بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی - FSP - ، کامپوزیتهای سطحی بر پایه عناصر موجود در سیستمهای Cu-3.50SiC و Cu-1.750SiC-1.750Ni بر سطح ورق مس خالص ایجاد و تحولات ریزساختاری، سختی و خواص سایشی آنها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. بدین منظور ابتدا با ایجاد شیاری بر سطح ورق مس و اعمال پودرهای نیکل و کاربید سیلیسیم به درون شیار، فرایند در سرعت چرخشی 900 دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 40 میلیمتر بر دقیقه انجام گرفت.
نتایج بررسیهای ریزساختاری بر روی نمونه فلز پایه نشان داد که با اعمال فرایند، میانگین اندازه دانه فلز پایه از 24 میکرون به حدود 8 میکرون رسید. بررسیهای ریزساختاری برای نمونههای کامپوزیتی نشان داد، توزیع یکنواختی از تقویتکنندهها در زمینه ایجاد گردید. نتایج ارزیابی ریزسختیسنجی نشان داد که نمونه کامپوزیتی Cu-3.50SiC میزان سختی بیشتری را نسبت به کامپوزیت هیبریدی Cu-1.750Ni-1.750SiC از خود نشان داد.
این امر بگونهای است که سختی فلز پایه و نمونههای کامپوزیتی Cu-1.750Ni-1.750SiC و Cu-3.50SiC به ترتیب 45، 116 و 128 ویکرز بدست آمد. بررسی نتایج سایش گویای رفتار سایشی مناسبتر نمونههای کامپوزیتی در مقایسه با فلز پایه است. این امر بهگونهای است که نرخ سایش فلز پایه و نمونههای کامپوزیتی Cu-1.750Ni-1.750SiC و Cu-3.5SiC طی بار اعمالی 30 نیوتون به ترتیب 0/045، 0/011 و 0/008 میلیگرم بر متر بدست آمد.
مقدمه
مس و آلیاژهایش با خواص منحصر به فردی همچون، هدایت الکتریکی و گرمایی بسیار زیاد، انعطافپذیری و مقاومت به خوردگی بالا توجه بسیاری از صنایع را در جهت ایجاد سازههای مهندسی به خود جلب نموده است - . - Sarmadi, Kokabi, Reihani, 2013 علی رغم خواص مطلوبی که این فلز و آلیاژهایش دارند، چالش هایی نظیر استحکام کم و همچنین مقاومت خزشی و سایشی پایین کاربرد آنها را محدود میسازد . - Sarmadi et al, 2013 - برای بهبود این چالشها و استفاده از آلیاژهای مس در صنعت، بهبود ریزساختار از طریق کاهش اندازه دانهها و ایجاد ساختار هممحور و کامپوزیتی کردن سطح یا بالک آن پیشنهاد میشود - Sun, Fuji, . - 2011 همچنین توجه به این نکته که در اکثر کاربردها ازجمله قطعات مقاوم به سایش، عمر مفید قطعه به شرایط سطحی آن وابسته است، باعث شده است که کامپوزیتهای سطحی به عنوان زیر مجموعه کامپوزیتهای زمینه فلزی مورد توجه قرار گیرند و با سرعت بسیار زیاد پیشرفت کنند.
برای دستیابی به این منظورها روشهای متعددی وجود دارد که از مهمترین آنها میتوان به متالورژی پودر و روشهای پایه انجمادی اشاره نمود. از محدودیتهای متالورژی پودر میتوان به عدم توانایی در ایجاد کامپوزیتهای سطحی، محدودیت در انتخاب مواد و نیاز به فرایندهای جانبی دیگر نظیر پرس داغ و ... اشاره نمود . - Qian , Xiong, Zhang, Lin , 2012 - همچنین روشهای بر پایه انجماد نظیر عملیات لیزر و ریخته گری، بهدلیل کلوخهای شدن ذرات تقویتکننده، عدم کنترل فرایند و حضور دانهها و ریزساختار خشن و دندریتی محدود میشوند . - Qian et al, 2012 - اخیرا فرایند اصطکاکی اغتشاشی1 بر مبنای اصول جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی توجه بسیاری از مهندسین را در جهت رفع چالشهای ذکرشده، به خود جلب نموده است - Mishra, Ma, . - 2005 فرایند اصطکاکی اغتشاشی توسعه یافته جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است.
این فرایند در حالت جامد صورت میپذیرد و مشکلات مربوط به روشهای جوشکاری ذوبی را ندارد. در حقیقت FSP روش جدید و منحصربه فردی از فرایند حرارتی- مکانیکی است که میتواند ریزساختار و ماده تحت فرایند را با حداکثر کارایی و در عین حال حداقل هزینه و زمان تغییر دهد . - Mishra, Ma, 2005 - هر چند ابتدا این فرایند برای اصلاح ریز ساختار و بهبود خواص مکانیکی به کار گرفته شد، اما به مرور کاربردهای بسیار متنوعی همچون حذف عیوب در ساختار ریختگی، همگنسازی ساختار، تولید کامپوزیت و نانو کامپوزیت سطحی و بالک و ایجاد ترکیبات بین فلزی در ساختار مواد، از این فرایند توسط محققین گزارش شده است . - Mishra, Ma, 2005 -
بسیار روشن است که خواص مکانیکی کامپوزیتهای زمینه فلزی به اندازه، شکل وتوزیع ذرات تقویتکننده در زمینه وابسته است. اخیرا، کامپوزیتهای تقویت شده با ترکیبات بینفلزی نظیر - Qian et al, 2012 - Al-Al3Ni و Hsu, Kao , Ho, - Al-Al2Cu - 2005 و کامپوزیتهای - Barmouz, Besharati, 2011 - Cu-SiC ، Sathiskumar, Murugan, Dinaharan, - Cu-Al2O3 - 2014، - Sathiskumar et al, 2014 - Cu-B4C طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی ایجاد شدند. نتایج این تحقیقات نشان داد که اضافه کردن تقویت کننده به زمینههای فلزی طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی منجر به افزایش چشمگیری در سختی، بهبود ریزساختار و افزایش مقاومت به سایش طی ایجاد کامپوزیتی با توزیع بسیار یکنواخت تقویتکننده شده است. بر این اساس در این پژوهش سعی میشود، یک لایهی کامپوزیتی تقویتشده با ذرات SiC و Ni طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر سطح ورق مس ایجاد و شرایط بهینه استفاده از این آلیاژ در صنایع مختلف فراهم گردد.
