عنوان پایان‌نامه
تاثیر عملیات حرارتی نفوذی بر خواص سایشی آلیاژ TI-۶AI-۴V ابکاری الکتریکی شده با نیکل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1241;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72489
- تاریخ دفاع
- ۲۶ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- مجید عبدوس
- استاد راهنما
- احمدعلی آماده
- چکیده
- در این تحقیق به منظور بهبود خواص تریبولوژیکی تیتانیم و آلیاژهای آن، اثرات نفوذ نیکل بر آلیاژ Ti-6Al-4V بررسی گشت. این فرایند به منظور تشکیل ترکیبات بین‌فلزی نیکل-تیتانیم، با پوشش‌دهی نیکل بر سطح آلیاژ Ti-6Al-4V با ضخامت µm20 به روش آبکاری الکتریکی و متعاقبا عملیات حرارتی آن در دمای C?850-750 به مدت 30 تا 480 دقیقه در کوره لوله‌ای با اتمسفر آرگون انجام گرفت. به منظور مطالعه ساختار میکروسکوپی و فازهای به وجود آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده گردید. بررسی رفتار سایشی در دمای محیط و با کمک دستگاه پین روی دیسک انجام گرفت. در این آزمایش از پین فولادی (فولاد 52100) استفاده شد و کاهش وزن تحت بارهای 2، 5 و 8 نیوتن در مسافت‌های 50، 100، 200 و 300 متر برای هر نمونه اندازه‌گیری شد. به منظور بررسی مکانیزم سایشی نیز، مسیر سایش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید. یافته‌های آزمایش نشان داد که در سطح آلیاژ Ti-6Al-4V با پوشش نفوذی نیکل، دو لایه مجزا به همراه منطقه نفوذی تشکیل شده است. لایه اول ترکیب بین‌فلزی NiTi و لایه دوم ترکیب بین‌فلزی NiTi2 می‌باشد. افزایش زمان و دمای عملیات حرارتی در مرحله اول باعث تشکیل و رشد لایه ها و در ادامه باعث به وجود آمدن حفره‌های کرکندال، پیدایش ترک و جدا شدن پوشش نیکل از زیرلایه می‌شود. ادامه عملیات حرارتی پس از جدایش پوشش نیکل باعث تجزیه و از بین‌رفتن ترکیبات بین‌فلزی می‌شود. نتایج آزمون ریزسختی نشان دهنده این نکته بود که سختی ترکیب NiTi به مقدار 510 ویکرز می‌رسد که در مقایسه با سختی آلیاژ اولیه (230 ویکرز) افزایش قابل توجهی یافته است. نتایج آزمایش سایش نیز نشان داد که تشکیل ترکیب NiTi، نرخ سایش آلیاژ Ti-6Al-4V را تا یک سوم و ضریب اصطکاک آن را از 75/0 به 5/0 کاهش می‌دهد. دلیل این امر خواص منحصر به فرد NiTi، سختی بالاتر آن و تشکیل لایه تریبولوژیکی از اکسید آهن و تیتانیم بر مسیر سایشی این ترکیب است. همچنین تحقیقات نشان داده است، اگرچه پوشش نیکل می‌تواند بهبود نسبی در خواص تریبولوژیکی ایجاد کند، اما پس از عملیات حرارتی خواص آن افت نموده و بهتر است نیکل باقی‌مانده از سطح جدا شود. کلمات کلیدی: آلیاژ Ti-6Al-4V، نفوذ نیکل، سایش، ترکیبات بین‌فلزی نیکل-تیتانیم
- Abstract
- In the present work, inter-diffusion of nickel and titanium and formation of Ni-Ti intermetallic compounds in nickel-coated Ti-6Al-4V alloy have been studied. Initially, nickel was electrodeposited on the alloy using Watts bath at a current density of 20 mA/cm2 for 1 hour. The coated specimens were then heat treated in a tubular furnace under argon atmosphere. The effect of temperature and time on the thickness of diffusion layer and characteristics of intermetallic phases was studied by means of scanning electron microscope (SEM) equipped with EDS, XRD and microhardness test. The results showed that a multilayer structure was formed after heat treatment: an outer layer of remaining nickel, an area of intermetallic layers namely NiTi and NiTi2 and solid solution of Ni-Ti. It was observed that the increase in time or temperature firstley led to the formation of thicker intermetallic layers. However, after a critical time cracks was formed in the Ni-NiTi interface. Due to separation of Ni coating from the sublayer, heat treating for a long time resulted in disoloution of intermetallic layer. Finally, the microhardness of heat treated samples increased with formation of Ni-Ti intermetallics. As an example, hardness of NiTi layer was measured 510HV. After the heat treatment, samples were subjected to a pin on disc wear test for 50-300 m using the force of 2, 5 and 8 N. Friction coefficient and weight loss during the test was measured. The results showed that formation of intermetalic compound on the surface (NiTi) would lower the coefficient of friction to two third and wear rate to one third of its original value. The heat treated specimens also showed better wear properties after removal of remaining nickel comparing to Ti-6Al-4V alloy and also as-deposited nickel. Keywords: Heat treatment, wear, Ni coating, Ti-6Al-4V.
