عنوان پایان‌نامه
ایجاد لایه های سطحی حاوی Tic روی آلیاژ Ti-۶A۱-۴V به دو روش درجا و پیش نشت مستقیم به وسیله فرایند های ذوبی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1155;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66115
- تاریخ دفاع
- ۰۴ مرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- حسن قربانی
- استاد راهنما
- محمود حیدرزاده سهی
- چکیده
- آلیاژهای تیتانیم علی رغم دارا بودن خواص مطلوبی نظیر سبکی، مقاومت به خوردگی مناسب و استحکام به وزن بالا، خواص تریبولوژیکی ضعیفی دارند. یکی از روش های بالقوه بهبود خواص تریبولوژیکی انجام فرآیندهای ذوب، آلیاژسازی سطحی و ایجاد لایه های کامپوزیتی با استفاده از پرتوهای پرانرژی نظیر پرتو لیزر است. در این پژوهش با استفاده از لیزر Nd:YAG پالسی، کامپوزیت سازی سطحی به روش های مستقیم و درجا به ترتیب از طریق پیش نشستTiC-Ni (ایجادشده به روش پاشش پلاسمایی) و G-Ni (با استفاده از چسب سیلیکات سدیم) روی آلیاژTi-6Al-4V انجام شد. ساختارهای لایه ها و فازهای حاصل از عملیات کامپوزیت سازی سطحی توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف‌سنجی انرژی پرتو ایکس و پراش سنجی پرتو ایکس بررسی شدند. لایه های سطحی حاصل از عملیات کامپوزیت سازی سطحی به‌صورت مستقیم، شامل زمینه ی مارتنزیت تیتانیم ?'به همراه ذرات TiC، TiC2 و Ti3Al بودند. همچنین لایه های سطحی حاصل از روش درجا شامل زمینه مارتنزیت تیتانیم ?' به همراه دندریت ها و ذرات TiC بودند. کاربید تیتانیم ایجادشده در روش درجا، تنها به‌صورت دندریتی ظاهر شد درحالی که در روش مستقیم، کاربید تیتانیم به‌صورت دندریتی و ذره ای بودند. نتایج به‌دست‌آمده از آزمون ریزسختی نشان داد که عملیات کامپوزیت سازی سطحی در هر دو حالت مستقیم و درجا باعث بهبود سختی آلیاژ پایه Ti-6Al-4V، به طوری که در حالت مستقیم سختی در محدوده¬ی HV0.3 1450-950 و در حالت درجا در محدوده HV0.31400-700 تغییر کردند. اثر پارامترهای لیزر روی ابعاد حوضچه توسط چگالی انرژی و بیشینه توان بررسی شد. به این صورت که در محدوده چگالی انرژی از J/mm215/7 تا J/mm2 36/106، کمترین و بیشترین عمق به ترتیب µm 48 و µm 315 است، همچنین عرض حوضچه در بیشترین حالت به µm 1213 و در کمترین حالت به µm 1882 رسید. به‌منظور کاهش تخلخل های لایه کامپوزیتی از عملیات ذوب مجدد استفاده شد بدین ترتیب پس از فرآیند ذوب مجدد،تخلخل‌ها در مقطع لایه کامپوزیتی قابل‌ملاحظه‌ای داشت. کلمات کلیدی: لیزر Nd:YAG پالسی، آلیاژ تیتانیم Ti-6Al-4V، کامپوزیت سازی سطحی، کاربید تیتانیم، ریزسختی، روش درجا
- Abstract
- Despite promising properties such as low density, high corrosion resistance and high strength to weight ratio, titanium alloys suffer from poor tribological properties. Liquid phase surface engineering including surface melting, alloying and formation of composite layers by using high energy beams such as laser beam have been applied on titanium alloys for improving their tribological performance. In the present work, laser surface compositing of Ti-6Al-4V was performed by direct and in-situ methods via pre-placing titanium with TiC-Ni, G-Ni and subsequently surface melting by pulsed Nd:YAG laser. The phases and microstructures of the fabricated layers were characterized by optical microscope, field emission scanning electron microscope, scanning electron microscope equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffractometry. The surface layers were mainly consisted of Martensite ??- titanium as matrix and TiC, TiC2 and Ti3Al compounds. Also, the surface layers produced via in-situ route by using G-Ni were mainly consisted of Martensite ??- titanium as matrix and TiC dendrite. The surface layers produced via direct route by pre-placing TiC-Ni were consisted of particulate and dendritic TiC. The composite layers fabricated by both direct and in-situ routes had high hardness. The hardness of composite layer fabricated by direct route reached to a maximum value of 950-1450 HV and composite layer fabricated by in situ route reached to a maximum hardness value of 700-1400 HV, more than 4 times of that of the base Ti-6Al-4V (350 HV).The effect of laser parameters such as energy density, power peak and scanning speed of laser beam on the geometry of the melted pool was also investigated. In this case, the energy density in the range of 7.15 J/mm2 - 106.36 J/mm2 resulted in minimum and maximum depths of 48 and 315?m, respectively. The minimum and maximum widths of the pools were also 1213 and 1882 ?m, respectively. Re-melting process was used to reduce the porosity of the composite layer and the amount of porosity in the composite layers reduced significantly. Keywords: Pulsed Nd:YAG laser, Ti-6Al-4V titanium alloy, Laser surface compositing, titanium carbide (TiC), Hardness, in-situ method
