پایان نامه بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت Fe - TiC پروژه كارشناسی علم مواد و متال

پایان نامه بررسی تاثیر تیتانیم و کربن بر ریزساختار و خواص سایشی کامپوزیت Fe - TiC پروژه كارشناسی علم مواد و متال

چكیده :

هدف اصلی در این پروژه بررسی تغییر درصد تیتانیم و كربن بر روی ریز ساختار و خواص سایشی مكانیكی كامپوزیت فروتیك( Fe/TiC ) است.

نتایج حاصله نشان داده است كه با كنترل تركیب شیمیایی، نوع عملیات حرارتی، اصلبح روش ساخت و سرعت انجمادی قطعه می توان ریز ساختار زمینه، نحوه توزیع ذرات سرامیكی (TiC) و میانگین اندازه ذرات ( TiC) و تعداد آنها در واحد سطح و شكل آنها و كسر حجمی آن و در نهایت چگالی كامپوزیت كه منجر به خواص سایشی و مكانیكی متفاوت می گردد را كنترل نمود.

افزایش مقدار كربن و تیتانیم باعث افزایش مقدار كاربید تیتانیم، سختی، مقاومت به سایش و اندازه ذرات كاربیدی می شود در حالی كه چگالی كامپوزیت كاهش می یابد.

كامپوزیت مخلوطی از دو یا چند جز با خواص متفاوت است كه خواص مجموعه از مجموع

خواص ذرات یا اجزاء تشكیل شده برتر است. اجزای كامپوزیت از نظر شیمیایی، متفاوت و از نظر فیزیكی تفكیك پذیر است. فاز پیوسته را زمینه(matrix) و فاز توزیع شده را تقویت كننده(reinforcement ) گویند. ‌‌‍‌‌‌‌‌‍‍‍‌‌‌‍‍‍‍‌‍‌[2]

در دنیای امروز نیاز صنعت به مواد مهندسی نو ضروری است. در این میان كامپوزیت های زمینه فلزی از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. كامپوزیتهای پایه فلزی از مخلوط و یا ترکیب ذرات سخت سرامیكی و حتی الیاف كربنی در زمینه فلزی با روشهای مختلف بدست می آیند. [2] متداولترین تقویت كننده ها SiC ، TiC , TiB  , Al₂O₃ و ... است. به طور مثال كامپوزیت

 Al – SiC به جای آلیاژ آلومینیوم، سبب كاهش وزن و افزایش مدول الاستیسیته در پیستونهای دیزلی خواهد شد. [3]

 جدول (1-1) برخی از كامپوزیتهای زمینه فلزی با ذرات استحكام دهنده غیر فلزی را نشان می دهد.

فهرست مطالب

«عنوان»                                                                              « صفحه»                 

 فصل اول :  مقدمه

مقدمه                                                                                                      1

فصل دوم : مروری بر منابع

1-2- عوامل مؤثر بر خواص كامپوزیتها                                                                    6

2-2- تقسیم بندی كامپوزیتها                                                                                    7       

3-2- تریبولوژی و تریبوسیستم                                                                                 9                                                                                                                                                                              

1-3-2- تعریف سایش و عوامل اثر گذار روی آن                                                              10                                                              2-3-2- انواع مكانیزم های سایش                                                                                               10

         1-2-3-2- سایش چسبان                                                                                           10

         2-2-3-2- سایش خراشان                                                                                         11

         3-2-3-2- سایش خستگی                                                                                          12                                                                                      

4-2-3-2- سایش ورقه ای                                                                                         12  

     5 -2-3-2- سایش اكسایش                                                                             12

    3-3-2- پارامتر سایش                                                                                               13

4-3-2- رابطه بین مقاومت به سایش و سختی                                                             13

                5 -3-2- منحنی سایش                                                                                   14                                                    

4-2- كامپوزیت فروتیك                                                                                       14

              1-4-2- انواع كامپوزیت های فروتیك                                                                        15

       1-1-4-2- كامپوزیت هایی كه با كوئینچ سخت می شوند                                                  15

 2-1-4-2- كامپوزیت هایی كه با پیر سختی سخت می شوند                                                16

     2-4-2- روشهای ساخت فروتیك                                                                                      17                                             

 1-2-4-2- ساخت کامپوزیت به صورت غیر همزمان                                                            18

                   الف) پراكنده كردن ذرات فاز دوم                                                                  18

                   ب) روش پاششی                                                                                            19

                   ج) تزریق مذاب فلزی                                                                                     19

2-2-4-2- ساخت فروتیک به صورت همزمان (  insitu)                                                       20

                    الف) سنتز خود احتراقی (SHS)                                                                            20

                     ب)       XD                                                                                                26

                     ج) دمش گاز واكنش دهنده                                                                         26

                     د) اكسایش مستقیم فلز( DIMOX)                                                                 27

                     ه) primex                                                                                                  28

                    و) واكنش حین تزریق                                                                                   28

                    ز) واكنش شیمیایی در داخل مذاب                                                                28

                   ح) روش آلیاژسازی مكانیكی                                                                           31 

                   ط) متالورژی پودر                                                                                         34

                   ی) احیای كربوترمال                                                                                     35

                  ک) احیای ترمیت                                                                                            35

                   ل) روش سطحی                                                                                             35

     3-4-2- خواص كامپوزیت های فروتیك                                                                           36

 1-3-4-2- سختی                                                                                                            36

 2-3-4-2- استحكام                                                                                                         37

 3-3-4-2- مدول الاستیكی                                                                                              37

4-3-4-2- مقاومت به سایش                                                                                              37

          پارامترهای موثر روی سایش                                                                                     38

                الف) كسر حجمی كاربید تیتانیم                                                                             38

                ب) اندازه ذرات و شكل آنها                                                                              38

                ج) نوع زمینه                                                                                                   39

                د) كاربید های ریخته گری                                                                                40

                    ه) عملیات حرارتی و سرعت سرد كردن زمینه                                                      40

                     و) نیرو در دستگاه pin on Disk                                                                    40

                     ز) عیوب در قطعات                                                                                       41

                      ح) اثر ذوب مجدد                                                                                                41

                5-3-4-2- ماشین كاری                                                                                              41

         6-3-4-2- عملیات حرارتی                                                                                        41

          7-3-4-2- جذب ارتعاش                                                                                           41

          8-3-4-2- دانسیته                                                                                                      42

          9-3-4-2- فرسایش                                                                                                    42

فصل سوم : مطالعه موردی

     1 -3- روش تحقیق                                                                                           43       

  1-1-3 - مواد اولیه                                                                                                                  44 

 2-1-3- عملیات ذوب و ریخته‌گری                                                                                        45

3-1-3- آماده سازی نمونه‌ها                                                                                                      45

4-1-3- آنالیز نمونه‌ها                                                                                                                46

5-1-3- متالوگرافی                                                                                                                   47

6-1-3- آزمایش سختی                                                                                                              47

7-1-3- تست سایش                                                                                                                   48

   2-3-بیان نتایج

1-2-3- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف كربن با تیتانیم ثابت                                     49

2-2-3- ریزساختار نمونه‌های حاوی مقادیر مختلف تیتانیم با كربن ثابت                                     52

3-2-3- تاثیر درصد كربن بر خواص نمونه‌ها                                                                              55

4-2-3- تاثیر درصد تیتانیم بر خواص نمونه‌ها                                                                             55

 5-2-3- نتایج پراش اشعه ایكس                                                                                   56

6-2-3- تأثیر درصد كربن بر خواص سایشی نمونه‌ها                                                                   59

7-2-3- تأثیر درصد تیتانیم بر خواص سایشی نمونه‌ها                                                                  60

         3-3- بحث نتایج

       1-3-3- بررسی تشكیل فاز كاربید تیتانیم                                                                          61

       2-3-3- مطالعه مسیر انجماد در كامپوزیت Fe-TiC                                                          65

       3-3-3-  تأثیر درصد كربن بر ریزساختار كامپوزیت فروتیك                                               66

       4-3-3-  تأثیر درصد تیتانیم بر ریزساختار نمونه‌ها                                                               73

        5-3-3- تأثیر درصد كربن بر چگالی كامپوزیت Fe-TiC                                        78

        6-3-3- تأثیر مقدار كربن بر سختی كامپوزیت Fe-TiC                                         78

        7-3-3- تأثیر مقدار كربن بر خواص سایشی كامپوزیت Fe-TiC                                79

        8 -3-3- تأثیر مقدار تیتانیم بر چگالی نمونه‌ها                                                      80

        9-3-3- تأثیر مقدار تیتانیم بر سختی كامپوزیت Fe-TiC                                         81

       10-3- 3-تاثیر مقدار تیتانیم بر خواص سایشی كامپوزیت                                          82

       11-3-3- بررسی سطوح سایش                                                                                       86

   فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادها

1-4 نتیجه گیری                                                                                                              92

       2-4پیشنهادها                                                                                                                   94                       

منابع و مراجع                                                                                                                      95