تهیه شد. در ادامه فرایند اصطکاکی اغتشاشی با استفاده از پودر کامپوزیتی بدست آمده به عنوان تقویت کننده بر روی آلیاژ آلومینیوم 7075انجام گردید.
بدین منظور ابتدا پارامتر بهینه برای تولید کامپوزیت سطحی در شرایط سرعت چرخشی و سرعت پیشروی و زاویه انحراف تعیین گردید. بر اساس شرایط تعیین شده تاثیر فرآیند اصطکاکی اغتشاشی بر ریز ساختار و سختی آلیاژ آلومینیوم 7075درحالت بدون تقویت کننده و با تقویت کننده، مورد ارزیابی قرار گرفت.
بررسی های ریز ساختاری نشان داده که انجام فرآیند اصطکاکی اغتشاشی روی آلیاژ پایه سبب کاهش قابل ملاحظه اندازه دانه در منطقه اغتشاشی شده است. همینطور تاثیر تعداد پاس روی توزیع ذرات تقویت کننده و سختی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با انجام دو پاس فرآیند اصطکاکی اغتشاشی توزیع یکنواختی از ذرات تقویت کننده صورت گرفته است. همچنین با افزایش تعداد پاس و افزایش درصد ذرات تقویت کننده کامپوزیتی میزان سختی افزایش یافت.
.1 مقدمه
در دهه های اخیر تحقیقات زیادی بر روی مواد با دانسیته کم، استحکام و سختی بالا وچقرمگی شکست انجام شده است. آلیاژهای آلومینیم به دلیل تامین کردن این خواص، از جمله موادی هستند که بیش از پیش مورد توجه قرار گرفتهاند. در حال حاضر آلیاژهای آلومینیم پرمصرف ترین آلیاژها در بین فلزات غیر آهنی میباشد. در بین آلیاژهای آلومینیم، گروه 7xxx بیشترین استحکام ویژه و مناسبترین خواص مکانیکی را دارا است. این گروه از آلیاژهای آلومینیمبه علت استحکام بالا، دانسیته پایین، شکل پذیری مناسب و مقاومت به خستگی خوب،استفاده گسترده ای در صنایع هوا و فضا دارند .
بیشینه استحکام این آلیاژبا عملیات پیرسختیT6 حاصل میشود. علت استحکام بالای این آلیاژ،توزیع ریز و یکنواخت رسوبات فاز ثانویه در شبکه است که طی عملیات پیر سختی وحرارتی T6 عامل اصلی افزایش استحکام میباشند .>2@ آلیاژ آلومینیم7075یکی از مستحکمترین آلیاژ هایی است که کاربرد گسترده ای در صنعت خودرو سازی و هوا فضا دارد، اما کم بودن مقاومت سایشی و مقاومت به خوردگی محدودیتهای را برای کاربرد بیشتر این آلیاژها بوجود آورده است.
تاکنون محققین برای بهبود خواص سطحی این آلیاژها از فرایندهایی نظیر آندایزینگ و فرایند اصطکاکی اغتشاشی - FSP - 3 استفاده نمودهاند. این فرایندها علاوه بر بهبود خواص سایش این آلیاژها مقاومت به خوردگی آنها را نیز افزایش میدهد. در این میان استفاده از فرایندهای اصطکاکی اغتشاشی در سالهای اخیر گسترش زیادی یافته است .
در این فرایند با استفاده از یک پین مصرفی نشدنی در سطح فلز تغییر شکل پلاستیک شدید ایجاد مینمایند که باعت ریزدانه شدن ساختار فلز میگردد. از طرف دیگر با اضافه کردن تقویت کنندههای مناسب خواص سطحی آلیاژ را بهبود میبخشند. محققین نشان دادهاند که تولید کامپوزیت سطحی با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی میتواند گزینه مناسبی برای رفع این عیوب باشد
ساخت کامپوزیت سطحی زمینه فلزی با روشهای متداول مبتنی بر فرایند ذوب سطحی،نظیر عملیات سختکاری سطحی توسط لیزر یا فرایندهای قوس الکتریکی میتواند منجر به تخریب خواص کامپوزیت شود. در حین این روش ها به دلیل حضور فاز مذاب، امکان واکنش بین ذرات تقویت کننده وزمینه فلزی وتشکیل برخی از فاز های مخرب وجود دارد. به عنوان مثال در مورد کامپوزیت زمینه فلزی با ذرات تقویت کننده SiC،احتمال تشکیل کاربید وجود دارد وهمینطور یکی از مشکلات اصلی در مورد کامپوزیت های هیبریدی با فرایند ذوبی رایج،آگلومره شدن4 ذرات تقویت کننده است که منجر به توزیع غیر یکنواخت ذرات تقویت کننده در زمینه میشود.
امروزه فرایند اصطکاکی اغتشاشی به عنوان یک روش بهبود خواص سطحی شناخته شده است. با توجه به مشکلات ذکر شده به نظر می رسد که فرآیند اصطکاکی اغتشاشیگزینه مناسبی برای ساخت کامپوزیتسطحی زمینه فلزی روی قطعات آلومینیمی میباشد. فرآیند اصطکاکی اغتشاشی توسط میشرا5 و همکارانش [9] برای اصلاح ریز ساختار بوجودآمد.
ابزار غیر مصرفی درحال چرخش شامل شانه و برآمدگی به داخل قطعه کار فرو میروند ودر سطح پوشیده شده توسط شانه،اغتشاش مکانیکی و حرارت ایجاد میکند.باتوجه به آن که در حین انجام فرایند اصطکاکی اغتشاشی دما کمتر ازدمای نقطه ذوب فلز پایه است و لذا مشکلات درروش های مبتنی بر فاز مذاب وجود نخواهد داشت و همینطور فرآیند اصطکاکی اغتشاشی سبب اصلاح ساختار و کاهش اندازه دانه در نزدیکی سطح میشود.
یکی از مهمترین آلیاژهایی که امروزه برای بهبود خواص خوردگی قطعات صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد، گروه آلیاژی MCrAlY است. این آلیاژها با تشکیل لایه مقاوم به خوردگی اکسید آلومینیم و اکسید کروم از خوردگی سطح قطعات جلوگیری مینمایند. <6نیز اکسید زیرکونیم پایدار شده با ایتریا است که دارای سختی بالایی است که محققین از ترکیب کامپوزیتی این دو ماده برای بهبود خواص مکانیکی و حرارتی آلیاژها استفاده نمودهاند .
در این پژوهش سعی شده است از پودر کامپوزیتی &R1L&U$O</<6تولید شده به روش آسیابکاری مکانیکی، به عنوان تقویت کننده در فرایند اصطکاکی اغتشاشی استفاده شود و خواص خوردگی و مکانیکی آلیاژ Al-7075را بهبود بخشید.
.2 مواد وروش تحقیق:
آلیاژ مورد استفاده در این پژوهشورق Al-7075به ابعاد100*30*10mmمیباشد که ترکیب شیمیایی آن در جدول 1نشان داده شده است.برای آماده سازی پودر کامپوزیتی از روش آلیاژسازی مکانیکی استفاده شد. برای این کار از پودرهایCoNiCrAlY و YSZ ساخت شرکت GTV استفاده شد. پودرCoNiCrAlYبه همراه مقادیر 5 و 10 درصد وزنیYSZبه مدت 24 ساعت در اتمسفر گاز آرگونآسیاب کاری مکانیکی شدند. سرعت آسیاب کاری 180 rpm و نسبت گلوله به پودر10:1 انتخاب شد.
درشکل 1تصاویر متالوگرافی از توزیع ذرات سرامیکی در زمینه CoNiCrAlY را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود افزایش زمان آسیاب کاری نه تنها باعث خرد شدن ذرات سرامیک میشود، بلکه منجر به توزیع یکنواخت ذرات YSZدر زمینه فلزی میشود.
جدول .1ترکیب شیمیایی آلومینیوم 7075
شکل1 تصاویر میکروسکوپ الکترونی الف - %YSZ 5ب - %YSZ 10
