عنوان پایان‌نامه
بررسی خواص مکانیکی نانو کامپوزیت درجا ساخته شده از سیستم آلومینیوم . اکسید آهن بر آلومینیوم توسط روش همزن اصطکاکی واکنشی
- رشته تحصیلی
- مهندسی متالورژی و مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1370;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81851;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1370;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81851
- تاریخ دفاع
- ۲۲ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- قاسم عظیمی روئین
- استاد راهنما
- سیدفرشید کاشانی بزرگ
- چکیده
- در پژوهش حاضر با اعمال روش همزن اصطکاکی واکنشی بر روی آلیاژ آلومینیوم گروه 1050 کار شده از طریق وارد نمودن پودر هماتیت (Fe2O3) یا مخلوط پودری هماتیت و آلومینیوم آسیا‌شده در زمان‌های متفاوت به ناحیه همزده با پیش‌نشاندن، محصولات Al13Fe4+Al2O3 در زمینه آلومینیوم تشکیل شد. در این راستا از یک ابزار استوانه‌ای رزوه‌دار که تحت سرعت‌های چرخشیrpm 1400 و انتقالیmm/min 40 حرکت می‌نمود، استفاده شد و به منظور ترغیب واکنش و توزیع و یکنواختی محصولات آن، تعداد جمعا چهار پاس بدون تغییر در جهت چرخش یا حرکت انجام گرفت که موجب ایجاد نانوکامپوزیت هیبریدیAl/(Al13Fe4+Al2O3) ریزدانه گردید. محصولات به صورت درجا به واسطه واکنش گرمازای بین آلومینیوم و Fe2O3 (واکنش ترمیت) و به کمک فرایند کارگرم روش همزن اصطکاکی در زمینه آلومینیوم تجدید تبلور شده تشکیل شدند؛ ذرات نانومتری Al2O3 (به شکل خوشه‌های نامنظم همراه با ذرات باقیمانده اکسیدهای آهن) و ترکیب بین‌فلزی Al13Fe4 (به شکل بیضوی). حضور اکسیدهای متفاوت آهن (فازهای میانی) حاکی از عدم پیشرفت کامل واکنش داشت. همچنین اضافه کردن مخلوط پودری آسیا شده موجب تشکیل محصولات بیشتر، ریزتر و دانه‌های تجدید تبلور شده آلومینیوم ریزتر همراه با افزایش قابل توجه میزان مرزدانه‌های با زاویه ناهمسویی بالا گردید به قسمی که دانه‌های کشیده و بزرگ آلیاژ آلومینیوم کار شده 1050 اولیه که در اثر روش همزن اصطکاکی به دانه‌های هم‌محور با میانگین حدود 8/7 میکرومتر تغییر یافته بود، با استفاده از مخلوط پودری سه ساعت آسیا شده به حدود 1/2 میکرومتر رسید. همچنین در نانوکامپوزیت‌های تولیدی افزایش مرزدانه‌های با CSL? پایین مشاهده شد که ممکن است به دلیل اثر متقابل بین مرزهای 3? که از قبل وجود داشته‌اند، از طریق مهاجرت مرزدانه در طی فرآیند تبلورمجدد باشد. میزان سختی و استحکام کششی با تشکیل نانو کامپوزیت افزایش یافت و در خصوص نانوکامپوزیت ایجاد شده با ذرات سه ساعت آسیا شده حدودا دو برابر و به بالاترین مقادیر (HV75، MPa159) رسید. نانوکامپوزیت‌ها رفتار شکست ترکیبی نرم و ترد از خود نشان دادند. مقاومت سایشی نیز همچون موارد ذکر شده افزایش نشان داد؛ بطوریکه مقدار کاهش وزن در نانوکامپوزیت ایجاد شده با ذرات سه ساعت آسیا شده پس از مسافت 1000 متر به یک هفتم میزان کاهش وزن فلزپایه تقلیل پیدا کرد. حضور نانوذرات در نانوکامپوزیت هیبریدی موجب تغییر بافت بلوری از بافت مشابه نوردی به Goss {011}<100>، P {011}<122> و R{124}<211> گردید.
- Abstract
- The present study in-situ Al/(Al13Fe4+Al2O3) hybrid nano-composite was fabricated using reactive friction stir processing (FSP) by the introduction of Fe2O3 powder and pre-milled Fe2O3+Al powder mixture into the stir zone of a rolled AA1050 aluminum alloy. In this regard, a threaded cylindrical tool at a rotation rate of 1400 rpm and travel speed of 40 mm/min was used. In order to stimulate the reaction and get uniform distribution of its products, four passes of FSP were performed with 100% overlapping without variation in rotation and traverse directions. Composite reinforcements were produced in-situ by the exothermic reaction of Al and Fe2O3 that initiated by hot working characteristics of FSP in the fine recrystallized aluminium matrix; nano-sized Al2O3 (?oc-shape particles along with the remnant of iron oxide particles) and Al13Fe4 intermetallic compound (elliptical shape). However, the existence of different iron oxides (intermediate phases) suggests that the reaction has not been completed due to the limited time of FSP. Addition of pre-milled powder mixture caused the formation of more products, finer and more refined aluminum grains along with a significant increase of high angle grain boundaries (HAGBs). In fact, elongated grains of wrought AA1050 aluminium alloy changed into equiaxed ones with a mean size of ~7.8 µm. Moreover, the addition of activated (3h-milled) powder mixture refined the matrix grain to a mean size of~ 2.1 µm. Furthermore, the fraction of low ?CSL boundaries increased in the fabricated nano-composites possibly due to the interaction of pre-existing ?3 boundaries through grain boundary migration during the restoration process. The hardness and tensile strength of the fabricated composites were markedly enhanced compared with those of the FSPed AA1050 aluminium alloy. The highest hardness and tensile strength (75HV and 159MPa) were achieved for the nano-composite produced using 3h-milled powder mixture. Non-composites showed a combination of ductile–brittle failure behavior upon tensile testing and also superior wear resistance; its weight loss after a distance of 1000m on pin-on disc test was found to be one-seventh of that of the as-received AA1050 aluminium substrate. Presence of nano-particles in the fabricated hybrid nano-composite changed the main recrystallization texture components to Goss {011}<100>, P {011}<122> and R{124}<211>. Keywords: Nano-composite; Friction stir processing; Aluminium alloy; Microstructure; Mechanical properties; In-situ solid state reactions.
