19142

۱۹۱۴۲

توسعه و ساخت فوم فولادي به روش متالورژي پودر و بررسي مشخصات آن

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد

۱۳۹۴

۱۳۹۶/۱۲/۱۶

دكتر محمدرضا ابوطالبي - دكتر ماندانا عادلي

مواد و متالورژي

فوم‌هاي فلزي دسته‌اي از مواد متخلخل هستند كه به دليل خواص منحصربه‌فردي همچون نسبت استحكام به وزن بالاتر مورد انتظار، سفتي و جذب انرژي بيشتر در حين تغيير شكل از اهميت بالايي برخوردار هستند. اين ويژگي‌ها موجب استفاده فوم‌هاي فلزي در صنايع مختلفي همچون صنايع حمل‌ونقل، صنايع ساختماني و صنايع نظامي گشته است. فوم‌هاي فولادي به دليل استحكام و سفتي ويژه بيشتر، دماي ذوب بالاتر، هزينه كمتر مواد اوليه و سازگاري با سازه‌هاي فولادي داراي اهميت ويژه‌اي هستند. در تحقيق حاضر توليد فوم فولادي با استفاده از روش سنتز احتراقي خودپيش¬رونده(SHS)، مورد بررسي قرار گرفت. فرآيند سنتز احتراقي توسط گرمايش سريع نمونه تشكيل شده از مخلوط پودري Fe(C)، Ti, B و عامل فوم¬ساز، از يك سطح و ادامه¬ي واكنش توسط پيشروي جبهه¬ي احتراق در نمونه با استفاده از كوره القايي انجام شد. تاثير پارامترهايي مانند نوع پودر زمينه, درصد وزني تيتانيم و بور, درصد وزني و نوع عامل فوم-ساز بر ميزان تخلخل مورد بررسي قرار گرفت. تغييرات دماي نمونه با زمان ثبت شد. در اين بررسي پودر فولاد همراه با پودرهاي تيتانيم و بور با نسبت مولي 1:2 و درصدهاي مختلف وزني از ماده فوم¬ساز در قالب استوانه¬اي تحت پرس سرد تك¬محوه قرار گرفتند. نمونه¬هاي فشرده شده به دست آمده تحت اتمسفر گاز آرگون در كوره القايي تحت گرمايش با سرعت بالا قرار گرفتند. مشخصات نمونه¬هاي سنتز شده از نظر فازي و ريزساختاري توسط دستگاه ميكروسكوپ الكتروني مجهز به EDS و دستگاه XRD مورد ارزيابي قرار گرفت. درصد تخلخل محصولات به كمك روش ارشميدس و پراكندگي آن¬ها به وسيله آناليز تصويري نمونه¬ها بررسي شد. با انجام فرايند سنتز احتراقي در مخلوط پودري، فوم فولادي با درصد تخلخل 63% به دست آمد. در تمامي نمونه¬ها فاز تشكيل شده, فاز آهن به همراه ذرات سراميك دي¬بورايد آهن و تيتانيم دي¬بورايد بود. دماي احتراق از دماي محيط به دماي oC 1240 مي¬رسد. فوم حاصل داراي ساحتار حفره بسته است. براي بررسي مشخصات فوم ساخته شده, نمونه ها تحت آزمون فشار تك¬محوره قرار گرفتند و ميزان جذب انرژي آن¬ها بررسي شد. كلمات كليدي: فوم فلزي، فوم فولادي، سنتز احتراقي، عامل فوم¬ساز، پرس سرد، كوره القايي.

1397/04/03

Development and construction of steel foam using powder metallurgy and Investigation of characterization

6/24/2018 12:00:00 AM

Abstract Metal foam is a class of porous material with unique properties such as high strength to weight ratios, high stiffness and more energy absorption during deformation. These special properties may lead to a variety of applications such as transportation, construction and military industries. Steel foam is especially important due to its high strength and specific stiffness; lower cost of primary materials; higher melting temperature and compatibility with steel structures. In this study, production of steel foams by self-propagation high temperature synthesis(SHS) process was examined. The combustion synthesis process was carried out by rapid heating of the sample consisting of a Fe (C), Ti, B and foaming agent powder from a surface and the reaction was continued by leading edge of the combustion in the sample using induction furnace. The effect of parameters such as type of base powder, weight percent of titanium and boron powder, weight percent and type of foaming agent on porosity were investigated. Sample temperature changes with time were recorded. In this study, the steel powder with titanium and boron powders with a molar ratio of 1: 2 and various weight percentages of foaming agent were cold pressed in a circular cylinder. Compact samples were heated quickly under protective atmosphere in an induction furnaces. Product’s characterizations were analyzed by XRD and SEM. The porosities of the products and their dispersion were analyzed by Archimedes method and visual analysis respectively. Using a combustion synthesis process on powder mixture, steel foam with 63% porosity was obtained. In all of the samples, the formed phase was iron and titanium diboride phases. The combustion temperature varies from ambient temperature to 1240 oC. The resulting foam has closed cavities. In order to investigate the characteristics of the foam, the samples were subjected to a single-acting pressure test and their energy absorption was investigated. Keywords: Combustion synthesis, Cold press, porosity, the metal foam, the steel foam, Foaming agent. Iran University of Science and Technology School of Metallurgy and Materials Engineering Development and construction of steel foam using powder metallurgy and Investigation of characterization A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Science in Metallurgy and Materials Engineering By: Maryam kheirollahi Supervisor: Prof. M.R. Aboutalebi Dr. M. Adeli March 2018