عنوان پایان‌نامه
بررسی پارامترهای مواد و فرایند تولید در رفتار تربیولوژیکی کامپوزیت های هیبریدی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 43169;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 798
- تاریخ دفاع
- ۰۷ دی ۱۳۸۸
- دانشجو
- سهیل مهدوی
- استاد راهنما
- فرشاد اخلاقی
- چکیده
- چکیده : در این تحقیق از روش متالورژی پودر درجا (IPM) که تلفیقی از دو روش ریخته¬گری گردابی و متالورژی پودر است در تولید کامپوزیت¬های هیبریدی Al6061/SiC/Gr استفاده شد. در تولید این کامپوزیت¬ها درصد حجمی SiC در مقادیر 0، 10، 20، 30 و 40 و با اندازه¬های متوسط 19، 76 و 115 میکرومتر انتخاب شد و درصد حجمی گرافیت در مقادیر 0، 3، 5، 9 و 13 متغییر بود. پس از تهیه مخلوط¬های پودری مذکور، بر روی آنها عملیات متراکم¬سازی، سینترینگ و عملیات حرارتی T6 انجام شد و تاثیر اندازه و درصد ذرات SiC و نیز درصد ذرات گرافیت بر اندازه و مورفولوژی پودر آلومینیم، رفتار تراکم¬پذیری مخلوط¬های پودری، چگالی کامپوزیت¬های هیبریدی قبل و بعد از سینترینگ و سختی آنها قبل و بعد از عملیات حرارتی بررسی شد. همچنین تاثیر متغییرهای مذکور بر رفتار تریبولوژیکی کامپوزیت¬های هیبریدی عملیات حرارتی شده مورد مطالعه قرار گرفت. تصاویر SEM از مخلوط¬های پودری نشان دهنده توزیع مناسب ذرات تقویت¬کننده در میان ذرات آلیاژ زمینه بودند. نتایج بررسی توزیع اندازه ذرات پودر آلومینیم تولید شده نشان داد که با افزایش کسر حجمی فاز سرامیکی واسطه (SiC و گرافیت) اندازه متوسط ذرات پودر آلومینیم تولید شده کاهش می¬یابد، بطوریکه پودر آلومینیم تولید شده با استفاده از 40 درصد حجمی SiC و 13 درصد حجمی گرافیت کمترین اندازه متوسط را دارد. در ضمن گرافیت نقش موثرتری در ریزتر کردن پودر آلومینیم دارد. با افزایش درصد SiC دانسیته نسبی نمونه¬های متراکم شده کاهش می¬یافت، اما با افزایش مقدار گرافیت و اندازه ذرات پودر SiC از 19 تا 115 میکرومتر دانسیته نسبی افزایش نشان می¬داد. تصاویر SEM نشان دهنده توزیع خوب ذرات تقویت¬کننده در زمینه و اتصال مناسب میان زمینه و تقویت¬کننده¬ها بعد از عملیات سینترینگ بودند. پس از سینترینگ چگالی نمونه¬هایی که حاوی SiC ریز بودند یا فقط از گرافیت در آنها استفاده شده بود، افزایش و چگالی سایر کامپوزیت¬ها با سینترینگ کاهش پیدا کرد. نتایج سختی سنجی نشان دهنده افزایش مقدار سختی با افزایش مقدار SiC، کاهش اندازه ذرات SiC و کاهش مقدار گرافیت بودند. بنابراین نمونه حاوی 40 درصد حجمی SiC ریز و بدون گرافیت بیشترین مقدار سختی را نشان داد. پس از عملیات حرارتی نمونه حاوی 20 درصد حجمی SiC ریز و فاقد گرافیت بیشترین مقدار سختی را داشته و بیشترین مقدار افزایش سختی در کامپوزیت¬های حاوی 20 درصد حجمی SiC ایجاد شد. نتایج آزمون سایش نشان داد که سه پارامتر مقدار SiC، اندازه ذرات SiC و درصد گرافیت در تعیین مقاومت سایش کامپوزیت¬ها بصورت مستقل از یکدیگر عمل نمی¬کنند. بطور کلی با افزایش درصد SiC تا 30 درصد حجمی مقاومت سایش کامپوزیت¬ها بهبود یافته و با افزایش بیشتر آن تا 40 درصد حجمی مقاومت سایش کاهش می¬یافت. با افزایش اندازه ذرات SiC نیز مقاومت سایش افزایش می¬یافت، اما مقدار بهینه گرافیت بستگی به درصد و اندازه ذرات SiC موجود در کامپوزیت دارد و بطور کلی کامپوزیت حاوی 30 درصد حجمی SiC درشت و 9 درصد حجمی گرافیت بهترین مقاومت سایش را در میان تمامی کامپوزیت¬های ساخته شده نشان داد. نتایج بدست آمده برای ضریب اصطکاک نشان داد که با افزایش مقدار SiC تا 30 درصد حجمی ضریب اصطکاک کاهش و با افزایش بیشتر آن تا 40 درصد حجمی این ضریب افزایش می¬یابد. همچنین افزایش اندازه ذرات SiC و مقدار گرافیت نیز به کاهش ضریب اصطکاک کمک می¬کنند. بنابراین کامپوزیت حاوی 30 درصد حجمی SiC درشت و 13 درصد حجمی گرافیت کمترین مقدار ضریب اصطکاک را نشان داد.
- Abstract
- Abstract In this research, In-situ Powder Metallurgy (IPM) method, which is a combination of stir casting and powder metallurgy methods, was used to produce hybrid Al6061/SiC/Gr composites. Silicon carbide particles with three different average sizes (19, 76 and 115µm) amounting 0, 10, 20, 30 and 40 volume percents together with 0, 3, 5, 9 or 13 volume percent of flake graphite particles were used in producing these composites. These powder mixtures were compacted, Sintered, heat treated and the effects of SiC size and volume percent together with graphite volume fraction on the size and morphology of aluminum powders, compaction behavior of powder mixtures, density of as pressed and as sintered hybrid composites and hardness of as sintered and as aged composites was investigated. Furthermore, the effect of these variables on the tribological properties of heat treated hybrid composites was studied. SEM images revealed a uniform distribution of reinforcement particles within the matrix alloy. Screen analysis showed that with increasing the volume percent of ceramic phase (SiC or graphite) the average size of produced powder particles was decreased. Therefore, by using 40 vol.% of SiC and 13 vol.% of graphite particles, the finest aluminum powders were produced. However, graphite was more influential in producing fine aluminum powders as compared with SiC particles. The relative density of compacted powders was decreased with increasing the SiC volume percent and increased with increasing graphite volume percent and SiC size. SEM studies confirmed good bonding between the matrix alloy and reinforcement particles after sintering. The density of samples containing fine SiC particles or only graphite particles was increased after sintering, but in other cases the density was decreased. Increasing of SiC content and decreasing of graphite volume percent and SiC size resulted in higher hardness values. Therefore, composite containing 40 vol.% of fine SiC and without graphite exhibited the maximum hardness in the as sintered condition and heat treatment was more influential in improving the hardness for composites containing 20 vol.% of SiC particles. However, after heat treatment, the composite containing 20 vol.% of fine SiC and without graphite showed the maximum hardness. Wear results showed that three parameters of SiC content, SiC size and graphite content do not act as independent variables in determination of wear resistance of composites. In general, wear resistance of composites was increased with increasing the SiC content up to 30 vol.% and then decreased with further increasing to 40 vol.%. The wear resistance of the composites was improved with increasing the SiC size, but the optimum amount of graphite depended on SiC volume fraction and size in the composites. The maximum wear resistance was obtained for the composite containing 30 vol.% of coarse SiC and 9 vol.% of graphite. The friction coefficient of hybrid composites was decreased with increasing the SiC content up to 30 vol.%, but further increasing of SiC to 40 vol.% resulted in increasing this value. Friction coefficient was also reduced by increasing the SiC size and graphite volume fraction. Therefore, the composite containing 30 vol.% of coarse SiC and 13 vol.% of graphite exhibited the minimum friction coefficient.
