بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیت هاي زمینه فلزي تقویت شده با ذرات کاربید تیتانیم به دلیل خواص سایشی عالی در سال هاي اخیر مورد توجه قرار گرفتهاند. در این تحقیق کامپوزیت FeCo-TiC به روش آلیاژسازي مکانیکی و با استفاده از ماده ارزان قیمت فروتیتانیم - به جاي تیتانیم خالص - تولید گردیده است. مخلوط پودري شامل فروتیتانیم، کبالت و گرافیت در آسیاي گلولهاي- سیارهاي در زمانهاي مختلف آسیا شد و به وسیله پراش اشعهي ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که روش آلیاژسازي مکانیکی منجر به تشکیل محلول جامد FeCo و ذرات ریز TiC میگردد. پس از 5 ساعت آلیاژسازي مکانیکی، اولین جوانه هاي کاربید تیتانیم تشکیل گردید و آسیاکاري در زمان هاي بالاتر باعث پیشرفت واکنش و افزایش پارامتر شبکه کاربید تیتانیم میشود. آسیاکاري در زمانهاي بالاتر 60 - تا 80 ساعت - باعث تولید ذرات کاربید تیتانیم با ساختار نانوکریستال میشود. نتایج بررسیهاي میکروسکوپی نیز نشان داد که پس از 80 ساعت آسیاکاري پودر کامپوزیتی نسبتاً هموژن با اندازه ذرات در حد 1 میکرون بدست میآید.
واژه هاي کلیدي: کامپوزیت زمینه فلزي، آلیاژسازي مکانیکی، پودر کامپوزیتی FeCo-TiC
مقدمه
کاربید تیتانیم داراي خواصی عالی همچون نقطه ذوب و سختی بالا، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون مناسب، هدایت الکتریکی و حرارتی خوب است. کامپوزیتهاي زمینه فلزي تقویت شده با کاربید تیتانیم یا سرمتها بطور گسترده براي ساخت ابزارهاي مقاوم به سایش و ابزارهاي برش بکار برده میشوند. خواص مکانیکی سرمتها ترکیبی از سختی کاربید تیتانیم و تافنس زمینهي فلزي است . کامپوزیتهاي زمینه آهنی تقویت شده با کاربید تیتانیم جزو مواد مقاوم به سایش ارزان قیمت هستند و جایگزین مناسبی براي کامپوزیت تجاري Co-WC محسوب میشوند.
کامپوزیت Fe-TiC به وسیلهي روشهاي مختلف از جمله متالورژي پودر، ریختهگري، سنتز احتراقی، احیاي کربوترمیک، احیاي آلومینوترمیک تولید شده است. از مشکلات تولید کامپوزیت Fe-TiC میتوان به خوشهاي شدن ذرات سخت و جلوگیري از توزیع همگن آنها در زمینه آهنی و همچنین پیوند ضعیف بین ذرات تقویت کننده و زمینه اشاره نمود. یک روش مناسب براي رفع این مشکلات آلیاژسازي مکانیکی است . آلیاژسازي مکانیکی براي اولین بار در سال 1966 توسط بنجامین مطرح شد و از آن زمان تا کنون آلیاژها و کامپوزیتهاي زیادي با این روش تولید شده است.
آلیاژسازي مکانیکی به وسیله جوش سرد و شکستهاي متوالی بین ذرات انجام میگیرد تغییرات میکروساختاري در حین آلیاژسازي مکانیکی متأثر از رفتار مکانیکی اجزاي پودري و متغییرهاي آلیاژسازي مکانیکی است .از مزایاي روش آلیاژسازي مکانیکی میتوان به کنترل آسان کسر حجمی ذرات تقویت کننده و توزیع ریز و همگن ذرات تقویت کننده در زمینه اشاره نمود که باعث افزایش استحکام کامپوزیت میگردد.
کامپوزیتهایی که به صورت درجا تولید شدهاند داراي خواص مکانیکی عالی هستند زیرا فصل مشترك بین زمینه و تقویت کننده به دلیل جلوگیري از انجام واکنشهاي مضر و اکسیداسیون، پیوند محکمی برقرار ساخته است. همچنین تقویت کنندههایی که به صورت درجا تولید شدهاند از لحاظ ترمودینامیکی پایدارتر هستند.دیگر مزیت آلیاژسازي مکانیکی تولید پودرهاي کامپوزیتی با ساختار نانوکریستالی است. مواد نانوکریستالی میتواند باعث بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی شوند .
کامپوزیت Fe-TiC به وسیله آسیاکاري پودرهاي عنصري تیتانیم، آهن و کربن توسط تعدادي از محققین تولید شده است. همچنین براي ارتقاء خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی این کامپوزیت ها از زمینههاي آلیاژي همچون آهن آلومینیوم و ... استفاده شده است. هدف از این تحقیق مطالعه ساختار و استحاله فازها در حین آسیاکاري سیستم FeTi2-Co-C و تولید کامپوزیت FeCo-TiC به روش آلیاژسازي مکانیکی با استفاده از پودر فروتیتانیم ارزان قیمت به جاي تیتانیم خالص است. عنصر کبالت به منظور افزایش ترشوندگی کاربید تیتانیم با زمینه آهنی استفاده شده است.
روش تحقیق
مخلوط پودري شامل 64 درصد وزنی پودر فروتیتانیم، 24/8 درصد وزنی پودر کبالت و 11/2 درصد وزنی پودر گرافیت در آسیاي گلولهاي سیارهاي با نسبت وزنی گلوله به پودر 1:20 با 5 گلوله 10 میلیمتري در محفظهاي از جنس فولاد سخت کرم دار و با سرعت 600 rpm تحت اتمسفر آرگون با خلوص 99/9 درصد در زمان هاي 1، 5، 10، 20، 40، 60 و80 ساعت آلیاژسازي مکانیکی گردید. نمونههاي 10 و 80 ساعت آسیاکاري شده در کورهي لولهاي با اتمسفر آرگون با خلوص 99/9 درصد در دماي 800 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت آنیل شدند.
تغییر فاز نمونهها در حین آلیاژسازي مکانیکی توسط دستگاه پراش اشعه ایکس Philips با لامپ کاتدي مسی با طول موج 1/54059 آنگسترم مورد بررسی قرار گرفت. اندازه متوسط کریستالها و کرنش شبکه و پارامتر شبکه به وسیلهي روش ویلیامسون-هال و دباي شرر و قانون براگ و با استفاده از الگوهاي پراش اشعه ایکس محاسبه شد. بررسی ساختاري محصولات آلیاژسازي مکانیکی به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل AIS-2100 انجام گرفت.
نتایج و بحث
همانطور که ملاحظه میشود پس از یک ساعت آسیاکاري هیچ برهم کنشی بین ذرات مواد اولیه رخ نداده است و همه پیکهاي مواد اولیه شامل فروتیتانیم، کبالت و کربن وجود دارند. بعد از 5 ساعت آسیاکاري علاوه بر پیکهاي فروتیتانیم و کبالت، پیکهاي ضعیف کاربید تیتانیم نیز ظاهر شده ولی پیکهاي کربن ناپدید گشتند. بنابراین پس از 5 ساعت آسیاکاري، اولین جوانههاي کاربید تیتانیم تشکیل شده است. با وجود اینکه اولین جوانههاي کاربید تیتانیم تشکیل شده - و هیچ کاربید دیگري نیز تشکیل نشده است - پیک کربن حذف گردیده است.
