بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، امکان ساخت کامپوزیت سطحی زمینه آلومینیوم با ذرات تقویت کننده منیزیم، با استفاده از روش اصطکاکی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفت. آلیاژ آلومینیوم استفاده شده در این پژوهش سری 1000 بود. ساخت کامپوزیت سطحی با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی پس از افزودن پودر منیزیم درون شیار ایجاد شده در سطح آلیاژ آلومینیوم، با سرعت چرخش 1500 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی 40 میلیمتر بر دقیقه انجام شد و تاثیر تعداد پاس روی سختی بررسی گردید. تشکیل ترکیبات بین فلزی در ناحیه اغتشاشی در نتایج آزمون پراش اشعه ایکس نمونه های پردازش شده مشاهده شد. نتایج آزمون سختی نشان دهنده افزایش سختی از 25 ویکرز در نمونه اولیه تا 80 ویکرز در نمونه کامپوزیت شد.
مقدمه
فرآیند اصطکاکی اغتشاشی - FSP - ، یک روش حالت جامد است که بر اساس روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بنا نهاده شده است و در آن از ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی که به صورت یک ابزار استوانه ای در حال چرخش، که شامل یک پین و شانه - شکل - 1 است استفاده می شود 2]و.[1 فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به عنوان روشی برای بهینه کردن ریز ساختار آلیاژهای ریخته گری [3]، همگن کردن آلیاژهای تولید شده توسط متالورژی پودر [4]، بهینه کردن ریز ساختار کامپوزیت های زمینه فلزی واخیراً هم به منظور ایجاد کامپوزیت های سطحی 6]و[5 مورد بررسی قرار گرفته است.
فرایند اصطکاکی اغتشاشی باعث ایجاد چهار ناحیه در اطراف و خود منطقه عملیات می شود. که شامل: - 1 ناحیه اغتشاشی - SZ - ، شامل دانه های هم محور تبلور مجدد یافته است. - 2 ناحیه تحت تاثیر عملیات گرما مکانیکی - TMAZ - ، ناحیه ای که دانه ها در اثر کار مکانیکی حاصل از فرآیند کشیده می شود و توسط ساختار به شدت تغییر شکل یافته قابل تشخیص است. - 3 ناحیه تحت تأثیر حرارت - HAZ - ، ناحیه ای که تنها تحت تأثیر سیکل های حرارتی بوده و تغییر ساختاری در آن رخ نمی دهد. - 4 فلز پایه 8]و.[7
در سال های اخیر چندین روش بهبود خواص سطحی مانند عملیات ذوب با انرژی بالای لیزر، تابش باریکه الکترونی، پاشش پلاسما و ... مورد استفاده قرار گرفته است. این روش ها بیشتر بر اساس روش های ذوب سطحی و ایجاد فاز مایع است که باعث به وجود آمدن برخی فازهای مضر در سطح ماده می شود، همچنین کنترل پراکنده کردن یکنواخت ذرات در سطح ماده توسط این روش ها مشکل است یکی از روش هایی کهاخیراً برای ایجاد کامپوزیت سطحی استفاده می شود روش اصطکاکی اغتشاشی است. با توسعه صنایع هوافضا و هوانوردی تمایل به تولید ابزار و وسایل با حداقل وزن و حداکثر استحکام مورد توجه قرارگرفته است. این ویژگی ها باعث افزایش راندمان کاری وسایل تولیدی، کاهش مصرف سوخت و در کل کاهش هزینه های مربوط به استفاده از وسایل به کارگرفته شده در صنایع هوایی خواهد شد.
ویژگی بارز آلیاژهای آلومینیوم داشتن نسبت استحکام به وزن بالا است که این آلیاژها را به آلیاژهای پرکاربردی در صنایع مختلفی از قبیل صنایع خودرو، ساختمانی، نظامی، هوا فضا و... مبدل کرده است. تنها نرمی و خواص سایشی ضعیف این آلیاژها مانع از استفاده گسترده تر از این آلیاژها شده است .[9] آقای کیان و همکارانش، جهت ساخت کامپوزیتی از آلیاژ آلومینیم به روش اصطکاکی- اغتشاشی - FSP - ، از ذرات تقویت کننده Al3Ni استفاده کردند.
آنها از یک صفحه آلومینیمی به ابعاد 200×100×8 میلی متر استفاده کردند که در وسط آن یک شیاری به عرض 3 میلی متر و عمق 5 میلی متر و طول 80 میلی متر جهت ریختن پودر Al3Ni ایجاد شده بود. سرعت چرخش ابزار و سرعت پیشروی آن به ترتیب 1180rpm و 60 mm/min انتخاب گردیده بود. نتایج نشان داد که با افزایش تعداد پاس، توزیع یکنواخت تری از فازهای اینترمتالیک ایجاد شده خواهیم داشت. لذا سختی و استحکام نیز افزایش چشمگیری داشتند.[10]
آقای یو و همکارانش، کامپوزیت پایه آلومینیم ساخته شده از مخلوط پودری Al-Mg-CuO را بوسیله روش اصطکاکی- اغتشاشی - FSP - تولید کردند. پودرهای استفاده شده در این تحقیق شامل پودر آلومینیم با خلوص 99/7 درصد و اندازه دانه 40 میکرون و پودر منیزیم با خلوص 99/99 درصد و اندازه دانه 100 میکرون و پودر اکسید مس با خلوص 99/7 درصد و اندازه دانه 10 میکرون می باشد. آنها ابتدا مخلوط پودری را بوسیله پرس سرد تحت فشار 225 MPa در یک قالب با ابعاد 12×20×88 میلی متر، قرار دادند. پس از شکل دادن نمونه مورد مطالعه تحت فرآیند FSP با 4 پاس قرار گرفت.
نتایج اثر مفید فرآیند FSP را در ایجاد یک واکنش جا به جایی از Mg-Mo به Al-Mo را در ساخت نانو کامپوزیت در جای پایه آلومینیم نشان می دهند. که این کامپوزیت با ذرات در ابعاد نانو شده MgO و Al2Cu تقویت شده است. همچنین نتایج نشان داد مدول یانگ عالی و استحکام تسلیم 350 MPa - در کشش و 436 MPa در فشار - می باشد .[11] آقای سرکاری خرمی و همکاران، از پودر آهن برای ساخت کامپوزیتی با زمینه آلومینیوم بوسیله فرآیند اصطکاکی-اغتشاشی از 1 پاس تا 3 پاس استفاده کردند. آنها از قطعات آلومینیومی با ابعاد 150×70×4 میلیمتر و ذرات آهن با اندازه 10 میکرومتر استفاده کردند. سرعت چرخش ابزار و سرعت پیشروی آن به ترتیب 1400 دور بر دقیقه و 100 میلیمتر بر دقیقه بوده است. و برای قرار دادن پودر آهن یک شیار با ابعاد عرض 1 میلیمتر و عمق 3 میلیمتر روی سطح قطعه کار اصلی ایجاد کردند.
