بخشی از مقاله
چکیده
در تولید قطعات متالورژی پودر برنجی به دلیل دمای تبخیر پایین عنصر روی نمیتوان از پودرهای عنصری مس و روی استفاده نمود. به همین دلیل از پودرهای پیشآلیاژی برنج که عموما به روش اتمیزاسیون آبی تولید میشوند، استفاده میگردد که سبب کاهش تبخیر روی حین تفجوشی آنها میشود اما به طور کامل این مشکل حل نمیشود. در سالهای اخیر مطالعات زیادی بر روی فرآیند تولید قطعات برنجی به روش متالورژی پودر توسط گروه متالورژی پودر دانشگاه صنعتی سهند انجام گردید که در این پژوهش با استفاده از افزودن 10 درصد وزنی از پودر نانوکریستالیتی Cu20Zn10Al تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی، تبخیر روی در دو آلیاژ برنجی Cu-20Zn و Cu28Zn متوقف گردید. پودر نانوکریستالیتی افزوده شده به دلیل انرژی داخلی بالا، قبل از پودر برنج ذوب شده و درون مرزدانهBهای پودر برنج نفوذ کرده و تبخیر روی از مرزدانه ها را متوقف کرد. همچنین مخلوط کردن 10 درصد وزنی از پودر فرآوری شده با پودرهای برنج پیشآلیاژی سبب ریز شدن اندازه کریستالهای آن شده و بهبود خواص مکانیکی آنها را به همراه داشته است. بر اساس پراش اشعه ایکس نمونه های تفجوشی شده، افزودن پودر نانوکریستالیتی سبب ایجاد بافت در جهت صفحه - 111 - شده است.
کلمات کلیدی: تبخیر روی، پودر برنج پیش آلیاژی، تفجوشی، آلیاژسازی مکانیکی، پودر نانوکریستالیتی Cu-20Zn-10Al
-1 مقدمه
آلیاژهای برنجی به دلیل دارا بودن استحکام و چقرمگی مناسب، خواص غیر مغناطیسی و مقاومت به خوردگی بالا به گونهای گسترده در قطعات صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. 1]و.[2 این آلیاژها در تولی برخی از قطعات خودرو مانند دندههای هماهنگ کنندهی خودرو و درپوش باتری کاربرد دارند .[3] هماکنون بیشتر قطعات برنجی در ایران به روش متالورژی پودر تولید میشوند که کنترل دقیقی بر درصد عنصر روی آلیاژ وجود ندارد .[4] روش متالورژی پودر به عنوان یک روش ساخت برای قطعات پیچیده با کیفیت بالا، دقت ابعادی خوب و امکان تولید قطعات خود روغنکار با شیوهای اقتصادی جایگزین مناسبی برای روش ریختهگری است .[5]
به همین دلیل در سالهای اخیر مطالعات گستردهای توسط تیم متالورژی پودر دانشگاه صنعتی سهند بر روی شرایط تفجوشی آلیاژهای برنجی6] و[7، تغییرات ریزساختاری حین تفجوشی [8]، تاثیر دانستیته خام بر روی خردایش-آرایش مجدد آلیاژهای برنجی[9]، بررسی اثر موئینگی بر روی فرآیند تفجوشی آنها [10]، مدلسازی تفجوشیآلیاژهای برنجی [11] و تشکیل نانوکریستالیتهای اکسید روی حین تفجوشی آلیاژهای برنجی [12] Cu-20Zn و [13] Cu028Zn و خواص فیزیکی و مکانیکی و دیگر مطالعات 14]، 15 و [16 انجام گرفته است.در تفجوشی پودر برنج پیشآلیاژی با افزایش درصد عنصر روی بعد از تفجوشی فاز مایع سوپرسالیدوس حفرات ثانویه با اندازه بزرگتر در اثر جدایش عنصر روی و خارج شدن روی از نمونهها بوجود میآید .[17] پدید آمدن حفرات گردتر و بزرگتر در آلیاژهای حاوی روی بیشتر به دلیل وجود فاز مذاب بیشتر و تبخیر میزان بیشتر روی میباشد .[11]
در پژوهشی که توسط تیم تحقیقاتی آقای آزادبه و همکارانش [18] انجام شد، تبخیر روی حین تفجوشی فاز مایع پودر پیشآلیاژی برنجی Cu-28Zn به طور ماکروسکوپی با ترسیب ذرات اکسید روی بر روی نمونه در حال تفجوشی بررسی شده است. بنابراین مشکل جدی در تفجوشی این آلیاژها تبخیر عنصر روی موجود در آن میباشد که سبب افت محسوس چگالش با افزایش دما میشود .[12] در آلیاژهای ریختهگی برنج تبخیر روی را با افزودن عنصر آلومینیم - به میزان 0.15 تا - %0.35 میتوان به حداقل رسانید که همچنین سبب افزایش سیالیت فلز مذاب میشود .[19] در این پژوهش سعی بر آن شد که با افزودن پودر نانوکریستالیتی حاوی عنصر آلومینیم Cu-20Zn-10Al، از تبخیر روی حین تفجوشی آلیاژهای برنجی ممانعت نمود.
-2 نحوه انجام آزمایش
-1-2 تولید پودر Cu-20Zn-10Al نانوکریستالیتی
برای دستیابی به آلیاژ نانوساختار با ترکیب شیمیایی Cu-20Zn-10Al ، ابتدا پودرهای عنصری مس، روی و آلومینیم خالص در آسیاب سیارهای با سرعت دوران 250 دور بر دقیقه آسیاکاری شدند. مشخصات پودرهای اولیه - اندازه ذرات و خلوص آنها - در جدول 1 ارائه شده است. نسبت وزنی گلوله به پودر استفاده شده 20:1 1 - BPR - بوده و گلولههایی از جنس فولاد سختکاری شده با قطرهای 20، 10 و 6 میلیمتر استفاده شد.پودرها با نسبتهای وزنی متناسب با آلیاژ مورد نظر وزن شده و برای جلوگیری از آگلومره شدن آنها حین فرآیند آسیاکاری به همراه 1/5 درصد وزنی اسید استئاریک2 به عنوان عامل کنترل کننده فرآیند 3 - PCA - ، درون محفظه آسیاکاری قرار گرفت. مخلوط پودری تحت شرایط بهینه [20] در مدت زمان 56 ساعت تحت اتمسفر گاز آرگون آسیاکاری شدند.همچنین به منظور مقایسه بهتر قطعات متالورژی پودر حاوی %1 پودر آلومینیم نیزدر این قسمت مورد بررسی قرار میگیرد. مشخصات پودرهای برنجی استفاده شده در جدول 2 آورده شده است.
-2-2 مخلوط کردن پودر فرآوری شده با پودرهای برنج و مشخصه یابی آنها
جهت به دست آمدن مخلوط همگنی از پودر فرآوری شده به همراه پودر برنج، پودرها به مدت 020 دقیقه در آسیاب سیاره ای با سرعت 65 دور بر دقیقه مخلوط شدند. همچنین جهت تسهیل خروج پودرهای پرس شده خام از قالب، استئارات لیتیم با فرمول شیمیایی C18H35LiO2 به عنوان روانکار داخلی به میزان 0/75 درصد وزنی استفاده شد. مخلوط پودر توسط یک د ستگاه پرس هیدرولیک دومحوره با ف شار 600 مگاپا سکال در قالب سه تکه نمونه ا ستاندارد ت ست ضربه قطعات متالورژی پودر - 10×10×55 میلیمتر مکعب - فشرده شدند. تفجوشی قطعات در کوره تیوبی مدل TFS/25-1250 با سه منطقه دمایی و اتمسفر کنترل شده گاز نیتروژن با دبی 2 لیتر انجام شد.
برای خروج روانساز از نمونه ابتدا بوته حاوی نمونهها در منطقه پیش تفجو شی کوره، در دمای 540 ºC به مدت 30 دقیقه قرار گرفتند. سپس بر ا ساس دماهای بهینه تفجو شی بد ست آمده در پژوهشهای پی شین گروه متالورژی پودر دان شگاه صنعتی سهند 4] و [6، در ق سمت دوم کوره تیوپی تفجو شی به مدت 30 دقیقه انجام شد. دماهای تفجوشی قطعات در جدول 3 آورده شده است.پس از خروج نمونه ها از کوره چپالی آنها به روش ارشمیدوس مطابق استاندارد DIN ISO 3369 محاسبه گردید. پارامتر چگالش نیز جهت بررسی مقایسه ای مطابق رابطه - 1 - محاسبه شد:
که در این رابطه ψ پارامتر چگالش، چگالی تفجوشی، چگالی خام و چگالی تئوری است که برابر 8/29 گرم بر سانتیمتر مکعب برای محاسبات در نظر گرفته شد .[7]برای محاسبه درصد تخلخل قطعات تفجوشی شده از رابطه 2 استفاده شد.که در این رابطه چگالی تفجوشی،چگالی تئوری و %درصد تخلخل است.استحکام ضربه نمونهها مطابق استاندارد ASTM En 23-01 بااستفاده از دستگاه تست شارپی مدل ROEL AMSLER RKP 300 اندازهگیری شد. پس از آزمون ضربه نمونهها بصورت موازی در جه فشرده شدن برش داده شدند. نمونههای متالوگرافی بعد از پولیش با محلول 50 - میلیلیتر HCl، 10 گرم FeCl3 و 100 میلیلیتر آب مقطر - اچ شدند.
