20427

۲۰۴۲۷

بررسي ريزساختاري و خواص مكانيكي نانوكامپوزيت Ti/CNT توليد شده توسط فرآيند همزني اصطكاكي (FSP)

كارشناسي ارشد

شناسايي مواد و انتخاب مواد فلزي

۱۳۹۷-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۱/۲۴

دكتر حسين سيدين - دكتر حميدرضا جعفريان

دكتر ايواني

مواد و متالورزي

در اين تحقيق با افزودن نانولوله‌ي كربن به زمينه تيتانيم خالص(گريد2)، كامپوزيت سطحي توسط فرآيند همزني اصطكاكي (FSP) ايجاد شد. در ابتدا با انجام آزمايشات سرعت خطي و چرخشي مناسب به دست آمد (w=30orpm-v=180mm/min). سپس با انجام تعداد پاس‌هاي مختلف فرآيند روي تيتانيم خالص بدون افزودن نانولوله كربن به بررسي تاثير اين متغير بر روي خواص مكانيكي و ريزساختار تيتانيم خالص پرداخته شد. ريزساختار در اين حالت با ميكروسكوپ نوري مورد بررسي قرار گرفت. بعد از انجام يك پاس فرآيند همزني اصطكاكي روي تيتانيم خالص و انجام آزمايشات كشش و ريزسختي، استحكام نهايي تيتانيم بعد از فرآيندFSP به حدودMPa450 رسيد؛ در حالي كه استحكام نهايي تيتانيم خالص حدود MPa390 بود. همچنين نتايج آزمايش ريز سختي نشان داد كه سختي ناحيه همزني در بهترين حالت يعني پاس دوم Hv225 شد، در حالي كه سختي تيتانيم خالص حدود Hv145بود. لازم به ذكراست كه انجام پاس بيشتر فرآيند تاثير محسوس بر افزايش خواص كششي و ريزسختي تيتانيم خالص نداشت. در ادامه با ايجاد شيار و افزودن پودر نانولوله‌هاي‌كربن با درصد حجمي ثابت 8/3% بر روي سطح ورق تيتانيم تاثير تعداد پاس‌هاي مختلف فرآيند همزني اصطكاكي مورد بررسي قرار گرفت. بررسي ريزساختار در اين حالت با استفاده از ميكروسكوپ نوري (OM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني(FE-SEM) انجام شد. نتايج حاصل از بررسي ريزساختار نشان داد كه، در حين انجام فرآيند همزني اصطكاكي به علت بالاتر بودن دما‌ي ‌فرآيند از دماي تغيير دگرگوني تيتانيم، تيتانيم α به تيتانيم β تبديل شد و در انتها پس از خنك شدن به تيتاتيم β+α تبديل شد. به عبارتي ذرات كروي β در زمينه سوزني شكلα به وجود آمد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي توزيع نانولوله‌هاي‌كربن در مزردانه طي انجام يك پاس فرآيند و شكسته شدن نانولوله‌هاي كربن در پاس بيشتر را نشان داد. نتايج آزمايشات كشش و ريزسختي حكايت از آن دارد كه استحكام نهايي و سختي نانوكامپوزيت‌هاي سطحي در پاس دوم افزايش چشمگيري داشت. به عبارت ديگر استحكام نهايي به MPa 512 و سختي در ناحيه همزني به Hv 270 رسيد. دليل اين افزايش چشمگير را مي‌توان تشكيل دوقلويي در ساختار تغيير شكل يافته‌ي تيتانيم دانست.

1398/02/15

A study on MicrostructurE and Mechanical Properties of Ti / CNT Nanocomposites Produced by Friction stir Processing (FSP)

5/5/2019 12:00:00 AM

In this study, by adding carbon nanotubes (CNTs) to pure titanium, surface nano-composites were created by friction stir processing (FSP). At first, optimum rotating speed and linear speed were obtained (w=30orpm-v=180mm/min) and then, by performing several different passes of the process on pure titanium without adding carbon nanotubes, the effect of these parameters on the mechanical properties and microstructure pure titanium was investigated. The microstructure was studied in this case with an optical microscope. After one pass of the friction stir processing on pure titanium and performing tensile and micro hardness tests, the ultimate tensile strength (UTS) of titanium after the FSP process reached about 450MPa; whereas the pure titanium ultimate tensile strength was about 390 MPa. The results of the micro hardness test showed that the hardness of the nugget region after two passes was about 225Hv, while the pure titanium hardness is about 145 Hv. It should be noted that doing more FSP pass processing didn’t have any tangible impact on the increase of tensile properties and micro hardness properties of pure titanium. Next by creating a groove and adding carbon nanotubes powder with a constant volume percent 3.8% on the surface of the titanium sheet, the effect of multiple passes of friction stir processing was investigated. A study on microstructural in this case was performed using Optical Microscope (OM) and Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM). The results of the microstructure study showed that During the friction stir processing, as the FSP process temperature is higher than the titanium transformation temperature, titanium α was converted to titanium β and finally, after cooling it got converted to titanium β + α. In other words the spherical particles β formed in the matrix of needle shape α. Field Emission Scanning Electron Microscopy images also showed a distribution of carbon nanotubes in the boundary after single-pass processing, and a breakdown of carbon nanotubes after more passes. The results of tensile and micro hardness tests indicated that the ultimate tensile strength (UTS) and hardness of surface composites increased significantly after two passes. In other words the ultimate tensile strength (UTS) and the hardness respectively reached up to 512Mpa and 270 Hv. This significant increase can be assumed as a result of twinning formation in the structure of the deformed titanium.