14119

14119

بهبود مقاومت سايشي فولاد ابزار گرمكار 13 H به روش كامپوزيت سازي سطحي با ذرات كاربيد تيتانيوم با استفاده از ليزر

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

اسفند 1393

اسفند 1393

دكتر شهرام خيرانديش - دكتر حسن ثقفيان

مواد و متالورژي

چكيده نياز به سختي و مقاومت به سايش بالا در سطح¬هايي كه در تماس با محيط¬هاي ساينده و خورنده هستند، سبب شده است كه روش¬هاي مختلفي براي فرآوري سطوح به كار گرفته شود. فرآيند كامپوزيت سازي ليزري يكي از اين روش¬ها است. ذرات كاربيد تيتانيم (TiC) به دليل دارا بودن استحكام، سختي و پايداري الكتروشيميايي بالا، به عنوان ماده¬اي ايده¬آل جهت ساخت برخي از انواع كامپوزيت¬ها شناخته شده¬اند. در اين پژوهش، به منظور كامپوزيت سازي سطح فولاد ابزار گرمكار 13H، از ذرات TiC پيش¬نشاني شده و فرآيند كامپوزيت سازي ليزر پالسي استفاده شده است. سپس تاثير سرعت روبش، فاصله كاري و عرض پالس پرتو ليزر بر ريزساختار منطقه¬ي كامپوزيت شده و متاثر از حرارت بررسي شد. به منظور بهينه¬يابي متغيرهاي فرآيند ليزر، از روش طراحي آزمايش سطح پاسخ (RSM) استفاده شد كه سرعت روبش پرتو ليزر، فاصله پرتو ليزر از سطح نمونه و عرض پالس پرتو ليزر، به عنوان متغيرهاي طراحي آزمايش تعريف شدند. سطوح كامپوزيتي در سرعت¬هاي روبش 2، 7 و mm/s 12، عرض پالس¬هاي 6، 8 و ms 10 و فاصله¬هاي كاري 4، 5 و mm 6 روي سطح فولاد 13H اعمال شدند. مشخصه¬يابي سطوح كامپوزيتي به كمك آناليز پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيف¬نگاري تفكيك انرژي (EDX) صورت پذيرفت. سختي سطوح كامپوزيت شده و زيرلايه، با استفاده از يك دستگاه ريزسختي سنج اندازه¬گيري شد. براي مقايسه رفتار تريبولوژيكي سطوح كامپوزيت شده و زيرلايه، از آزمون پين روي ديسك استفاده شد. نتايج حاصل از مشخصه¬يابي نمونه¬هاي كامپوزيت شده، ايجاد منطقه¬اي كامپوزيتي بدون ترك و تخلخل، با مشاركت مناسب و توزيع يكنواخت ذرات TiC را نشان داد. شرايط بهينه متغير¬هاي فرآيند ليزر براي اعمال نمونه كامپوزيتي جهت بررسي رفتار تريبولوژيكي زماني است كه سرعت روبش mm/s 12، عرض پالس ms 96/9 و فاصله كاري mm 94/5 باشد كه در اين حالت مقدار ريزسختي سطح كامپوزيت شده 1606 ويكرز است. نتايج نشان داد كه با افزايش سرعت روبش، عرض پالس و فاصله كاري، از انحلال ذرات TiC در حوضچه مذاب كاسته شده و درنتيجه حضور ذرات TiC با مورفولوژي اوليه با سختي و استحكام بالا، از يك سو سبب كاهش ضريب اصطكاك و از سوي ديگر با جلوگيري از تغيير فرم پلاستيك و تشكيل ترك¬هاي سطحي، سبب بهبود مقاومت سايشي نمونه¬هاي كامپوزيتي نسبت به نمونه¬هاي شاهد شده¬اند. واژه¬هاي كليدي: كامپوزيت، ليزر، كاربيد تيتانيم، فولاد 13H، روش سطح پاسخ.