بخشی از مقاله
چکیده:
در مقاله حاضر فازهاي تشکیل شده در آلیاژ آلومینیم برنز با اضافه کردن عناصر آلیاژيFe و Ni شناسایی و مورد بررسی قرار گرفته است. میکروساختار بوسیله میکروسکوپ نوري و اشعه X مورد ارزیابی قرار گرفت.نتایج نشان داد که اضافه کردن آهن سبب بوجود آمدن Fe - δ - شده که منجر به ریزدانگی شد. علاوه بر ایننیکل سبب تشکیل رسوباتNiAlشده که توسط نتایج XRD و میکروسکوپ نوري مورد تایید قرار گرفت.وجود همزمان نیکل و آهن سبب بالا رفتن مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی به طور همزمان میشود.
مقدمه
آلومینیم برنزها آلیاژهاي از آلومینیم مس هستند که معمولاً داراي 5 تا 15 درصد آلومینم هستند. ترکیبی از استحکام و مقاومت به خوردگی این آلیاژها را به یکی از مهمترین مواد مهندسی براي محیطهاي خورنده ي پر تنش تبدیل کرده است.[1] این آلیاژها به دو صورت ریخته شده و کارسرد شده مورد استفاده قرار می گیرند. آلومینیم برنزها به طور گستردهاي در پتروشیمی ها ،صنایع کشتی سازي مانند پروانه کشتی ، شیر پمپها، صنایع هوایی و تحهیزات الکتریکی کاربرد دارند[2-3]مشخصات. و خواص انواع مختلف آلیاژهاي آلومینیم برنزها کاملاً به ساختار شناسایی و ارزیابی فازهاي تشکیل شده آلیاژ آلومینیم برنز با اضافه کردن آهن و نیکل متالورژیکی آلیاژ بستگی دارند لذا لازم است که نمودار فازي سیستم آلیاژي Cu-Alبیشتر مورد بررسی قرار گیرد.[4]
درشکل 1قسمتی از نمودار فازي تعادلی سیستم Cu-Alنشان داده شده است. آلومینیم برنزها بسته به ساختار متالورژیکی به دو گروه تقسیم میشوند گروه اول تنها شامل فاز - - α یا آلیاژ تکفاز هستند - کمتر از %7 آلومینیم دارند - این دسته از آلیاژها در شرایط عمل ابتدا در دماي بالا به صورت دو فاز α+β بوده ولی با کاهش دما فاز β به فاز α تبدیل می-شود.α فازي است نرم و مقاوم در برابر خوردگی ، که داراي ساختار FCC میباشد و خواص خوردگی و کار گرم را افزایش می دهد .
نوع دوم که شامل آلیاژهاي دو فازي هستند - α+ βو - عموماً آلومینیم برنزهایی هستند که داراي 11تا%15 آلومینیم هستند فاز β در دماهاي پایین در اثر تحول یوتکتوئیدي به فاز α +γ2 تبدیل میشود فاز γ2 با ترکیب شیمیایی Cu9Al4 داراي ساختار پیچیدهاي است که بعضی مراجع ساختار آن را ارتورمبیک معرفی کرده اند این فاز،فازي ترد و شکننده است و مقاومت به سایش مناسبی را در آلیاژهاي دو فازي ایجاد مینماید اما مقاومت به خوردگی آن پایین است.
فاز β باساختار BCC و با ترکیب شیمیایی Cu3Al ، فاز پایدار در دمایی بالا محسوب میشود این فاز با کوئنچ کردن به یک ساختار ویدمناشتاتن تیره رنگ - β′ - استحاله مییابد و یا به صورت یک فاز سیاه رنگ استحاله نیافته در ساختار باقی می-ماند.[4-6] در شکل 1 استحاله یوتکتوئیدي β→α+ γ2 که همانند سیستم آهن کربن بوده و میتواند در نرخهاي سرعت سرمایش متوسط و یا در حین آنیل اتفاق بیافتد.
مواد و روش تحقیق
مواد اولیه شامل مس خالص ،آلومینیم خالص و آمیژان مس نیکل - - 70-30 و آمیژان مس آهن - 90-10 - تهیه گردیده و سپس عملیات ذوب و آلیاژ سازي انجام گردید.براي عملیات ذوب از کوره زمینی استفاده شد پس از انجام محاسبه شارژ مواد شارژ - مس و آمیژان نیکل و آمیژان آهن - را همراه با فلاکس SiO2داخل کوره گذاشته و تا دماي 1200حرارت داده شدند،عملیات گاززدایی توسط فسفر برنز 15 درصد و قرص لوگاز صورت گرفت و در نهایت Al خالص اضافه گردید مذاب تهیه شده در قالب ماسه خشک انجام شد پس از ریختهگري نمونهها توسط دستگاه کوانتومتر آنالیز شیمایی شدند در جدول 1 نتایج آنالیز شیمیایی نشان داده شده است.
براي بررسیهاي ریز ساختاري ،نمونهها را با کاغذ سنباده 60 تا 5000 سنبادهزده شده و سپس از پولیش کاري با خمیر الماسه %3 میکرون و حکاکی با آلومینیم پرسولفات %10 صورت گرفت. براي مشاهده ریز ساختار با میکروسکوپ نوري مدل Olympus آماده شدند به منظور شناسایی فازهاي تشکیل شده در ریز ساختار نمونهها از دستگاه پراش پرتو - XRD - X استفاده شد.سختی نمونههاي مورد مطالعه به روش سختی سنجی برینل اندازهگیري شد.
نتایج و بحث
میکروساختار آلیاژهاي حاصل از آلیاژهاي دوتایی آلومینیم برنز بسته به سرعت سرد کردن و مقدار درصد آلومینیم میتواند طیف تقریباً متنوعی از ساختار را شامل شود.آلیاژ Cu-10%Al در صورتی که با آهنگی متوسط تا دماي محیط سرد شود شامل فازهاي α +β در میکروساختار میشود اما در صورتی که با سرعت بیشتري سرد شود β آن به مارتنزیت β′ تبدیل خواهد شد چنانچه آلیاژ با سرعت آهسته سرد شود - داخل کوره - ریزساختار شامل α+γ2 خواهد بود.[6] با توجه به آلیاژ ریخته شده در این تحقیق آلیاژ مذبور شامل α+ β′ میباشد.نتایج متالوگرافیهاي انجام شده در شکل 2 و نتایجXRD که در شکل 3 نشان داده شده است وجود این دو فاز را مورد تایید قرار میدهند.شکل 4میکروساختار مربوط به آلیاژCu-9.89%Al-4.21%Fe رانشان میدهد مناطق سفید که در شکل دیده میشوند فاز α و مناطق سیاه فاز β′ - مارتنزیت - و ذرات پراکنده شده Fe - δ - میباشد.
وجود این فازهاي ذکر شده در نتایج XRD گرفته شده از این آلیاژ که در شکل 5نشان داده شده است مورد تایید قرار گرفته است.اضافه کردن آهن به آلیاژ Cu-9.67%Al میتواند سبب بهبود ساختار و همچنین ریزدانگی در آلیاژ مورد نظر شود،اضافه کردن بیشتر از یک درصد آهن سبب رسوب ذرات Fe - δ - با ترکیب شیمیایی Fe3Al خواهد شد ازتصویر مشخص است که ذرات Fe - δ - در درون آلیاژ پخش شدهاند درمقایسه دو شکل 2 و شکل 4میتوان به وضوح مشاهده کرد که اضافه شدن آهن با تشکیل Fe - δ - سبب جلوگیري از رشد فاز α شده و بدین ترتیب آلیاژ ریزدانهتري را به وجود آورده است.[7]نتایج سختی گرفته شده که درشکل 9 مشخص است نیز نشان دهنده این است که اضافه کردن آهن با آلیاژ مورد نظر به دلیل ریزدانگی و وجود ذرات Fe - δ - ، میزان سختی به 212 برینل رسانده است.
