عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی روش متالورژی پودر درجا در تولید کامپوزیت های A۱۶۰۶۱/AlOp با درصد های مختلف فاز تقویت کننده
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41375;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 757
- تاریخ دفاع
- ۱۷ تیر ۱۳۸۸
- دانشجو
- سعید پورنادری
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- در این تحقیق از روش متالورژی پودر درجا، برای تولید کامپوزیت آلومینیم 6061 – آلومینا استفاده شده است. به این منظور، ابتدا روش متالورژی پودر درجا برای تولید مخلوط های پودری آلومینیم-آلومینا بهینه شده و در مرحله بعد، پس از تولید نمونه های کامپوزیتی، ریزساختار، سختی و خواص سایشی آن ها بررسی شده است. نتایج نشان داد که در صورت استفاده از 40 درصد حجمی آلومینا، زمان بهینه برای دستیابی به مخلوط پودری با ریزترین دانه بندی با استفاده از آلومینا با اندازه متوسط ذرات 37 و 72 میکرومتر، 8 دقیقه و با اندازه متوسط ذرات 150 و 276 میکرومتر 10 دقیقه می باشد. نتایج دماهای هم زدن710 و 780 درجه سانتی گراد نشان داد که با وجود اینکه هم زدن در دمای 780 درجه سانتی گراد سبب کاهش زمان بهینه برای آلومینا با اندازه ذرات 37 و 72 میکرومتر از 8 دقیقه به 6 دقیقه می شود، مخلوط های پودری بهینه تولید شده در دمای 710 درجه سانتی گراد دارای دانه بندی ریزتری نسبت به مخلوط های پودری بهینه تولید شده در دمای 780 درجه سانتی گراد می باشند. نتایج حاصل از بررسی تاثیر درصد حجمی آلومینا بر توزیع اندازه ذرات مخلوط پودری نشان داد که برای همه اندازه ذرات آلومینا، با کاهش درصد آلومینا (در محدوده 20 تا 40 درصد حجمی)، متوسط اندازه ذرات مخلوط پودری افزایش یافته است. همچنین حداقل درصد حجمی آلومینا به منظور تولید مخلوط پودری حاوی ذرات آلومینای ریزتر (37 و 72 میکرومتر) 15 درصد و برای ذرات درشت تر (150 و 276 میکرومتر) 20 درصد حجمی بدست آمد. بررسی مورفولوژی پودرهای تولید شده نشان داد که دمای فرایند تاثیر چندانی بر روی مورفولوژی ذرات آلومینیم ندارد، ولی با افزایش اندازه ذرات آلومینا در مخلوط پودری، ذرات آلومینیم مورفولوژی کروی تری به خود می گیرند. نتایج نشان داد که در مخلوط های حاوی 40 درصد حجمی آلومینا، با افزایش اندازه ذرات آلومینا، سیالیت، دانسیته ظاهری و دانسیته ضربه ای پودرها افزایش می یابد ولی افزایش درصد ذرات آلومینا سبب کاهش این کمیت¬ها می شود. متراکم سازی مخلوط های پودری، تحت فشارهایی در محدوده 200 تا 800 مگا پاسکال انجام شد. مطابق با نتایج بدست آمده، برای مخلوط های پودری حاوی آلومینا با اندازه ذرات 37 میکرومتر، با افزایش درصد آلومینا در مخلوط تراکم پذیری کاهش می یابد. ولی افزایش اندازه ذرات آلومینا در یک درصد حجمی ثابت سبب افزایش تراکم پذیری مخلوط های پودری می شود. نتایج سختی سنجی بر روی کامپوزیت های تولید شده نشان داد که سختی نمونه حاوی 15 درصد حجمی آلومینا نسبت به فلز تقویت نشده افزایش یافته است در حالی که افزایش بیشتر درصد آلومینا موجب افت سختی شده است. همچنین در یک درصد حجمی ثابت با افزایش اندازه ذرات آلومینا تا 150 میکرومتر سختی افزایش می یابد و افزایش بیشتر اندازه ذرات آلومینا تاثیر چندانی بر روی سختی نداشته است. نتایج آزمایش های سایش نشان داد که حجم ساییده شده و ضریب اصطکاک همه نمونه های کامپوزیتی نسبت به آلیاژ زمینه کاهش یافته است. برای نمونه های کامپوزیتی حاوی درصدهای مختلف آلومینا با اندازه 37 میکرومتر کمترین نرخ سایش و ضریب اصطکاک مربوط به نمونه حاوی 15 درصد حجمی آلومینا می باشد. در مورد کامپوزیت های حاوی 20 درصد حجمی آلومینا با اندازه های مختلف، کمترین نرخ سایش و ضریب اصطکاک مربوط به نمونه حاوی آلومینا با اندازه ذرات 150 میکرومتر می باشد.
- Abstract
- In the present study Al6061/Al2O3 composites were prepared by In situ Powder Metallurgy method. In this respect, this process was initially optimized for obtaining the finest aluminum-alumina powder mixtures and then, the microstructure, hardness and tribological properties of the consolidated composites were investigated. It was concluded that for powder mixtures containing 40 vol.% of alumina particles with the mean diameters of 37 and 72 µm, the finest powder particles were produced after stirring at 710 °C for 8 minutes. However, by using coarser alumina particles (150 and 276 µm) the optimum stirring time was 10 minutes. The results showed that while stirring at 780 °C instead of 710 °C reduced the stirring time from 8 to 6 min, the produced aluminum particles were coarser. Moreover, the morphology of Al powders was not affected by the processing time or temperature. The increased alumina content decreased the mean size of the generated aluminum powders but it did not have any significant effect on the morphology of the powders. The minimum alumina content required for this process when finer alumina particles (37 and 72 µm) and coarser alumina particles (150 and 276 µm) were used was obtained to be 15 vol.% and 20 vol.% respectively. For powder mixtures containing 40 vol.% of alumina, the increased alumina size resulted in increased flowability, apparent density and tap density, whereas the increased alumina content within the range of 20-40 vol.% resulted in a decreased values of these quantities. All powder mixtures were uniaxially cold pressed at 200-800 MPa to form a series of cylindrical specimens. The relative green density of compacts containing fine (37 µm) alumina particles decreased with increased alumina content. Moreover, for powder mixtures containing 20 vol.% alumina particles, the increased alumina size resulted in increased relative green density. The increased alumina content up to 15vol.% increased the hardness of the consolidated composites, but further increase of the reinforcement content resulted in decreased hardness of these composites. The hardness of Al6061-20% Al2O3 composites increased by increasing the size of alumina particles up to 150 µm but further increase of the reinforcement size did not have significant effect on the hardness. The dry sliding wear behavior of these composites, as measured by pin-on-disk method, revealed decreased wear rate and coefficient of friction for composites as compared with those of the base metal. Amongst all the investigated composites containing 37 µm sized Al2O3 particles, the minimum wear rate and coefficient of friction were obtained for the Al-15 vol.% composite, and for those composites containing 20 vol.% of alumina, the minimum of these quantities were obtained for 150 µm sized alumina reinforced composites. Key Words: Al6061/Al2O3 composites, In situ Powder Metallurgy, stirring time, stirring temperature, alumina size, alumina content.
