عنوان پایان‌نامه
بکارگیری روش هم زن اصطحکاکی در ایجاد لایه های نانو کامپوزیت سطحی دارای ذرات Tic بر فولاد نرم
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 907;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 50055
- تاریخ دفاع
- ۳۰ مهر ۱۳۹۰
- دانشجو
- احمد قاسمی کهریزسنگی
- استاد راهنما
- سیدفرشید کاشانی بزرگ
- چکیده
- امروزه روش همزن اصطکاکی جهت اصلاح ریز ساختار سطحی مواد و ایجاد لایه‌های سطحی کامپوزیتی مورد استفاده واقع شده است. در تحقیق حاضر پودر در مقیاس نانومتری و میکرومتری TiC در شکافی بر سطح فولاد نرم در مسیر چرخش و پیشروی ابزار قرار داده شد و با استفاده از ابزار کاربید تنگستنی، لایه های کامپوزیت سطحی حاوی ذرات TiC بر سطح فولاد نرم ایجاد گردید. بررسی‌های میکروسکوپی نوری نشان داد که ساختار زمینه ناحیه همزده فریت سوزنی و ساختار ناحیه متاثر از حرارت و مکانیک فریت ویدمانشتاتن می‌باشد. همچنین بررسی‌های میکروسکوپی الکترونی حاکی از تجمع ذرات TiC و توزیع غیریکنواخت آنان داشت. نتایج میکروسکوپی الکترونی نشان می‌دهد که در پنجره جوشکاری با کاهش سرعت پیشرونده و افزایش سرعت دورانی توزیع بهتری از ذرات تقویت کننده صورت می‌پذیرد. با بکارگیری فرایند در پاس های بعدی ذرات مجتمع شده از یکدیگر باز شده و توزیع یکنواخت ذراتTiC در مقیاس نانومتری ممکن و لایه نانوکامپوزیت سطحی با میزان 8% نانوذرات TiC بر فولاد نرم ایجاد گردید. سختی سنجی لایه های کامپوزیتی نشان داد که توزیع یکنواخت و باز شدن تجمع ذرات سرامیکی باعث افزایش سختی لایه‌های ایجاد شده می‌شود. بیشترین سختی به میزان 450 ویکرز در لایه نانوکامپوزیت سطحی که توزیع یکنواخت ذرات نانومتری TiC را داشت بعد از چهار پاس حاصل شد. عمق سخت شده این لایه سطحی نانوکامپوزیتی 2.7 میلی متر بود. افزایش سختی لایه کامپوزیتی ساخته شده با میکرو ذرات TiC نسبت به زیر لایه در حدود 100 ویکرز بود در حالی که افزایش سختی لایه نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات TiC به حدود 320 ویکرز رسید. روند افزایش سختی در لایه های سطحی ایجاد شده بدون پودر عکس لایه های کامپوزیتی سطحی شامل پودر بوده و با افزایش سرعت پیشروی و کاهش سرعت دورانی در پنجره جوشکاری میزان سختی افزایش می‌یابد. میزان سختی لایه های سطحی ایجاد شده بدون پودر بعد از چهار پاس تا حداکثر 70 ویکرز نسبت به سختی زیرلایه افزایش یافت. میزان سایش لایه نانوکامپوزیت ایجاد شده بعد از چهار پاس در مقایسه با زیرلایه بیش از سه برابر تحت نیروهای 15.5 ،30 و 60 نیوتن و بعد از مسافت 1000 متر بهبود نشان داد. نوع سایش زیرلایه و لایه سطحی همزن اصطکاکی شده آن (بدون افزایش پودر) سایش چسبان، خراشان دوجسمی و خراشان سه جسمی بود ولی لایه نانوکامپوزیت شده تحت یک و چهار پاس سایش چسبان، خراشان دو جسمی و اکسایشی نشان داد. با افزایش نیرو از میزان سایش اکسایشی کاسته شده اما همچنان مکانیزم غالب می‌باشد. کلمات کلیدی : فرایند همزن اصطکاکی، فولاد نرم، TiC، نانوکامپوزیت، سختی، سایش
- Abstract
- Recently, much attention has been paid to a new surface modi?cation technique named friction stir processing(FSP). FSP is a solid state processing technique to obtain a ?ne-grained microstructure. Surface nanocomposite layers based TiC nanoparticle was produced on mild steel by friction stir processing with tool from tungsten carbide, respectively. For acquisition to uniform dispersion of reinforcement particulates, main parameters such as advancing speed, rotational speed and passes were employed, but increasing in tool rotational/advancing speed and passes result in uniformity of particles. First observation showed non-uniform dispersion of reinforcement particles in layers. The results show that the increasing in number of FSP passes causes a more uniform in distribution of nano-sized TiC particles. The volume fraction of TiC particles is equal to 8%. Adjacent Probe temperature was measured by insertion of thermocouples that showed above ferrite to austenite transformation. Electron microscopy investigations showed that resulted microstructure included stirred zone with composite of TiC particles in acicular ferrite matrix. The grain size showed increasing toward substrate. A maximum hardness value reached to 450 Vickers approximately that was more than three times of mild steel substrate. The depth of hardening was achieved 2.7 mm. Wear assessment of nanocomposite layer represented high resistance in comparison with base metal that related to less coefficient of friction. These cases attributed to presence of hard particle in fined grain nanocomposite layer. Under sliding, FSP reduced friction coefficient and wear rate and increase wear properties about three times more than that of the as-received mild steel. Wear mechanism of base metal is adhesive and abrasive (two and three body) and nanocomposite layer mainly showed oxidation wear. Keywords: Mild steel, TiC, nanocomposite, friction stir processing, Hardness, Wear.
