بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده به دلیل خواص آن مانند استحکام مخصوص بالا،سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب در حال افزایش است.فرآیند اصطکاکی اغتشاشی یک روش حالت جامد است که می توان از آن برای ایجاد کامپوزیت های سطحی استفاده کرد.در تحقیق حاضر لایه کامپوزیت سطحی با استفاده از ذرات نانو کاربید بور ایجاد شد و امکان پراکندگی ذرات تقویت کننده نانو کاربید بور در کامپوزیت زمینه فلزی آلومینیوم ،با موفقیت مورد بررسی قرار گرفت.نمونه ها در معرض تعداد پاس های گوناگون فرآیند اصطکاکی اغتشاشی ازیک تا چهار پاس قرار گرفتند.مشاهده ریز ساختاری با میکروسکپ الکترونی روبشی و میکروسکپ نوری از سطح بهسازی شده انجام گرفت.نتایج نشان داد که فرآیند اصطحکاکی اغتشاشی باعث کاهش اندازه دانه ها و توزیع یکنواخت ذرات در داخل زمینه آلومینیوم گردید.
-1 مقدمه
فرآیند اصحکاکی اغتشاشی ،یک روش حالت جامد است که بر اساس روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بنا شده است و در آن از ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی که بصورت یک ابزار استوانه ای در حال چرخش است و شامل یک پین و شانه است استفاده می شود. پین ابزار دو کار اصلی زیر را انجام می دهد:-1گرم کردن قطعه به وسیله اصطکاک -2 حرکت دادن مواد به منظور اتصال. فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به عنوان روشی برای بهینه کردن ریز ساختار آلیاژهای ریخته گری،همگن کردن آلیاژهای تولید شده توسط متالورژی پودر،بهینه کردن ریز ساختار کامپوزیت های زمینه فلزی و اخیرا هم بمنظور ایجاد کامپوزیت های سطحی مورد استفاده قرار گرفته است. پودر استفاده شده در این تحقیق نانو کاربید بور بوده که به دلیل چگالی پایین - حدودا - 2/5 ودمای ذوب2/7 درجه سلسیوس به عنوان ماده تقویت کننده کامپوزیت های زمینه فلزی ،پلیمری و سرامیکی بکار می رود.
-2مواد و روش آزمایش
در تحقیق حاضر از آلیاژ Al 6061 استفاده شد که برای این تحقیق از ورقه اصلی قطعاتی با ابعاد - 200×70 - میلی متر و ضخامت 5 میلی متر با کمک برش لیزر - جهت جلوگیری از اعوجاج و لبه دار شدن - تهیه گردید. برای ایجاد کامپوزیت سطحی از ذرات نانو کاربید بور استفاده شد که برای این منظور شیاری به عمق 2میلی متر و عرض 1میلی متربر روی سطح قطعات ایجاد شد. ابزار مورد استفاده برای انجام فرآیند از جنس کاربید تنگستن انتخاب شد.
شکل هندسی ابزار شامل شانه به قطر 20 میلی متر و پین به قطر 5 میلی متر و ارتفاع 3 میلی متر که بصورت استوانه ای با طول 150 میلی متر انتخاب شد .زاویه بین ابزار و قطعه کار به منظور پیشروی پیشروی راحت تر ابزار و کاهش پلیسه 3 درجه انتخاب شد. فرآیند اصطکاکی اغتشاشی توسط دستگاه فرز عمودی با قدرت 4/4 کیلو وات و اعمال سرعت پیشروی - 16 - mm/min و سرعت چرخشی - 1250 - rev/min برای چهار نمونه شامل تک پاسه بدون پودر ،تک پاسه با پودر، دو پاسه با پودر و چهار پاسه با پودر اعمال شد.
همچنین به منظور جلوگیری از پراکندگی ذرات در زمان انجام عملیات،از یک ابزار بدون استوانه ای بدون پین به قطر 18 میلی مترو طول100 میلی متر از جنس فولاد تند بر - HSS - ،با سختی 64HRC استفاده شد.پارامتر های اعمالی برای پوشاندن سطح شامل سرعت پیشروی - 8 - mm/min و سرعت چرخشی - 800 - rev/min بود. لازم به ذکر است برای تهیه نمونه دو و چهار پاسه،با اعمال دو و چهار پاس متوالی بر روی شیار قطعه کارها تهیه شدند.پراکندگی ذرات و تاثیرتعداد پاس ها بر روی پراکندگی پس از سنباده زنی و پولیش و عملیات مانتینگ به وسیله میکروسکپ الکترونی روبشی - - SEMو متالوگرافی نوری بررسی شد.
-3بحث وتحلیل نتایج
نتایج آزمون متالوگرافی نشان داد که منطقه اصطکاکی اغتشاشی تقریبا دارای عرض و عمق به اندازه پین بوده و ذرات کاربید بوردر ابعاد میکرون در ناحیه ای که تحت عملیات قرار گرفتند پراکنده شده اند.شکل های 1،2،3،4تصاویر مربوط به متالوگرافی نمونه ها را نشان می دهد.شکل 1 مربوط به فلز پایه است،شکل 2 مربوط به انجام فرآیندپس از یک پاس - 63 را نشان می دهد که مناطق تیره نشان دهنده ذرات کاربید بور است که بصورت آگلومره تجمع پیدا کرده است.و اشکال3،4مربوط به دو پاس و چهار پاسه است.
در اشکال تصاویر میکروسکپ الکترونی روبشی - شکلهای 7،6، - 5 از سطح مقطع نانو کامپوزیت های سطحی آلومینیوم کاربید بور تولید شده به وسیله فرآیند اصطحکاکی اغتشاشی در پاس های مختلف ارائه شده است. با مشاهده تصاویر بدست آمده از میکروسکپ الکترونی روبشی - SEM - ،توزیع ذرات نانو در داخل فلز پایه دیده شد .همانطوری که در تصاویر SEM مشاهده می شود،زمینه که آلیاژ آلومینیوم می باشد و دارای میانگین عدد اتمی بالاتری نسبت به B4C می باشد روشن تر دیده می شود و ذرات پراکنده شده در آلیاژ که تیره ترند، نانو کاربید بور می باشد. همچنین با مقایسه شکل هانحوه توزیع نانو کاربید بور را می توان بررسی کرد.
در نمونه تک پاسه توزیع نانو ذرات بیشتر بصورت تجمعی می باشد که عمدتا در محل ،نا پیوستگی و شکاف های در فصل مشترک بعضی از لایه های اختلاط ،گیر افتاده بودند که حاصل اغتشاش کمتر و اختلاط میکانیکی ضعیف تر نانو کاربید بور با فلز پایه در تعداد پاس های کمتر می باشند. در تصویر مربوط به نمونه فرآوری شده با چهار پاس همراه با پودر نانو می باشد ،توزیع نانو ذرات کاربید بور بطور یکنواخت تری می باشد که این ناشی از انجام فرآوری با تعداد پاس های بیشتر می باشد که اجرای پاس های بیشتر ، باعث کم شدن شکاف های بین فصل مشترک لایه ها ی فرآوری، شده است.
