23475

مطالعه پارامترهاي فرايند اصطكاكي اغتشاشي در توليد كامپوزيت‌هاي پايه تيتانيوم

كارشناسي ارشد

مكانيك ساخت و توليد

1397-99

1399/11/25

بهنام داودي

مكانيك

امروزه صنايع مختلف به دنبال موادي جديد با خواص بهبوديافته به‌عنوان جايگزيني مناسب براي مواد مرسوم مي‌باشند. كامپوزيت‌هاي پايه تيتانيومي به‌واسطه نسبت استحكام به وزن بسيار بالا، خواص مكانيكي بسيار خوب و همچنين كاربردهاي پزشكي به‌طور گسترده در صنايع مختلف به كار گرفته‌شده‌اند. در ميان بسياري از روش‌هاي ساخت كامپوزيت، فرآيند اصطكاكي اغتشاشي يك روش ساخت كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي با تقويت‌كننده‌هاي ذره‌اي مي‌باشد كه در مؤسسات صنعتي و تحقيقاتي مختلف مورد پژوهش قرار مي‌گيرد و روشي ساده، مساعد محيط‌زيست و قابل‌كنترل است كه براي بهبود خواص مكانيكي و خوردگي مواد به كار گرفته مي‌شود. هدف اين پژوهش توليد كامپوزيت سطحي با استفاده از روش اصطكاكي اغتشاشي و بررسي تغييرات ريزساختاري، مورفولوژي و خواص مكانيكي نمونه‌هاي توليدشده مي‌باشد. ازاين‌رو تأثير افزودن ذرات اكسيد روي (ZnO) در زمينه تيتانيوم گريد 5 (Ti-6Al-4V) و فرايند اصطكاكي اغتشاشي به‌صورت تفكيك شده مورد بررسي قرار گرفت. بررسي خواص ساختاري و سايشي تيتانيوم به‌صورت خاص مورد نظر بوده است. با استفاده از تغيير در پارامترها، سرعت خطي و دوراني مناسب به دست آمد. متالوگرافي، ريزساختار، پراكندگي ذرات و خواص مكانيكي كامپوزيت تهيه‌شده مورد‌‌ بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از بررسي ريزساختار، توزيع يكنواخت پودر در زمينه را نشان داد. دگرگوني تيتانيوم فاز α به فاز β در دماي بالاي فرآيند اتفاق افتاد و ذرات كروي β در زمينه سوزني شكل α به وجود آمد. طي استحاله‌هاي اتفاق افتاده تمامي ساختار به سمت β شكل‌گيري كرد. اضافه كردن پودر اكسيد روي باعث بهبود خواص مكانيكي از جمله سايش، ميكروسختي، استحكام و شكل‌گيري ساختار به سمت فازβ شد. به‌منظور بررسي خواص مكانيكي كامپوزيت به‌دست‌آمده آزمون‌هاي كشش، سايش، ميكروسختي انجام شد و با اجراي يك پاس فرايند اصطكاكي اغتشاشي بر تيتانيوم استحكام نهايي تيتانيوم تا 1000Mp افزايش يافت كه اين عدد افزايش 15 درصدي را نسبت به فلز پايه نشان داد. با انجام پاس دوم، استحكام نهايي تا 1100Mp افزايش پيدا كرد كه اين عدد بيانگر افزايش حدود 25 درصدي نسبت به فلز پايه را نشان داد. نتايج آزمون ميكروسختي بيانگر افزايش سختي نمونه از 295HV فلز پايه تا 392HV براي ناحيه كامپوزيت شده بود. بهبود خواص سايش ناشي از تأثير متقابل پودر اكسيد روي و فرايند اصطكاكي اغتشاشي نيز چشمگير بود به‌طوري‌كه افزايش معناداري نسبت به فلز پايه مشاهده شد.

1400/02/05

Study of friction stir process parameters in the production of titanium matrix composites

2/14/2022 12:00:00 AM

Various industries are looking for new materials with improved properties as a suitable alternative to conventional materials. Titanium-based composites have been widely used in various industries due to their high strength-to-weight ratio, excellent mechanical properties, and medical applications. Among the many composite fabrication methods, the frictional stir process is a method of fabricating metal-based composites with particle reinforcements studied in various industrial and research institutes. The environmentally friendly and controllable method is used to improve the mechanical properties and corrosion of materials. This research aims to produce a surface composite using the frictional method to investigate the produced samples' microstructural changes, morphology, and mechanical properties. Therefore, the effect of adding zinc oxide (ZnO) particles on titanium grade 5 (Ti-6Al-4V) and friction stir process was investigated separately. In particular, the structural and abrasive properties of titanium have been investigated. Optimal travers and rotational velocities were obtained using changes in parameters. Mechanical properties, microstructure, and particle dispersion of the prepared composite were investigated. The results of the microstructure study showed a uniform distribution of powder in the field. The α-to-β-titanium transition of titanium occurred at high process temperatures and β-spherical particles formed in the α-needle-shaped background. During the transformations that took place, the whole structure formed towards β. The addition of zinc oxide powder improved the mechanical properties such as abrasion, microhardness, strength, and structure formation towards the β phase. To evaluate the composite, tensile, abrasion, and microhardness tests were performed to evaluate the obtained mechanical properties of the composite. By performing a pass friction process on titanium and performing tensile and microhardness tests, the titanium's final strength was increased up to 1000Mp, which increased by 15% base. After the second pass, the final strength increased to 1100Mp, which indicates an increase of about 25% compared to the base metal. The microhardness test results showed an increase in the hardness of the sample from 295HV base metal to 392HV for the composite area. The improvement of wear properties due to the interaction of zinc oxide powder and stir friction was also significant, so a significant increase was observed compared to the base metal.

فرايند اصطكاكي اغتشاشي، تيتانيوم گريد 5، خواص مكانيكي، كامپوزيت سطحي

Friction Stir Process, Grade 5 titanium, Mechanical properties, Superficial composite