مقاله تولید کامپوزیت A l 2 0 2 4 / M C r A LY با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی و عملیات حرارتی T6 و بررسی خواص مکانیکی و ریزساختار

بخشی از مقاله

چکیده: در این پژوهش، تاثیر فرآیند اصطکاکی اغتشاشی برروي آلیاژ آلومنیوم 2024 و تولید کامپوزیت سطحی آلومنیوم– M c r A l Y بر سطح آلیاژ با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور فرآیند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت چرخشی ابزار 1600 دور بر دقیقه و سرعت پیش روي خطی 8 میلی متر بر دقیقه در مراحل یک پاس و دو پاس برروي نمونه بدون پودر و نمونه همراه با پودر انجام شد. در پژوهش حاضر، سطح مقطع نمونهها توسط، میکروسکوپ نوري مورد بررسی قرار گرفته است و همچنین تحولات ساختار آلیاژ آلومنیوم 2024 را بعد از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی و عملیات حرارتی T6 در مناطق اغتشاش - N - Z، تحت تاثیر مکانیکی-Zحرارتی - T M - A، تحت تاثیر حرارتی - H - A Z و فلز پایه مطالعه شد و نیز تغییرات سختی این مناطق بررسی گردید.

نتایج نشان داد که ریز ساختار منطقه اغتشاش شامل دانههاي ریز و هم محور و تبلور مجدد یافته میباشد که از دانههاي فلز پایه به مراتب ریز تر است و همچنین سختی منطقه اصطکاکی اغتشاشی در نمونههاي بدون تقویت کننده و داراي تقویت کننده که عملیات حرارتی T6 بر روي آنها انجام نگرفته است به احتمال آن که انحلال و رشد رسوبات افت سختی را به همراه داشته است بعد از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی و عملیات حرارتی T6 بر روي نمونه هاي اصطکاکی اغتشاشی شده موجب ایجاد رسوبات جدید و بهبود خواص گردید و همچنین رشد دانه را به همراه نداشته است.

.1 مقدمه

توسعه پویا صنعت مدرن تحت تاثیر استفاده از مواد مورد نیاز با خواص مطلوب و بالاتر میباشد از طرفی دیگر نیز تقاضاي قوي براي کاهش وزن در تولید خودرو و هواپیما، بهینه سازي و طراحی محصولات را با استفاده از مواد کم وزن تشویق میکند.[1] در حال حاضر با توجه به تحریک و رشد مداوم صنعت علاقه به پیشرفت و استفاده از کامپوزیتها افزایش یافته است. به طور خاص، بین کامپوزیتها و مواد سنتی رقابت قابل توجهاي در بازار از نظر تجاري و هزینههاي ساخت آنها میباشد. استحکام بالا، مقاومت به سایش، پایداري حرارتی و اقتصادي بودن کامپوزیتها باعث گسترش دامنه استفاده آنها در برنامههاي کاربردي شده است. به همین خاطر تحقیقات فشردهاي در این زمینه انجام شده است که تولید و اصلاح کامپوزیت توسط روشهاي مختلف امکان پذیر میباشد.

بر اساس ماده زمینه، کامپوزیتها شامل کامپوزیتهاي زمینه سرامیکی، کامپوزیتهاي زمینه فلزي، کامپوزیتهاي زمینه بین فلزي و زمینه پلیمري میباشند. با مطالعه جنبههاي مختلف و استفاده ار روشهاي ریختهگري -2] [4، روش متالورژي پودر [10-5] و فرآیندهاي تغییرشکل پلاستیکی شدید [13-11] این امکان وجود دارد که کامپوزیتهاي زمینه فلزي را ایجاد نمود. آلومنیوم دومین فلز فراوان بر روي زمین است.

آلیاژهاي آلومنیوم 4 و 2از 0جملهA L 2 داراي ویژگیهایی مانند  چگالی  کم، استحکام بالا، خواص فیزیکی و مکانیکی و مقاوم در برابر خوردگی هستند .[14] استحکام به وزن بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا و مقاومت به خوردگی مناسب باعث شده است تا آلیاژهاي آلومنیوم در صنعت مورد توجه قرار گیرد. باتوجه به مقاومت به سایش ضعیف آن برنامههاي کاربردي و تریبولوژیکی آن محدود میباشد به همین منظور براي ارتقاي خواص سایشی، موجب شده صورت گرفته است.

[17-16] در این روشها مشکلاتی وجود دارد که میتوان به مصرف بالاي انرژي، واکنشهاي ناخواسته بین ذرات تقویت کننده و فاز زمینه در فصل مشترك که جلوگیري از آنها در دماي بالا مشکل است. براي اینکه این نوع از مشکلات رفع گردد باید فرآیند کامپوزیت سازي در زیر دماي ذوب انجام گردد. براي بسیاري از برنامههاي کاربردي، عمر مفید اجزاء صنعتی اغلب به خواص سطحی آنها مانند مقاومت در برابر سایش و خوردگی بستگی دارد. به تازگی، توجه زیادي به فرآیند اصطکاکی اغتشاشی شده است که به عنوان یک روش تازه براي اصلاح سطح و ساخت کامپوزیتهاي درجا شناخته میشود.[19-18]

فرآیند اصطکاکی اغتشاشی یک تکنیک حالت جامد براي اصلاح میکروساختار است، که بر اساس جوشکاري اصطکاکی اغتشاشی1 توسعه داده شده است.[21-20] مفهوم اصلی فرآیند اصطکاکی اغتشاشی بسیار قابل توجه است، به طوري که یک ابزار چرخشی که داراي پین و شانه میباشد به قطعه کار وارد میشود و در مسیري طولی و در یک خط مستقیم حرکت میکند. اصطکاك بین شانه و قطعه کار باعث گرم شدن موضعی میشود که دماي قطعه کار را به دامنهاي که در آن تغییر شکل پلاستیک شدید اتفاق میافتد، افزایش میدهد.

در طی این فرآیند، تغییر شکل پلاستیک شدید در مواد به وجود میآید که ناشی از حرارت ایجاد شده در اثر اصطکاك پین و قطعه کار است که میتوان گفت نتایج تکامل یافته اي را در ریز ساختار به ما میدهد. فرآیند اصطکاکی اغتشاشی را میتوان به طوري به عنوان جعل فرآیند اکستروژن و فلزکاري توصیف کرد. ریز ساختار حاصل از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی از سه منطقه اولیه تشکیل شده است: منطقه آسیب Zدیده2 - H - A، منطقه تحت تاثیر عملیات حرارتی Zمکانیکی3 - T M - A و منطقه اغتشاش4 - N - Z که در نتیجه تغییر است . فرآیند اصطکاکی اغتشاشی ثابت کرده است که در اصلاح خواص مختلف مانند فرمولاسیون، سختی، مقاومت به سایش، خستگی و مقاومت به خوردگی موفق بوده است.[18]

در سالهاي اخیر تلاشهاي زیادي جهت بهره گرفتن از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی براي بهبود رفتار سایشی مواد مختلف صورت گرفته است. به عنوان مثال، با استفاده از این فرآیند در آلیاژهاي آلومنیوم[28]، آلیاژهاي مس[29]، آلیاژهاي منیزیم[30] و فولادهاي زنگ نزن[34-31] بهبود قابل ملاحظه اي در مقاومت به سایش آنها دیده شده است. هسو و همکاران نشان دادند که با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی میتوان کامپوزیت درجا تولید کرد.[35] که و همکاران، با افزودن پودر نیکل به آلیاژ آلومنیوم 1060 توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به تولید کامپوزیت درجا نمودهاند که بعد از طی کردن این مراحل ترکیبات فلزيiA 3Nl iو A3Nl2 تولید شده است که در نتیجه آن، استحکام و سختی افزایش یافته است.

[36] همچنین یادوا و همکاران ذرات نیکل را بر روي آلیاژ آلومنیوم [37]1050 و کییان و همکاران[38]، ذرات نیکل را بر روي آلومنیوم H14 1100 توسط فرآیند اصکاکی اغتشاشی وارد فلز زمینه کرده و به تولید کامپوزیت سطحی درجا پرداختهاند که در هر دو مورد نتایج مطلوبی نسبت به فلز زمینه ارائه شده است. میشرا و همکاران، ذرات سرامیکیSi C را توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی وارد زمینه کرده و کامپوزیتCسطحی/S iدرجا A L را ایجاد کرده که از نتایج بدست آمده میتوان فهمید که سختی نسبت به فلز پایه افزایش یافته است.

[39] در تحقیقی دیگر نیز، شفیعی و همکاران با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی در طی چهار پاس و ایجاد کامپوزیت سطحی در جا توسط ذراتA2O3l بر روي زمینه آلومنیومی نتایج خوبی از نظیر مقاومت به سایش و سختی بالا نسبت به زمینه آلومنیومی را ارائه نمودند.[40] ونکاتارامن و همکاران، کامپوزیت5 زمینه07فلزيA L 7 را همراه با ذرات تقویت کنندهTi C مورد بررسی قرار داد، آنها در یافتند که با توجه به مقدارTiC موجود در ریز ساختار رفتار سایشی کامپوزیت متفاوت است به نحوي که با افزایش مقدار کاربید تیتانیوم در فلز پایه، سرعت سایش کامپوزیت کاهش یافته است.

[41] همچنین زحمتکش و همکاران، کامپوزیت زمینه فلزي آلومنیوم همراه با ذرات تقویت کننده A Ol را ایجاد نموده که 2 3سختی فلز پایه از 100 به 320 ویکرز افزایش یافته است.[42] فاندا و همکاران نیز نشان دادند که در طی استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی بر روي آلیاژ آلومنیوم 5456 باعث پراکندگی فاز β در زمینه گردیده و بهبود رفتار خوردگی را به همراه داشته است.[43] در تحقیق حاضر از پودرlYتقویت کننده2M0 C2 4r Aو A L که یک آلیاژ پر استحکام و پرکاربرد در صنایع مختلف به خصوص در صنعت هوافضا میباشد مورد بررسی قرار گرفته است، همچنیین از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی که یک روش با بازده بالا، نسبتاَسریع و یک فرآیند سازگار بامحیط زیست است خواص آلیاژ بهبود داده شد.

.2مواد و روش تحقیق

در این تحقیق از آلیاژ آلومنیوم 2024 به شکل ورق و تحت ابعاد 200×70×10 میلیمتر بریده شدند که ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 ارائه شده است، همچنینlY از AپودرM C r به عنوان تقویت کننده مورد استفاده قرار گرفت که ترکیب شیمیایی آن در جدول 2 ارائه شده است.