فهرست طالب

فصل 1: مقدمه 

لحیم‌کاری از کهن‌ترین فرآیندهای اتصال فلزات و مواد است که جنبه‌های علمی و فنی آن همواره مورد توجه متخصصین متالورژی و علم مواد بوده است.

 این روش یکی از روش‌های انجام اتصال است که با اعمال یک فلز یا آلیاژ پرکنندهبه عنوان ماده واسط به سطوح اتصال موجب تشکیل پیوند متالورژیکی بین اجزای اتصال می­شود. به دلیل کمتر بودن دمای لحیم‌کاری نسبت به فلز پایه، پدیده اکسید شدن فلز پایه رخ نمی­دهد. واکنش بین فلز پرکننده مذاب و اجزای جامد منجر به تشکیل پیوند در لایه نازکی از سطوح اتصال می­شود.بطور کلی فرآیند لحیم‌کاری به دو بخش لحیم‌کاری نرم و لحیم‌کاری سخت تقسیم می­شود که وجه تمایز آن‌ها در دمای ذوب آلیاژ پرکننده می­باشد، بدین صورت که اگر دمای کاری کمتر از C 450 باشد، فرآیند لحیم‌کاری نرم و اگر بیشتر از C 450 باشد، فرآیند لحیم‌کاری سخت نام‌گذاری می­شود. لحیم‌کاری سخت نیز به عنوان یکی از روش‌های ایجاد اتصال دائمی برای گستره وسیعی از مواد است. موانع اصلی برای پیوند مستقیم بین دو فلز متفاوت با روش جوشکاری می­تواند تفاوت در ضریب انبساط حرارتی، ایجاد فازهای ترد، کاهش مقاومت به خوردگی، کاهش چقرمگی در دمای پایین و ترک انجمادی باشد. لذا معمولاً برای این­گونه اتصالات نمی­توان از جوشکاری ذوبی استفاده کرد. امروزه از روش لحیم‌کاری در کوره تحت خلأ یا اتمسفر خنثی، به طور گسترده‌ای در صنایع هوا – فضا و صنعت خودروسازی استفاده می­شود.امروزه در صنایع مختلف مانند صنایع خودرو و نظامی نیاز به مواد با استحکام بالا و روش تولید آسان و ارزان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می­باشد. همچنین با توجه به تحقیقات صورت گرفته در طی سال­های گذشته مشخص گردیده که آلومینیوم پتانسیل قابل توجهی برای کاربرد عملی در صنایع گوناگون را دارد و به دلیل مزایای آن نسبت به فولاد، وزن سبک (یک سوم فولاد)، خاصیت انعطاف‌پذیری بیشتر و نقطه ذوب کمتر مورد توجه قرار گرفته است. از این‌رو تلاش‌های زیادی در توسعه خواص آلومینیوم انجام گرفته است.مشکل اصلی آلیاژهای آلومینیوم تریبولوژی ضعیف و پایداری حرارتی کم آن­ها می­باشد. حضور ذرات سرامیکی تقویت­کننده نانومتری در ساختار می­تواند با ایجاد مانع بر سر حرکت نابجایی­ها، این آلیاژها را برای کاربردهای سایشی و دمای بالا مناسب سازد. پودرهای نانو آلومینیوم به طور گسترده به دلیل کاربرد به عنوان اصلاح نرخ سوخت، مواد افزودنی، مواد منفجره و مایکروسیستم پرانرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا تولید آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم مورد بررسی قرار گرفت. تحقیقات نشان داده است، روشی مناسب برای تولید نانوساختار روش آلیاژسازی مکانیکی است زیرا رسیدن به یکنواختی پودرها آسان‌تر است. این روش سبب تولید مواد همگن از مواد اولیه پودری عنصری و یا آلیاژی می­شود. کاربردهای عمده این روش در تولید ساختارهای آمورف، تولید آلیاژهای تقویت شده با اکسیدها[2]، ترکیب‌های بین­فلزی، پودرهای آلیاژی، نانوکریستال‌ها و نانوکامپوزیت‌ها (زمینه فلزی و سرامیکی) می­باشد. سپس به منظور تهیه آلیاژ پرکننده برای لحیم­کاری، پودرها با روش پرس­گرم[3] فشرده­سازی شدند. آلیاژهای آلومینیوم حاوی سیلیسیوم به عنوان آلیاژی اصلی به علت سیالیت زیاد که ناشی از وجود ذرات Si است، شناخته شده است. سیلیسیوم ضریب انبساط حرارتی را کاهش می­دهد [1-4].انرژی ضربه گلوله‌ها در هر برخورد اثر مشخصی بر مورفولوژی، اندازه دانه‌ها و کرنش شبکه دارد. در این تحقیق بهترین شرایط برای سنتز آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم مورد استفاده به عنوان پرکننده لحیم­سخت آلیاژ تیتانیوم، آلیاژسازی مکانیکی معرفی شد. با مطالعه و بررسی تحقیقات مشابه انجام شده با تحقیق حاضر، زمان مناسب برای تهیه نانوساختار یوتکتیک آلومینیوم- سیلیسیوم، تعیین شد.در این تحقیق، پودر آلومینیوم- سیلیسیوم به روش آلیاژسازی مکانیکی در زمان­های 5، 15، 30، 45 و 60 ساعت تهیه شد. زمان کار با حرکت معکوس به مدت 1 ساعت و 30 دقیقه زمان استراحت به منظور کاهش دمای محفظه­ها در نظر گرفته شد [5-7].با انجام آنالیزهای XRD و SEM، مشخص شد در 45 ساعت ساختار نانو حاصل شد و به عنوان فیلر برای لحیم­کاری سخت آلیاژ تیتانیوم استفاده شد. در فصل دوم این پژوهش به مطالعه تحقیقات انجام گرفته توسط سایرین در خصوص تهیه پودر نانوساختار به روش آلیاژسازی مکانیکی، معرفی این روش و نیز پارامترهای موثر در لحیم­کاری سخت پرداخته شد. در فصل سوم بعد از بررسی مواد اولیه و تجهیزات استفاده شده، روش­های مورد استفاده برای انجام این تحقیق بیان شده است. در فصل چهارم نتایج آزمایش‌ها و تحلیل­ها ارائه گردید. نهایتاً در فصل پنجم این تحقیق، به نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهادها پرداخته شد.

پهن شدگی پیک Al (111) در حین آلیاژسازی مکانیکی

پهن شدگی پیک Al (111) در حین آلیاژسازی مکانیکی

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 2:  مروری بر منابع

مدت بسیاری است که آلومینیوم و آلیاژهای آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم به دلیل خواص عالی مانند نسبت استحکام به وزن بالا و استحکام مناسب در صنایع مختلف مانند صنایع هوافضا و خودروسازی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این امر به دلایل مزایایی است که آلومینیوم و آلیاژهای آن در مقایسه با فلزات دیگر دارند. این مزایا عبارتند از:

  • دانسیته پایین در حدود 7/2
  • قیمت ارزان نسبت به دیگر فلزات سبک مانند منیزیم و تیتانیوم
  • مقاومت به خوردگی مناسب
  • شکل‌پذیری مناسب

تمام این موارد باعث شده است که آلومینیوم و آلیاژهای آن در صنایع بسیاری مانند اتومبیل‌سازی، هوافضا و دفاعی مورد استفاده قرار گیرند. ساختارهای آلومینیوم و سیلیسیوم به ترتیب مکعب با سطوح­مرکزدار[1] و الماسی[2] می­باشند. آلیاژهای آلومینیوم حاوی سیلیسیوم به عنوان آلیاژی اصلی به علت سیالیت زیاد که ناشی از وجود سیلیسیوم است، شناخته شده است همچنین سیلیسیوم ضریب انبساط حرارتی را کاهش می­دهد [8].Al-Si کاربرد بسیاری به علت چگالی پایین، ریخته­گری خوب و استحکام کافی در دماهای بالا دارد. اما شکل­پذیری و چقرمگی کم که موجب شده کاربرد این آلیاژ در برخی موارد محدود شود و از معایب این آلیاژ می­باشد. دلیل اصلی برای خواص ضعیف آلیاژهای Al-Si، کریستال­های درشت و ترد Si هستند. زیرا کریستال­های درشت Si منجر به شکل­گیری ترک­های اولیه و شکست در کشش می­شوند. به این منظور، تلاش­های بسیاری برای اصلاح ریزساختار Al-Si انجام شده است. به عنوان مثال رسیدن به فازهای ریز Si با ساختار و توزیع همگن و جلوگیری از رشد کریستال­های Si را می­توان نام برد. تلاش­های بسیاری در سالیان گذشته برای بالا بردن خواص مکانیکی با تغییر شرایط انجماد، اعمال عملیات حرارتی یا با عناصر اصلاح­شده در مورفولوژی ذرات Si انجام شده است. تأثیر درجه حرارت بالا روی ریزساختار، خواص مکانیکی، انبساط حرارتی و هدایت بررسی شده است [9]. در صنایع هوافضا، ساختارهای ترکیبی از تیتانیوم و آلیاژهای آلومینیومی در مقایسه با مواد معمولی دارای مزایای بسیاری است. بیش از 100 فلز پرکننده در لحیم‌کاری سخت توسعه یافته و در طول 50 سال گذشته برای اتصال آلیاژهای تیتانیوم در موشک‌های سبک وزن و صنایع هوافضا مورد آزمایش قرار گرفته است. هدف اصلی از این تلاش‌ها رسیدن به استحکام و مقاومت به خوردگی بالا و بهبود آن در لحیم‌کاری سخت قطعات است. علارغم اینکه تعداد زیادی از پرکننده‌ها مورد آزمایش قرار گرفته‌اند، ولی تنها تعداد کمی از آن­ها برای تولید در صنایع هوافضا مورد پذیرش قرار گرفته است. اتصال آلیاژهای تیتانیوم به آلیاژهای آلومینیوم با اعمال روش‌های نفوذی مرسوم دشوار است زیرا عملکرد تیتانیوم و آلومینیوم در ریزساختار کریستالی، نقطه ذوب، هدایت حرارتی و ضریب انبساط خطی تفاوت زیادی دارند. ترکیب غیر مشابه آلومینیوم و تیتانیوم توسط جوشکاری نفوذی، جوشکاری اصطکاکی و انفجاری شناخته شده است. باید خاطر نشان شد که روش‌های جوشکاری بالا از نظر موقعیت اتصال دارای محدودیت بوده و همچنین خواص مکانیکی پائین برای این اتصالات یکی از مشکلات این روش‌ها می­باشد

1-1-  تعیین سیستم آلیاژی

سیستم‌های آلیاژی یوتکتیکی، یکی از ارجح‌ترین انتخاب‌ها برای لحیم‌کاری سخت مواد فلزی به شمار می­رود. برخی از دلایل انتخاب آلیاژهای یوتکتیک به عنوان فلز پرکننده لحیم‌کاری در زیر اشاره شده است

  • رفتار بسیار مناسب ترکنندگی آلیاژ مذاب

آلیاژهای یوتکتیک و نزدیک به یوتکتیک، در گسترده دمایی مابین مذاب و جامد سیالیت مناسبی را ارائه می­دهند. برای آلیاژهای با برد انجماد وسیع مانند Au -18 Ni، در این گستره دمایی امکان تشکیل یک حالت خمیری از فلز پرکننده وجود دارد و مذابی با حرکت کند و چسبندگی (ویسکوزیته) بالا ایجاد می­شود.

  • خواص مکانیکی مناسب

خواص مکانیکی مناسب از خصوصیات ریزساختار یوتکتیک و دانه‌های ریز به وجود آمده در این فرآیند متالوژیکی است که باعث افزایش توأم استحکام و انعطاف‌پذیری فلز می­باشد. همچنین باعث کاهش تشکیل ترکیبات ترد بین فلزی در محل اتصال خواهد شد.

  • دمای ثابت انجماد

برای آلیاژهای یوتکتیک، دمای فرآیند اتصال را می‌توان تنها کمی بالاتر از نقطه ذوب آلیاژ فلز پرکننده در نظر گرفت. در شکل 2-1 دیاگرام فازی دوتایی Al-Si نشان داده شده است. مشخص شده که نقطه ذوب این یوتکتیک(Al- 12%wtSi) C 577 است. آلیاژ دوتایی Al- Si یک سیستم یوتکتیک با ترکیب یوتکتیک  12.6%wtSi می‌باشد. سیلیسیم ضریب انبساط حرارتی را کاهش می­دهد، مقاومت به سایش و خوردگی، همچنین ماشین‌کاری را افزایش می­دهد. زمانی که به نقطه یوتکتیک برسد، فاز یوتکتیک Al-Si شکل گرفته و رشد می­کند و این تا پایان زمان انجماد ادامه دارد. در دمای اتاق، آلیاژ هیپویوتکتیک شامل فاز آلومینیوم اولیه نرم و انعطاف‌پذیر و فاز سیلیسیوم ترد و شکننده می­شود. آلیاژ هایپریوتکتیک معمولاً شامل ذرات درشت سیلیسیوم اولیه می­شود

تمایل به مواد نانوساختار از این حقیقت برخاسته است که کنترل ابعاد بلور[4] در محدوده یک تا صد نانومتر سبب بهبود بسیاری از خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی ماده می­شود. ایده ابتدایی مواد نانوساختار که در آن حدود 50% از اتم­ها در مرزدانه­ها قرار می­گیرند، در سال 1981 توسط گلیتر[5] پیشنهاد گردید. در ساختار یک ماده نانوساختار، اتم­ها به دو شکل در شبکه حضور دارند، اتم­های بلوری که در داخل دانه قرار داشته و فاصله اتمی ثابتی دارند و اتم­های مرزدانه­ای که فاصله بین اتمی متغیری دارند. بنابراین، مواد نانوساختار از نظر ریزساختار ناهمگن بوده و شامل مخلوطی از دانه­های بلوری و نواحی بین بلوری می­باشند. مواد نانوساختار را براساس شکل، ترکیب شیمیایی و چگونگی پخش جزء نانوساختار به سه دسته تقسیم می­شوند:

  • مواد با بلورهای لایه­ای شکل (یک بعدی)
  • مواد با بلورهای میله­ای شکل (دو بعدی)
  • مواد با بلورهای هم­محور (سه بعدی)

در دسته اول مقادیر طول و پهنا بسیار بزرگ­تر از ضخامت، که در حد چند نانومتر است، می­باشد. در دسته دوم طول بزرگ­تر از پهنا یا قطر که اندازه­شان چند نانومتر است، بوده و دسته سوم هر سه دارای اندازه نانومتری می­باشند

1-3-     فصل مشترک­ها در مواد نانوکریستال

مهم­ترین خصوصیت و وجه تمایز مواد نانوکریستال نسبت به مواد پلی­کریستال تجمع کسر قابل توجه­ای از اتم­ها در مرزدانه­ها است. قرارگرفتن کسر عمده­ای از اتم­های بدون نظم مشخص در مزردانه­ها باعث افزایش سرعت نفوذ اتمی و افزایش حد حلالیت عناصر می­گردد. برای مثال میزان حلالیت منیزیم در تیتانیوم وقتی که اندازه دانه­ها در ابعاد میکرومتر است، نزدیک به صفر می­باشد. ولی با کاهش اندازه دانه­های کریستالی به چندین نانومتر، میزان حلالیت به 3 درصد وزنی می­رسد

1-4-روش­های تولید مواد نانوساختار

کوشش­های فزاینده­ای در زمینه تولید مواد نانوساختار در سال­های اخیر به تحقیق شده که توسط میگر در سال 1981 برمی­گردد. او با استفاده از روش رسوب­گذاری گازی در محیط خنثی، پودرهای فلزی با ابعاد نانومتر تولید کرد. در مجموع از هر روشی که قابلیت تولید مواد بلوری با ابعاد دانه بسیار ریز را داشته باشد، می­توان برای تولید مواد نانوساختار استفاده کرد.اگرچه در تولید مواد نانوساختار روش­های زیادی وجود دارد، اما از بین تمامی روش­ها، روش رسوب­گذاری گازی آلیاژسازی مکانیکی و فرآیند تبدیل پاششی در تولید تجاری مواد نانوساختار با تناژ بالا رواج بیشتری یافته­اند و از این بین روش آلیاژسازی مکانیکی نیازی به تجهیزات گرانی ندارد [

آنالیز حرارتی افتراقی Al-12%wtS

آنالیز حرارتی افتراقی Al-12%wtS

2-1-          معرفی سیستم آلومینیوم- سیلیسیوم…………………………………… 5

2-2-          تعیین سیستم آلیاژی……………………………………………………….. 6

2-3-          مواد نانوساختار……………………………………………………………… 7

2-4-          فصل مشترک­ها در مواد نانوکریستال……………………………………… 8

2-5-          روش­های تولید مواد نانوساختار…………………………………………… 8

2-6-           خواص مواد نانوساختار…………………………………………………… 8

2-7-          فرآیند آلیاژسازی مکانیکی………………………………………………… 9

2-8-          قابلیت­های آلیاژسازی مکانیکی.. ………………………………………….10

2-9-          تولید مواد نانوساختار به روش آلیاژسازی مکانیکی………………….. 10

2-10-        مکانیزم فرآیند………………………………………………………………. 11

2-11-        عمل آسیاب­کردن…………………………………………………………… 16

2-11-1-   آهنگری میکرونی…………………………………………………………… 16

2-11-2-   شکست……………………………………………………………………… 17

2-11-3-   آگلومره شدن………………………………………………………………. 17

2-12-        افزایش انحلال­پذیری در حین آلیاژسازی مکانیکی……………………. 18

2-13-        ترکیب مواد در آلیاژسازی مکانیکی……………………………………. 18

2-13-1-   مکانیزم سیستم نرم – نرم………………………………………………. 18

2-13-2-   مکانیزم سیستم نرم – ترد……………………………………………… 20

2-13-3-   سیستم ترد – ترد……………………………………………………….. 21

2-13-3-1-     دما………………………………………………………………….. 23

2-13-3-2-     مسیرهای نفوذی ………………………………………………..  24

2-13-4-   اندازه دانه………………………………………………………………. 24

2-14-6-    اصول لحیم‌کاری سخت آلیاژهای تیتانیوم………………………….. 38

2-15-        پارامترهای لحیم‌کاری سخت تیتانیوم……………………………… 39

2-16-         انتخاب فلزات پرکننده……………………………………………….. 39

2-17-        آلیاژهای پرکننده پایه آلومینیوم…………………………………….. 40

2-18-        پیشینه تحقیق………………………………………………………. 41

فصل 3:  مواد آزمایش و روش تحقیق 

در انجام این پروژه آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای دو کاپه ساخت ایران شرکت تجهیزسرام، یکی از مهم­ترین تجهیزات استفاده شده است.

پودرهای اولیه به کمک آسیاب و درون محفظه­ای که در شکل­های 3-2 و 3-3 نشان داده شده است، آلیاژسازی شدند. از این دستگاه به منظور تولید پودر آلیاژی Al-12%wtSi استفاده گردید. این آسیاب دارای محفظه‌ای از جنس فولاد زنگ نزن با حجم ml 325 می­باشد که در شکل 3-3 نشان داده شده است. درپوش کاپ‌ها با جنس فولاد زنگ نزن کرم سخت تراش­کاری دارای دو سوراخ کوچک، یکی به عنوان محل ورود آرگون و دیگری جهت خروج هوا در نظر گرفته شده است.

برای انجام فرآیند آلیاژسازی مکانیکی گلوله‌ها با مشخصات زیر استفاده شد:

گلوله‌هایی همنوع با جنس محفظه که نسبت پودر به گلوله 10:1 در نظر گرفته شد و وزن گلوله‌های استفاده شده g 275/304 اندازه­گیری شد. قطر گلوله‌های اولیه برابر 8/19 میلی‌متر بوده است. شایان ذکر است که پارامترهای مهم از قبیل سرعت آسیاب، زمان انجام فرآیند و زمان استراحت توسط یک کنترل­کننده دیجیتالی تنظیم شد.پودرهای اولیه برای آلیاژسازی مکانیکی در زمان­های 5، 15،30، 45 و 60 ساعت و در اتمسفر گاز آرگون با نسبت ثابت گلوله‌ها به پودر (10:1) آسیاب شده‌اند. در سری اول آزمایش، به علت غلبه جوش سرد به شکست، پودرها به یکدیگر چسبیدند در نتیجه روند آزمایش مجدداً تکرار شد با این تفاوت که از گلوله‌ها با قطر کمتر (به جای 8/19 میلی­متر از 10 میلی­متر) استفاده شد و مقدار PCA در مرحله اول 5/1 درصد وزنی بوده که برای جلوگیری از چسبندگی پودرها 2 درصد وزنی در مرحله دوم استفاده شد و بعد از 15 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مجدداً 5/0 درصد وزنی وارد محفظه شد، در نتیجه مقدار کل PCA استفاده شده در آزمایش دوم 5/2 درصد وزنی می­باشد. با این تغییرات کلوخه شدن پودرها مشاهده نشد. فشار گاز آرگون از پارامترهای موثر است که فشار mbar 100 اعمال شد.    سرعت چرخش دستگاه RPM 250 تنظیم شد و به منظور کاهش دما، زمان استراحت دستگاه بعد از 1 ساعت کارکردن، 30 دقیقه در نظر گرفته شد. پارامترها در جدول 3-2 خلاصه شده است.

3-1-          مراحل انجام تحقیق…………………………………………………. 46

3-2-          مواد اولیه انجام آزمایش…………………………………………….. 47.

3-2-1-     پودر آلومینیوم و سیلیسیوم    ……………………………………..  47

3-2-2-     اسید استئاریک……………………………………………………… 47

3-2-3-     دستگاه آسیاب مکانیکی………………………………………….. 48

3-3-          پراش اشعه X..ا…………………………………………………… 49

3-4-          تجهیزات پرس­گرم…………………………………………………. 51

3-5-          آنالیز گرماسنج افتراقی………………………………………….. 54

3-6-           آماده­سازی آلیاژ پرکننده……………………………………….. 54

3-7-          شرایط لحیم­کاری……………………………………………….. 55

3-8-          بست مکانیکی………………………………………………… 56

3-9-          آزمون میکروسختی……………………………………………. 57

3-10-        مشاهدات ریزساختاری………………………………………. 57

فصل 4:  نتایج آزمایشگاهی/ بحث و بررسی 

با توجه به شکل 4-1 مشاهده می­شود که ساختار اولیه آلومینیوم خالص کروی و دارای مورفولوژی کشیده هستند. ساختار سیلیسیوم بی­نظم بوده که با شروع فرآیند و با گذشت زمان آلیاژسازی مکانیکی ابتدا پودرهای آلومینیوم مسطح شده و با خردشدن پودرهای سیلیسیوم، فرآیند شروع شده و ادامه می­یابد تا زمانی که ساختار همگن حاصل شود. استحکام و سختی آلیاژها اساساً به ریزساختار وابسته است. در آلیاژسازی مکانیکی به دلیل افزایش مرزدانه­ها، تجمع نابجایی­ها در پشت مرزها اتفاق افتاده که منجر به افزایش استحکام می­شود. آلیاژ Al-12%wtSi انتخاب شد زیرا آلیاژهای پرکننده نزدیک به ترکیب یوتکیتک، دارای انجماد نقطه‌ای است. فلزات پرکننده با دامنه انجمادی وسیع، نیازمند نرخ گرمایی بیشتر جهت کاهش جدایش فازی در حین لحیم‌کاری می­باشند.

1-1-1-  تعیین پارامترهای ساختاری با استفاده از نتایج XRD

پنج پیک پراش در شبکه fcc که عبارتند از: (111)، (200)، (220)، (311)، (400) با زوایای 44655/38، 69086/44، 05414/65 ، 25251/78 و 47377/82 به عنوان 2θ در روابط بیان شده در فصل 3 قرار گرفتند. پس از آن داده­های مربوط به هر پیک شامل مکان زاویه­ای، پهنای پیک در نصف ارتفاع، سطح زیر پیک و ارتفاع پیک توسط نرم­افزار محاسبه گشت. سپس با استفاده از پهنای به دست آمده در نصف ارتفاع و نیز مکان زاویه­ای پیک­ها و با توجه به رابطه ویلیامسون- هال نمودار scos θ β برحسب sin θ برای تعیین اندازه دانه و کرنش شبکه رسم گردید. به عنوان نمونه نمودار ویلیامسون- هال به دست آمده از آلیاژ یوتکتیک آلومینیوم- سیلیسیوم پس از 45 ساعت آلیاژ سازی مکانیکی در شکل 4-2 نشان داده شده است. باید توجه داشت هرچه R2 به دست آمده از نمودار به 1 نزدیک­تر باشد، نشان­دهنده خطای کم­تر و نتیجه­ی بهتری است.

آلیاژسازی مکانیکی بار اول تا 60 ساعت و بار دوم تا 45 ساعت انجام شد. در مرحله اول به دلیل کلوخه شدن پودرها و نیز چسبیدن پودرها به گلوله‌ها و محفظه، باعث تغییر یکسری از پارامترها نظیر: کاهش قطر گلوله‌ها و اضافه کردن مجدداً 5/0 درصد وزنی از PCA به پودرها اضافه شد. در نتیجه در آلیاژسازی مکانیکی به مدت 45 ساعت اثری از کلوخه­شدن مشاهده نشد. تعیین اندازه کریستالی یکی از عوامل مهم است که توسط پراش اشعه X برای شناسایی مواد انجام می‌شود. این روش ظاهر شدن یک فاز جدید را با تغییر ابعاد شبکه و یا تشکیل یک ساختار بلوری جدید نشان می‌دهد [53]. در شکل 4-3 (الف و ب) نتایج الگوی پراش اشعه X پودر Al-12wt%Si آسیاب شده در زمان‌های مختلف 5، 15، 30، 45 و 60 ساعت و نیز 5، 15، 30 و 45 ساعت نشان داده شده است. در مراحل ابتدایی MA تمامی پراش­های مرتبط به Al و Si مشاهده می­شود. اگرچه با افزایش زمان آلیاژسازی، پراش­های Si ضعیف­تر و پهن­تر می­شود. پیک­های Al باقی می­ماند و یکسری از پیک­های Si مانند Si (111)  و (422) Siبا گذشت زمان کاهش می­یابد. بطور کلی همان­طور که در شکل 4-3 مشخص شد با افزایش زمان آسیاب به دلیل تغییرات ریز ساختاری شدت پیک آلومینیوم کاهش یافته و پهنایپیک بیشتر می­شود. کاملاً مشخص شده است که اندازه دانه و کرنش شبکه در پهن شدن پیک‌ها بصورت مستقل از یکدیگر متأثر هستند  با افزایش زمان آسیاب­کاری، کاهش اندازه دانه را خواهیم داشت. با افزایش میانگین چگالی، متوسط قطر کاهش می­یابد. همچنین با افزایش زمان آسیاب­کاری تنش تقریباً ثابت می­ماند .حقیقات نشان داده است که شکل‌گیری عیوب جدید مانند نابجایی‌ها که از طرق مختلف ازجمله شکل‌گیری مناطق چگال نابجایی­ها در داخل دانه­های فرعی، تجمع مرزدانه­ها و یا خوشه­های نامنظم در داخل کریستال‌ها شکل می­گیرند، باعث کاهش اندازه دانه با افزایش زمان آسیاب می­شوند  بطور کلی می­توان کاهش اندازه دانه در حین فرآیند آلیاژسازی مکانیکی را به شکل‌گیری نابجایی‌ها به دلیل تغییر فرم شدید پلاستیک در حین فرآیند نسبت داد.با افزایش زمان آسیاب­کاری بیش­تر از 45 ساعت ریزشدن بلورها مشاهده نشده است، به عبارتی فرآیند ریزشدن دانه در زمان 45 ساعت اشباع شده است. به همین دلیل زمان 45ساعت به عنوان زمان بهینه آلیاژسازی انتخاب شد و سایر زمان­ها مورد توجه قرار نگرفت. در حین انجام آسیاب­کاری با افزایش دانسیته نابجایی­ها، ایجاد ساختارهای سلولی، دانه­های فرعی و در نهایت دانه­های اصلی اندازه دانه­ها کاهش می­یابد. با افزایش زمان آسیاب‌کاری اندازه کریستال‌ها کاهش یافته و به ساختار نانو نزدیک شده که نهایتاً در 45 ساعت به 764/44 نانومتر رسیده است.

با مشاهده شکل 4-5 مشخص می­شود که با افزایش زمان آسیاب‌کاری پهنای پیک افزایش یافته که این نیز دلیلی برای ساختار نانو می‌باشد. پهنای زیاد پیک­ها نشان­دهنده ساختار ریز و پرکرنش ماده است. فرآیند آلیاژسازی مکانیکی یک فرآیند تغییر شکل پلاستیک شدید با نرخ کرنش بالا محسوب می­شود. در مراحل اولیه آسیاب­کاری، در ساختار تعدادی باند برشی شکل­ می­گیرد که شامل چگالی بالایی از نابجایی­ها هستند.

 با افزایش چگالی نابجایی­ها انرژی سیستم بالا رفته و به منظور کاهش انرژی کل سیستم، نابجایی­ها با مکانیزم­های لغزش و صعود به صورت ردیف­هایی نظم می­گیرند و مرزهای فرعی کم­زاویه را تشکیل می­دهند.

افزایش چگالی نابجایی در امتداد این دیواره­ها سبب می­­شود مرزهای کم­زاویه برای کاهش انرژی خود، با یک مرز با زاویه بزرگ جایگزین شود و به این ترتیب ساختار پی­درپی ریزتر خواهد شد تا این­که پودرهای نانوساختار و آمورف ایجاد شود. طی فرآیند آلیاژسازی مکانیکی ذرات پودر دچار تغییر پلاستیک شدیدی می­شوند که در نتیجه انواع مختلفی از نواقص شبکه­ای مانند نابجایی­ها، جای خالی­ها و تعداد زیادی مرزدانه در داخل ساختار ایجاد می­گردد. همچنین ظریف شدن ریزساختار نیز منجر به کاهش در مسافت­های نفوذ می­شود. علاوه براین افزایش در دما طی آلیاژسازی مکانیکی نیز کمک به رفتارهای نفوذی کرده که اینامر باعث انجام آلیاژسازی می­گردد. نتایج نشان داد آسیاب­کاری اندازه بلورها را تا حد چند نانومتر کاهش داد.   با گذشت زمان 5 تا 45 ساعت پارامتر شبکه افزایش می‌یابد، با توجه به رابطه براگ زاویه تفرق کاهش یافته، همانطور که در شکل 4-5 مشاهده می‌گردد پیک (111)Al  در بازه زمانی 5 تا 45 ساعت به سمت زوایای کمتر شیفت پیدا می‌کند. در مراحله آخر فرآیند که پارامتر شبکه دوباره کاهش می‌یابد و پیک (111)Al  به سمت زوایای بیشتر تغییر مکان می‌دهد (h60). بنابراین می‌توان شیفت پیک (111)Al  را به تغییرات پارامتر شبکه نسبت داد.به طور کلی  FWHMآلومینیوم با گذشت زمان، افزایش می­یابد و خطوط به سمت زوایای کمتر شیفت پیدا کرده که این نشان­دهنده این است که کاهش در اندازه کریستال­ها و افزایش پارامتر شبکه Al است.  با توجه به این امر که پارامتر شبکه Al با شبکه مکعبی با وجوه مرکزپر برابر nm 4049/0 و پارامتر شبکه Si با شبکه الماسی برابر nm 543/0 می‌باشد و همچنین مشخص گردیده که طبق قانون وگارد تغییرات پارامتر شبکه رابطه خطی با تشکیل محلول جامد دارد، بنابراین می‌توان بیان کرد که این افزایش پارامتر شبکه در بازده زمانی 5 تا 45 ساعت ناشی از تشکیل محلول جامد Al-Si می‌باشد.با افزایش زمان آلیاژسازی تا 60 ساعت، جابجایی پیک به سمت زاویه بیشتر است زیرا عنصر آهن وارد شده به پودر آلومینیوم- سیلیسیوم از محفظه و گلوله­ های فلزی برای ورود به زمینه آلومینیوم از سیلیسیوم پیشی می­گیرد.

مراحل تحقیق

مراحل تحقیق

 

4-1-          SEM پودرهای اولیه……………………………………………… 59

4-2-          بررسی فازی XRD.. ا……………………………………………60

4-2-1-     تعیین پارامترهای ساختاری با استفاده از نتایج XRD      ا…… 60

4-2-2-     بررسی فازی XRD زمینه…………………………………………. 60

4-3-          SEM پودرهای تولید شده با آلیاژسازی مکانیکی…………… 66

4-4-          نتایج آنالیز حرارتی افتراقی…………………………………… 68

4-5-          آنالیز ساختاری نمونه بالک پودر Al-12%wtSiا……………… 68

4-6-           میکروسختی نمونه بالک…………………………………….. 69

4-7-          لحیم­کاری سخت……………………………………………… 69

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 5:  نتیجه گیری، پیشنهادها 

5-1-          نتیجه گیری……………………………………………………. 74

5-2-          پیشنهادها برای تحقیقات آتی…………………………….. 75

مراجع           …………………………………………………………     77

Abstract

For producing nano-structure of aluminum-silicon eutectic as a filler alloy for brazing of titanium alloy, mechanical alloying method was used. Brazing is a process by melting filler metal or alloy, metallurgical bonds were made for joining the base metals. The mechanical milling process is a well-known technique used to produce micro and nano-particles and hemogoen materials. Determining the optimal milling parameters to improve milling process efficiency and its quality is indispensable. In this study eutectic Al-Si system was mechanically alloyed in a planetary fast mill in different milling conditions (5, 15, 30, 45 and 60 h) in argon atmosphere with a ball (have constant diameter) to powder ratio of 10:1. The effect of milling time was investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Not only, increasing milling time leads to a reduction in crystallite size with a transition zone and the Si spread in Al lattice, when the time of milling was extended to 45h but also morphology of mixed powders have altered from lamella shape to globular one, so 45h was optimum time (44.764 nm).Al-12%wtSi was produced as a filler for brazing of Ti-6Al-4V. For producing bulk sample of this powders hot press peocess was used then it was cut to have filler with 0.7 mm thickness. Two titanium plates and a filler were fixed and put in a infrared furnace under pure argon gas condition. Brazing was done by adjusting in different time & temperature and joining was appeared by 30 min, 750 C. Qualities of the brazed joint and phase constitution of the bonded joints were analyzed by means of metallography and microhardness and hardness equaled to 76.58 Vickers.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان