عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی و مشخه یابی کامژوزیت های ضد سایش برنز- گرافیت تولید شده به روش متالورژی ژودر پولکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1335;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79417;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1335;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79417
- تاریخ دفاع
- ۲۵ فروردین ۱۳۹۵
- دانشجو
- سهیل ارشادراد
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- کامپوزیت های برنز-گرافیت به دلیل خاصیت خودروانکاری و مقاومت به سایش به طور گسترده در ساخت یاتاقان ها به کار گرفته می شوند. روش های مختلفی برای تولید این کامپوزیت ها وجود دارد که در این میان، روش های حالت جامد مانند روش متالورژی پودر به دلیل دارا بودن مزایایی از قبیل امکان ایجاد ساختار متخلخل به جهت تسهیل روانکاری، توزیع بهتر تقویت کننده در ماتریس و امکان استفاده از بازه وسیعی از ذرات تقویت کننده بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر، از یک روش جدید با عنوان متالورژی پودر پولکی برای تهیه کامپوزیت برنز Cu90Sn10 تقویت شده با ذرات گرافیت استفاده شده است. به این منظور برای اولین بار از روش نورد سرد برای تبدیل مورفولوژی پودر برنز از شبه کروی اولیه به پولکی استفاده شد. سپس پولک های برنز با 0، 1، 5، 9 و 13 درصد حجمی گرافیت مخلوط سازی شدند. جهت انباشت این پودر ها در قالب فولادی و به منظور قرارگیری پولک ها از سطح بزرگشان بر روی یکدیگر، از روش همنشانی در ستون هوا استفاده شد. مخلوط های پودری با استفاده از یک پرس هیدرولیکی 45 تنی در فشار 750 مگاپاسکال پرس سرد شدند و در نهایت در دمای 850 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت تحت عملیات سینترینگ قرار گرفتند. از همین روش نمونه هایی نیز با استفاده از پودر برنز اولیه به عنوان نمونه های شاهد ساخته شدند. نتایج این پژوهش نشان داد که در نمونه های ساخته شده از پودر برنز پولکی، در مقطع عمودی (در راستای پرس) لایه هایی از برنز و گرافیت به صورت منظم در امتداد عمود بر جهت پرس روی هم قرار گرفته اند. نمونه ی پولکی فاقد گرافیت، با 11/72درصد تخلخل، افزایش 1/38 درصدی تخلخل را نسبت به نمونه ی متناظر ساخته شده از پودر شبه کروی (نمونه شاهد) نشان داد، در حالی که سختی 63/35برینلی این نمونه افزایش 6/26 برینلی را نسبت به نمونه ی شاهد داشته است. نمونه های کامپوزیتی پولکی نیز علیرغم تخلخل بیشتر، سختی بیشتری نسبت به نمونه های متناظر شاهد داشتند. افزایش درصد حجمی گرافیت سبب افزایش تخلخل و کاهش سختی در هر دو سری نمونه های کامپوزیتی پولکی و شاهد شد، به طوری که افزایش 13 درصد حجمی گرافیت سبب افزایش 1/45 درصدی تخلخل و کاهش 52 درصدی سختی در نمونه ی شاهد و افزایش 1/04 درصدی تخلخل و کاهش 54 درصدی سختی در نمونه ی پولکی شد. نتایج آزمون سایش نشان داد که نمونه های پولکی نرخ سایش کمتری نسبت به نمونه های متناظر شاهد دارند به طوری که نرخ سایش نمونه ی پولکی فاقد گرافیت، 45 درصد کمتر از نمونه ی شاهد متناظر است. حد اقل نرخ سایش و ضریب اصطکاک در سری نمونه های شاهد در کامپوزیت حاوی %1 گرافیت حاصل شد، اما برای سری نمونه های پولکی، حداقل نرخ سایش و ضریب اصطکاک در کامپوزیت های به ترتیب حاوی 5 درصد و 1 درصد گرافیت به دست آمد که در آن ها به ترتیب نرخ سایش 91 درصد و ضریب اصطکاک 85 درصد نسبت به نمونه ی پولکی فاقد گرافیت کاهش داشت.
- Abstract
- Bronze-graphite composites due to their self-lubricating properties and wear resistance are widely used as bearing materials. Amongst the several methods available for processing of these composites, solid state techniques such as powder metallurgy (PM) have attracted a considerable attention. This is because of the advantages of PM such as its potential for making porous structures that facilitates lubrication, more uniform distribution of the reinforcing phase within the matrix alloy and possibility for using a wide range of reinforcing particles. In this study, a new method termed as flake powder metallurgy (FPM) was used for preparation of Cu90Sn10 bronze matrix composites reinforced with graphite (Gr) particles. For this purpose, for the first time, cold- rolling was utilized to convert the morphology of the bronze powders from near-spherical to flake shaped. Then the bronze flakes were mixed with 0, 1, 5, 9 and 13 vol.% of Gr particles. By using an air floating column, the flake powders were stacked in the steel die in such a way that their largest surfaces were in touch with each other. The powder mixtures were cold pressed at 750 MPa by using a 45 tons hydraulic press followed by sintering at 850 °C for 1 hour. By using the as-received bronze powders, the same procedure was utilized for making reference samples (i.e. PM samples) to be compared with the FPM samples. The vertical (along the press direction) sections of the FPM processed samples exhibited a layered structure consisting of bronze and Gr particles aligned perpendicular to the press direction. Despite of the higher porosity of the FPM sample with no Gr addition (11.72%) that was 1.38% more than its PM counterpart, it exhibited the hardness of 63.35 Brinell being 6.26 Brinell harder than its PM counterpart. Similar trend was observed for all the composite samples i.e. the FPM samples despite their higher porosity were harder than their PM counterparts. The increased Gr content resulted in increased porosity combined with decreased hardness for both the PM and FPM composite series. The increased Gr from 0 to 13vol.% resulted in 1.45% increased porosity and 52% decreased hardness for the PM samples and 1.04% increased porosity together with 54% decreased hardness for the FPM specimens. The wear test results confirmed that the wear rate of the FPM samples were lower than their PM counterparts. The wear rate of the FPM sample with no Gr addition was 45% lower than its PM counterpart. The composite containing 1% Gr exhibited the minimum values of wear rate and friction coefficient among the PM samples. However, for the FPM samples, the minimum wear rate and friction coefficient values were obtained respectively for the composites with 5% and 1% Gr addition. In these composites the wear rate and friction coefficient values were respectively 91% and 85% lower as compared with those of the FPM sample with no Gr addition Keywords: Bronze-Graphite Composite, Flake Powder Metallurgy, MicroStructure, Porosity, Hardness, Wear
