بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
دانشکده مهندسی مواد
بررسی ساختار و خواص آلیاژ یوتکتیک Ni-Ni3Si توسط انجماد جهت دار
اسلاید 2 :
فهرست مطالب :
مقدمه
انجماد
انجماد جهت دار
پایداری فصل مشترک در حین انجماد جهت دار آلیاژ های یوتکتیک
انواع روش های ریخته گری در انجماد جهت دار
بررسی دیاگرام فازی آلیاژ یوتکتیک Ni-Si
بررسی روش های انجماد آلیاژ یوتکتیک Ni-Ni3Si
تاثیر ترکیبات بین فلزی در آلیاژها
میکرو ساختار آلیاژ یوتکتیک Ni-Ni3Si تولید شده بوسیله ی انجماد جهت دار
بررسی میکروساختار و میکرو سختی هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا
بررسی میکروساختار و میکرو سختی یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا
رشد و دگرگونی جامد – جامد در آلیاژ یوتکتیک Ni-Si
میکرو ساختار و رفتار مکانیکی کامپوزیت در جای Ni-Ni3Si
اسلاید 3 :
مقدمه
به عنوان یک ویژگی مثبت این امکان را می دهد که دگرگونی یوتکتیک برای تولید مواد کامپوزیتی دمای بالا استفاده شود بخصوص وقتی که یکی از فازهای سازنده یک ترکیب بین فلزی باشد .
ساختارهای یوتکتیک شامل رشد هم زمان دو یا چند فاز از فاز مذاب بوده که نتیجه ی رشد دوگانه ی نفوذ می باشد .
دردیاگرام فازی Ni-Si یک دگرگونی یوتکتیکی در at Si Ni-21.4%و دمای 1142 اتفاق می افتد که نتیجه آن ایجاد یک فاز داکتیل Ni α واستحکام بالا اما یک فاز شکننده و ترد Ni3Si β می باشد .
عموما مطالعات ساختاری آلیاژهای فلزی بوسیله ی میکروسکوپ های نوری و الکترونی انجام می شود.
در بسیاری از آنالیزهای ساختاری ، میکروسکوپ های نوری به خاطر قدرت تفکیک پایین محدود شده اند در حالیکه میکروسکوپ های SEM اطلاعاتی درباره ی توزیع عمق ایجاد نمی کند مگر برای ارزیابی تصاویر لحظه ای استفاده می شود .
اسلاید 4 :
ساختار یوتکتیک در یک محدوده ی وسیعی از ترکیبات با افزایش سرعت انجماد و گرادیان دمایی در جلوی فصل مشترک جامد-مایع بدست می آید.
ریزسختی های یوتکتیک Ni-Ni3Si و کامپوزیت های هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در سرعت های انجماد متفاوت بوسیله ی آزمایش میکرو سختی مطالعه شده است .
سرانجام در طول انجماد جهت دار ،یوتکتیک Ni-Ni3Si بوسیله ی ساختار لایه ها ، دندریت های آزاد و سلول ها (حفره ها) در یک مقیاس میکرونی توصیف شده است.
وابسته به شرایط رشد و ویژگی های آلیاژ ،ساختار بدست آمده از انجماد یک آلیاژ یوتکتیک ممکن است یک تنوعی را در محدوده ی فاز جامد نشان دهد بنابراین دگرگونی یوتکتیکی قادر است یک ساختار توزیع نهایی که پایداری حرارتی بالایی را نشان می دهد تولید کند .
اسلاید 5 :
انجماد
هدف اصلی در ریخته گری، انجماد فلز یا آلیاژ در داخل قالب است. در حالی که زمان انجماد نسبت به دیگر بخش های اصلی در ریخته گری نسبتاً کوتاه است، ولی مهم ترین پدیده ای است که می تواند ساختار درونی و خواص فیزیکی و مکانیکی قطعه را با توجه به مجموعه عملیات کیفی مذاب تعیین کند
انجماد بر اساس کلیه تغییرات فیزیکی، ترمودینامیکی و متالورژیکی مستلزم نگرشی همه جانبه بر سه بخش است:
الف- تبلور: جوانه زنی یا تشکیل هسته جامد از فلز مایع
ب- رشد: که عبارتست از افزایش تدریجی اتم ها از حالت مایع بر روی سطوح بلوری موجود.
پ- شرایط : که در هر صورت مستلزم مطالعه شرایط تعادلی و غیر تعادلی می باشد .
هر یک از بخش های سه گانه فوق بر ساختار دانه ای، ساختار ترکیبی و فازی و به طور کلی بر ساختار ریختگی که شامل ناهمگنی های دیگر نظیر مک های گازی، انقباضی و آخال نیز می باشد تأثیر کرده، خواص نهایی قطعه را تعیین می نماید .
اسلاید 6 :
انجماد جهت دار
انجماد جهت دار و انجماد پیشروی کننده انواع انجمادها را در ریخته گری توصیف می کنند.
انجماد جهت دار ، انجمادی است که از دورترین نقطه ی ر یخته گری آغاز شده و به سمت دهانه ی آن پیش می رود .
زمانی که انجماد پیشروی کننده بر انجماد جهت دار چیره می شود عیوب انقباض (shrinkage ) شکل خواهد گرفت .
به منظور ایجاد یک انجماد جهت دار کنترل سرعت ریخته گری و دمای ریخته گری می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
فرایند انجماد جهت دار یک انجماد پیشروی کننده نمی باشد و به آن انجماد موازی (هم زمان) گفته می شود ، اگرچه بعضی از رفتارهای این فرایندها به یکدیگر شبیه هستند.
اسلاید 7 :
انجماد جهت دار می تواند به عنوان یک فرایند پالایش و خالص سازی مورد استفاده قرار گیرد.
برای کنترل انجماد هم زمان و تقویت کردن انجماد جهت دار در فرایند ریخته گری چندین تکنیک به کارگرفته می شود :
1- تفاوت و اختلاف گرمایی موجود در مذاب با ستفاده از risers و chills (به منظور کنترل نقاط گرم و سرد که ممکن است مشکلاتی را برای قطعات ریخته گری ایجاد کنند) قابل کنترل می باشد .
2- عایق کردن سطح قالب به صورت یکنواخت برای کنترل دمای قالب نیز استفاده می شود.
3- سرانجام سرعت جریان و دمای مواد مذاب با دقت به منظور تقویت انجماد جهت دار کنترل می گردد .
انجماد جهت دار
اسلاید 8 :
پایداری فصل مشترک در حین انجماد جهت دار آلیاژهای یوتکتیک
انجماد جهت دار در آلیاژهای یوتکتیک، باعث تشکیل مورفولوژی های گوناگون میشود. این مورفولوژی ها شامل سوزنی، لایه ای، میله ای و گلوله ای شکل است. رشد این مورفولوژی ها معمولا با فصل مشترک مسطح انجام میشود.
با این حال در برخی موارد، رشد یوتکتیک ناپایدار شده و ساختار دندریتی یا سلولی ایجاد میشود. این ناپایداری میتواند به سلولی شدن یا دندریتی شده فاز ثانویه و یا هر دو فاز موجود در ساختار گردد.
اسلاید 9 :
انواع روش های ریخته گری در انجماد جهت دار
1- رشد بلور بريجمن در ريختهگري جهتدار:
اين روش در شكل صنعتي پيشرفته، به صورت روش اقتصادي براي توليد قطعات دما بالاي توربين مثل پرهها و ديسكها در آمده است. شكل 1يك قالب را نشان ميدهد كه در ابتدا توسط مذاب آلياژ پر شده است .
در شکل 1 فلش دوتايي پائين شكل نشاندهنده جهت انتقال حرارت عمودي و فلش سمت راست بيانگر حركت قطعه نسبت
به كوره ميباشد.
شکل 1 انجماد جهتدار به روش بریجمن
اسلاید 10 :
2- روش چالمرز : انجماد جهتدار افقي
در اين روش بوته سراميكي يا گرافيتي توسط يك تسمه با محركه موتوري كشيده ميشود.
در شكل 2 فلش دوتايي انتقال حرارت از مذاب گرم (طوسي رنگ) به سمت بلور در حال رشد (سياه رنگ) را نشان ميدهد. لازم به ذكر است كه اين روش صرفاً آزمايشگاهي است.
انواع روش های ریخته گری در انجماد جهت دار
شکل 2 انجماد جهتدار افقی به روش چالمرز
اسلاید 11 :
چون سیستم Ni - Si یک تحول یوتکتیک را نشان می دهد پس آلیاژهایی کامپوزیت درجا بصورت بالقوه تولید می کند.
با کار کردن بر روی دیاگرام فازی Ni - Si مشاهده شده است که (Okamoto) فاز Ni3Si β سه ساختار متنوع را نشان می دهد. زمانی که ترکیب بین Si %at 24.5-15.8 قرار گیرد آلیاژ تحت یک عکس العمل یوتکتیکی ایجاد می شود.
محدوده ی درصد Si فاز β1 (at%) 24.5 – 22.8 می باشد. هیچ تحول فاز دیگری در دمای پایینتر صورت نمی گیرد و در دمای یوتکتیک حلالیت Si از 15.8% تا 10% در دمای c°1000 کاهش می یابد بنابراین ساختار نهایی متشکل از (Ni) α و β(Ni3Si) می باشد
بررسی دیاگرام فازی آلیاژ Ni-Si
اسلاید 12 :
Dycket گزارش داده است که یوتکتیک Ni3Si بوسیله ی تکنولوژی متالوژی پودر تولید می شود ولی Dutraetal ، Milenkovic و Caram یوتکتیک Ni3Si به روش تکنولوژی انجماد جهت دار Bridgman در سرعت انجماد R=32-56 میکرومتر بر ثانیه بدست آورده اند .
Huietal توسط تکنولوژی micro-denucleation از مذاب انباشته در مادون انجماد 224 کلوین کامپوزیت Ni-Ni3Si را بدست آورده است و مکانیزم رشد فاز Ni-Ni3Si را مورد مطالعه قرار داده است .
تهیه و تولید کامپوزیت Ni-Ni3Si بوسیله ی تکنیک انجماد جهت دار Bridgman تحت سرعت های بالا امکان پذیر می باشد .
بررسی روش های انجماد آلیاژ یوتکتیک Si Ni -Ni3
اسلاید 13 :
به علت استحکام بالا ، چگالی پایین و ثبات حرارتی بالا ،مواد ترکیبات بین فلزی برای صنایع خودرو سازی ، هوانوردی و صنعت فضا کاربرد زیادی دارند .
در بین این مواد (ترکیبات بین فلزی) به ترکیب Ni3Si توجه بیشتری شده است زیرا ویژگی های بسیاری دارد مانند : نقطه ذوب بالا ، استحکام بالا ،چگالی بالا ،مقاومت به اکسیداسیون بسیار خوب د ر دماهای بالا ، مقاومت بسیار خوب در محیط اکسیدی بویژه در محلول اسید سولفوریک .
اگرچه کاربرد مهندسی، ترکیب Ni3Si به خاطر داکتیلیتی ضعیف دردماهای محدود و fabricability ضعیف این ماده در دماهای بالا آن را محدود کرده است.
افزودن یک فاز داکتیل درون مواد ترکیبات بین فلزی باعث بهبود داکتیلیتی آنها خواهد شد که این عمل می تواند با انجام روش انجماد جهت دار آلیاژهای یوتکتیک بدست آید.
تاثیر ترکیبات بین فلزی در آلیاژها
اسلاید 14 :
میکرو ساختار آلیاژ یوتکتیکSi Ni-Ni3 تولید شده بوسیله انجماد جهت دار
1- ریزساختارهای یوتکتیک منجمد شده ی جهت دار اساسا بوسیله ی 2 فاکتور کنتر می شود: ترکیب آلیاژ و سرعت رشد 2-انجماد جهت دار با استفاده از کوره ی انجماد Bridgman در نتیجه گرم کردن بوجود می آید. شمش هایی با ضخامت cm 0.7 و ارتفاع cm 5 بوسیله ی تغییرات مکانی آمپول از مناطق گرمایی بالا به مناطق سرمایی پایین تحت یک اتمسفر آرگونی رشد پیدا می کند که میزان سرعت رشد شمش ها از 6.5 تا 20 میلیمتر بر ساعت تغییرمی کند. 3- میکروسکوپ های الکترونی نوری و روبشی برا ی تعیین فاصله ی لایه ای ، ناحیه های آزاد نقص و عیوب نمونه ها انتخاب شده و روشهای قطع کردن لایه ای (بریدن لایه لایه) مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر این آزمایش DSC برای نمونه های ریخته گری شده به منظور تعیین دقیق دمای یوتکتیک انجام می شود .
اسلاید 15 :
نوعی ساختار یوتکتیک Ni-Ni3Si در ناحیه ی یوتکتیک کامپوزیت به صورت قسمت های طولی و متقاطع در سرعت های رشد متفاوت در شکل 3 و4 نشان داده شده است.
تحت سرعت mm/h 65 تحت سرعت mm/h 20
میکرو ساختار آلیاژ یوتکتیکSi Ni-Ni3 تولید شده بوسیله انجماد جهت دار
اسلاید 16 :
میکرو ساختار آلیاژ یوتکتیکSi Ni-Ni3 تولید شده بوسیله انجماد جهت دار
از نشانه های مهم یوتکتیکی تحت انجماد جهت دار رابطه ی بین سرعت رشد V و فاصله ی لایه ای λ می باشد. نظریه ی Hant& Jakson رابطه ی بین عکس ریشه ی دوم سرعت رشد V با فاصله ی لایه ای رابطه خطی دارد و عموما نتایج تجربی از روابط بالا پیروی میکند .
در شکل 5 . اختلاف فاصله ی بین لایه ای λ بصورت خطی با عکس ریشه ی دوم سرعت رشدV
اسلاید 17 :
زمانی که سرعت افزایش می یابد تاثیر فلاکس نفوذی جانبی در فصل مسترک جامد-مایع کاهش یافته و ضخامت لایه های مرزی افزایش می یابند .
این تغییرات در شرایط رشد در فصل مشترک منجربه کاهش فاصله لایه ای می گردد. ارزیابی شکل 5 نمودار عکس ریشه ی دوم سرعت رشد در مقابل فاصله لایه ای می باشد که ثابت k در آن h cm3/ 7-10×3.62 می باشد. برا ی شرایط رشد یوتکتیکی که توسط نفوذ کنترل می شود ثابت k برای هر سیستم یوتکتیکی منحصر به فرد بوده و k فاصله ی لایه ای با سرعت رشد را به یکدیگر مرتبط و وابسته می سازد .
این نتایج به صورت واضح نشان می دهد که توزیع فاصله ی لایه ای وابسته به سرعت رشد می باشد که بیان کننده این است که در سیستم یوتکتیکی Ni-Ni3Si به دلیل فازهای بین فلزی انتخاب فاصله گذاری سخت می باشد.
میکرو ساختار آلیاژ یوتکتیکSi Ni-Ni3 تولید شده بوسیله انجماد جهت دار
اسلاید 18 :
مهارت آلیاژسازی بوسیله ی بریدن متوسط آلیاژهای هایپو یوتکتیک Ni-9%wt Si و آلیاژهای Ni-11.5%wtSi در قطعاتی به اندازه ی mm 6×30 بدست می آید که بوسیله ی تکنیک قوس ذوب خلا تولید می شود .
ساختار هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در شبه کامپزیت ها در جهت طولی (وابسته به طول) در شکل 7 نشان داده شده است .
بررسی میکرو ساختار و میکرو سختی هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا
شکل 7 .ساختارهای طولی هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا در سرعت های انجماد متفاوت .(a) R¼3 mm/s, (b) R¼8 mm/s, (c) R¼25 mm/s and (d) R¼40 mm/s.
اسلاید 19 :
جدول 1 میکرو سختی های هایپویوتکتیک Ni-Ni3Si در شبه کامپزیت ها در سرعت های انجماد متفاوت را نشان می دهد .رابطه بین سرعت انجماد و ریزسختی هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در شبه کامپزیت ها در شکل 9 نشان داده شده است .
بررسی میکرو ساختار و میکرو سختی هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا
شکل 9 .ارتباط بین سرعت انجماد و میکروسختی در هایپو یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا
اسلاید 20 :
بررسی میکرو ساختار و میکرو سختی یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا
می توان از شکل 10 فهمید که در سرعت های انجماد s/mµ 4-6 R= ساختار انجماد یک ساختار یوتکتیکی لایه ای منظم می باشد و با افزایش سرعت انجماد هیچ ساختار سلولی یا دندریتی شکل نمی گیرد .همه ی دانه ها در جهات رشد موازی با یکدیگر قرار دارند و یک یوتکتیک لایه ای منظم ایجاد می شود.
شکل 10 .ساختارهای طولی یوتکتیک Ni-Ni3Si در کامپوزیت های درجا در سرعت های انجماد متفاوت
.(a) R¼6 mm/s, (b) R¼9 mm/s, (c) R¼25 mm/s and(d) R¼40 mm/s.
