عنوان پایان‌نامه
اتصال نیترید بور مکعبی به فولاد به روش لحیم
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-جوشکاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1052;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59875
- تاریخ دفاع
- ۱۳ خرداد ۱۳۹۲
- دانشجو
- رضا جوهری میاب
- استاد راهنما
- علی محمد هادیان
- چکیده
- نیترید بور مکعبی (cBN) سخت ترین ماده شناخته شده بعد از الماس است. این ماده به دلیل پایداری حرارتی و شیمیایی بالاتر و قیمت پایین تر نسبت به الماس، در بعضی کاربردهای سایشی و برشی به عنوان جایگزینی مناسب برای الماس مطرح شده است. ویژگی ممتاز cBN نسبت به الماس حل نشدن آن در آهن، نیکل و آلیاژهای این دو فلز در دمایC ?1300-1200 است. با توجه به این مزایا، از قطعات تف جوشی شده cBN برای برش و ماشینکاری آلیاژهای پایه آهن و نیکل استفاده می‌شود. به منظور بهبود مشکل تردی و شکنندگی و همچنین به دلیل ملاحظات اقتصادی، قطعات cBN به پایه فلزی اتصال داده می‌شوند. به دلیل چقرمگی و قابلیت تغییر شکل پلاستیک فلز، تنش های وارد شده به مجموعه در حین کار تعدیل شده و همین امر از ترک برداشتن و شکست سرامیک جلوگیری می‌کند. در میان روشهای اتصال، لحیم کاری سخت به دلیل سهولت، عدم نیاز به تجهیزات گرانقیمت، قابلیت صنعتی شدن و تولید انبوه و ایجاد اتصالات مقاوم از متداول ترین روشهای مورد استفاده است. در این تحقیق، قطعات cBN با استفاده از آلیاژ پرکننده پایه نقره (Cusil-ABA) به پایه فولادی CK45 متصل شد. به منظور تعیین زمان و دمای بهینه لحیم کاری، فرایند اتصال در سه دمای C?880، C?900 و C?920 در زمان های 5، 10 و 15 دقیقه انجام شد. پس از مقطع زدن نمونه ها و آماده¬سازی سطحی، درز اتصال ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی های ریزساختاری قرار گرفت. توزیع عنصری و نوع فازهای تشکیل شده در فصل مشترک ها نیز به کمک نقشه های توزیع عنصری و پراش سنجی پرتو ایکس (XRD) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد تجزیه نیترید بور در فصل مشترک و شکل گیری فازهای TiN و TiB2 عامل پیوند بین آلیاژ پرکننده و cBN بوده است. نتایج آزمون استحکام برشی نیز نشان داد با افزایش زمان و دمای لحیم کاری، استحکام اتصالات افزایش مییابد. به طوریکه مقدار بیشینه استحکام برشی به دست آمده مربوط به نمونه اتصال داده شده در دمای C?920 و زمان 15 دقیقه و برابر MPa13±129 بود. این امر نشان می¬دهد با افزایش زمان و دمای لحیم کاری به دلیل فراهم شدن فرصت نفوذ و انجام واکنش¬های فصل مشترک استحکام اتصال ارتقا مییابد.
- Abstract
- Cubic boron nitride (cBN) is the second hard material known prior to diamond. Owing to its unique properties like high thermal and chemical stability and also its lower price than diamond, it is a good candidate to be replaced with diamond in cutting and grinding applications. Contrary to diamond it is not dissoluble in Fe, Ni and their alloys at high temperatures up to 1200-1300?C. Due to these advantages, cBN inserts are widely used in cutting and machining industry, particularly for Fe-base and Ni-base alloys. Due to economic considerations and also in order to protect the cBN parts from fracture, cBN inserts are joined to metal holders. Plastic deformability and high fracture toughness of metal substrate accommodates the service stresses keeping the ceramic from cracking. Among the joining techniques, brazing is one of the widely used processes in ceramic industries because of its convenience, inexpensive facilities required, capability for industrialization and making sound and strong joints. In this study, cBN bodies have been joint to CK45 steel base metal using Cusil-ABA ribbons with 130 µm thickness as filler alloy. In order to determine the optimum brazing time and temperature, joining process has been done at 880?C, 900?C, 920?C for 5, 10 and 15 minutes under high purity argon atmosphere. After sectioning the joints and surface preparation, the microstructure of joints area were investigated using scanning electron microscope (SEM). Elemental distribution pattern and phases analysis were studied using map analysis and x-ray diffraction (XRD) method. The results showed that bonding between cBN and filler alloy is mainly due to the surface decomposition of cBN and formation of TiN and TiB2 phases. Also the mechanical properties of the samples were measured using shear strength test. The results of shear strength test showed that by increasing the brazing time and temperature, a rise in joint strength could be observe. The maximum shear strength value was obtained from the samples brazed at 920?C for 15 minutes and was about 129±13MPa. This fact indicates that in this case with the increase of brazing temperature and time, the strength of joint improves because of more diffusion opportunity and progress of interfacial reactions.
