بررسی تاثیر مقادیر ذرات B4C بر سختی و مقاومت به سایش کامپوزیت Al-SiC-B4C ایجاد شده به روش GTAW بر آلیاژ AA332

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

میلاد امینی ¹ , حامد ثابت ² , بنفشه کاربخش راوری ³

1 - دانشجوی کارشناسی ارشدمهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران
2 - دانشیار گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران
3 - استادیار گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران

تاریخ دریافت : 1396/02/30 تاریخ پذیرش : 1397/02/18 تاریخ انتشار : 1397/02/01

کلید واژه: مقاومت به سایش, کامپوزیت سطحی, B4C, GTAW,

چکیده مقاله :

در تحقیق حاضر کامپوزیت سطحی Al-SiC-B₄C با مقادیر مختلف B₄C بر روی سطح آلیاژ AA332 پیش نشت شد. نمونه­ها به وسیله فرآیند GTAW ذوب و کامپوزیت سازی سطحی شدند. بررسی­های ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ نوری (OM) و الکترونی روبشی (SEM) نشان دادند که فازهای تقویت کننده SiC و B₄C تمایل بالایی برای قرارگیری بر روی مرزدانه­ها و در مجاورت آن­ها دارند. نتایج نشان داد که با افزایش میزان B₄C میل به تشکیل Al₃B₄C و Al₄C₃ افزایش می­یابد. با افزایش میزان B₄C سختی لایه کامپوزیتی تا 182 ویکرز، بیش از دو برابر افزایش یافت. برخلاف سختی، مقاومت به سایش با افزایش میزان B₄C رفتار متفاوتی نشان داد. نتایج آزمون سایش پین بر روی دیسک نشان داد که وجود B₄C در هر صورت، منجر به کاهش نرخ سایش می گردد؛ اما پس از طی مسافت 1000 متر  با افزایش میزان B₄C نرخ سایش افزایش یافت. با بررسی سطوح فرسوده توسط SEM مشخص شد که مکانیزم سایشی با افزایش B₄C از چسبان به خراشان تغییر می­کند.        

چکیده انگلیسی:

One of the mechanisms of degradation of the wear parts is considered. In this study, Al-SiC-B₄C composite with B₄C various rate prepared on surface of AA332 alloy. For make surface composite, all the samples were surface melted. Microstructural investigation with optical and electron microscope shows, SiC and B₄C placed in proximity to the grain boundaries. Increasing of B₄C content is cause of increase tendency formation of Al₃B₄C and Al₄C₃ phases. Hardness of composite layer increase up to 182 HV has more than doubling the number. Unlike the hardness, wear resistance with increasing B₄C showed different behavior. The results of Pin on disk wear test showed that B₄C in each case leads to a decrease in the rate of wear. But after 1000 meters, the wear rate increased with increasing B₄C. Check of the worn surfaces by SEM showed that the wear mechanism from adhesion to abrasive with increasing B₄C changes.

منابع و مأخذ:

- ثابت. حامد.، 1387، " انتخاب مواد فلزی " ، نشر فنی امیر، کرج، صفحات 37-41.

2- Abouei. V., Saghafian. H., Shabestari. S. G., Zarghami. M., 2010, "Effect of Fe-rich Intermetallics on the Wear Behavior of Eutectic Al–Si Piston Alloy (LM13)", Materials and Design, Vol. 31, pp.3518–3524.

3- ASM Handbook, 1993, "Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials", American Society for Metals, Metals Park, OH, Vol. 2, 3^rd Printing.

4- Abouei. V., Shabestari. S. G., Saghafian. H., 2010, " Dry Sliding Wear Behaviour of Hypereutectic Al–Si Piston Alloys Containing Iron-rich Intermetallics", Mateial Characterization, Vol. 61 , pp.1089–1096.

5- استیری. آرش، حیدرزاده سهی. محمود، ثابت. حامد، " بررسی خواص سایشی لایه روکشی حاوی 25 سیلیسیوم روی آلیاژ LM13 توسط فرآیند سطح کاری اصطکاکی "، پانزدهمین کنفرانس ملی جوش و بازرسی و چهارمین کنفرانس ملی آزمایشهای غیر مخرب، دانشگاه شهید چمران اهواز، 9 و 10 دی ماه 1393.

6- استیری. آرش، حیدرزاده سهی. محمود، ثابت. حامد، " تاثیرسرعت خطی برضخامت وکیفیت اتصال لایه روکشی ایجاد شده روی آلومینیم LM13 توسط فرآیند سطح کاری اصطکاکی "، پانزدهمین کنفرانس ملی جوش و بازرسی و چهارمین کنفرانس ملی آزمایشهای غیر مخرب، دانشگاه شهید چمران اهواز، 9 و 10 دی ماه1393.

7- N. Saini, D.K. Dwivedi, P.K. Jain, H. Singh, " Surface Modification of Cast Al-17%Si Alloys Using Friction Stir Processing ", Procedia Engineering, Volume 100, 2015, Pages 1522-1531.

8- P. Wang, J.P. Li, Y.C. Guo, Z. Yang, J.L. Wang " Ceramic coating formation on high Si containing Al alloy by PEO process ", Surface Engineering, Vol. 32, 2016, pp. 428-434.

9 -اسحاقی. اکبر.، راثی زاده غنی. جعفز.، قاسمی منفرد راد. حمید رضا.، تقی آبادی. رضا.، 1388، " بررسی اثر عملیات حرارتی محلول سازی بر ریزساختار و خواص سایشی آلیاژ آلومینیوم 332 "، نشریه دانشکده فنی، دوره 43، شماره 2، 139-148.

10- Guoliang Hou, Yulong An, Xiaoqin Zhaoa, Huidi Zhou, Jianmin Che, Shuangjian Li, Xia Liua, Wen Deng, " Improving interfacial, mechanical and tribological properties of alumina coatings on Al alloy by plasma arc heat-treatment of substrate ", Applied Surface Science, Vol. 411, 2017, Pp. 53–66.

11-Li-ping Zhao, Zong-de Liu and Bin Li, " Microstructure and Properties of in-situ Synthesized Composite Coating by tungsten inert gas Cladding, " Advanced Materials Research Vol. 314-316, 2011, pp. 296-299.

12- Lotfi. Behnam., Rostami. Mehdi., Sadeghiab. Zohreh., " Effect of Silicon Content on Microstructure of Al−Si/SiCp Composite Layer Cladded on A380 Al Alloy by TIG welding process ", Transaction of Nonferrous Materials Society of China, Vol 24, 2014, pp. 2824−2830.

13- Wenbo. Tang., Conghui. Lu., Yanpeng. Li., , " Investigation on TiCP/Al Composite Coating by TIG Cladding, Applied Mechanics and Materials,  Vols. 490-491, 2014, pp 29-33.

14- ثابت. حامد.، 1392، " بازسازی قطعات تحت سایش به وسیله جوشکاری، کاوش جوش "، صفحات 1-10.

15- P.H. Chong, H.C. Man, T.M Yue, " Microstructure and wear properties of laser surface-cladded Mo-WC MMC on AA6061 aluminum alloy ", Surface and Coatings Technology, Vol. 145, 2001, pp. 51-59.

16- Jiang Xu, Yide Kan, Wenjin Liu, " In-Situ Synthetic TiB2 Particulate Reinforced Metal Matrix Composite Coating On AA2024 Aluminum Alloy by Laser Cladding Technology ", Surface Review and Letters, Vol. 12, No. 4, 2005,  pp. 561–567.

17- ASTM E82-16 " Standard Test Methods for Vickers Hardness and Knoop Hardness of Metallic Materials " ASTM, Feb 2016.

18- ASTM G99 – 17, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus.

19- ASM Handbook, Formerly Tenth Edition, Metals Handbook, Vol. 9, "Metallography and Microstructures", ©1990, by ASM International, 3rd Printing, November 1993.

20- یدلله تبار. حسین، ثقفیان. حسن، شبستری. سعید، " بررسی تاثیر ارتعاشات مکانیکی در حین انجماد بر خواص مکانیکی و ریز ساختار آلیاژ آلومینیوم"، نشریه بین المللی علوم مهندسی دانشگاه علم و صنعت ایران، ویژه نامه مهندسی مواد و متالورژی، جلد 19، شماره 5، 1387، 65-74.

18- M. Warmuzek, Metallographic Techniques for Aluminum and Its Alloys, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASM Handbook, ASM International, 2004, pp. 711–751.

21-T. Lienert, T. Siewert, S. Babu, and V. Acoff, " Fundamentals of Weld Solidification ", ASM Handbook, Volume 6A, Welding Fundamentals and Processes, 2011, pp. 69-114.

22- Sivachidambaram.P. and Balachandar. K, " Optimization of Pulsed Current TIG Welding Parameters on Al-SiC Metal Matrix Composite – An Empirical Approach ", Indian Journal of Science and Technology, Vol. 8, No. 23, 2015,  pp. 1-7.

23- Essam. R. I. Mahmoud  and Tash. Mahmoud. M., "  Characterization of Aluminum-Based-Surface Matrix Composites with Iron and Iron Oxide Fabricated by Friction Stir Processing ", Materials, Vol. 505, No. 9, 2016, pp. 1-13.

24- Tjong. S. C., " Novel Nanoparticle-Reinforced Metal Matrix Composites with Enhanced Mechanical Properties ", Advanced Engineering Materials, Vol. 9, No. 8, 2007, pp. 639-952.

25-حائریان اردکانی. علی.، ورنون. جان.، 1375، " آزمون مواد " ، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، 80-84.

26- D. A. Porter, " Phase Transformation in Metals and Alloy " Chapman & Hall,  1992, pp. 220-223.

27- Wang. Y., Wang. Y. T., Xu. G., Qin M. L., Liu. S. N., Jiang. R. S., Liu. Z. D., " Microhardness Homogeneity Analysis of Thick Amorphous Composite Coating Prepared by TIG Cladding ", Materials Research Innovations, Vol. 18, 2014, pp. 787-792.

28- Essam. R. I. Mahmoud., Makoto. Takahashi., Toshiya. Shibayanagi., and Kenji. Ikeuchi., " Fabrication of Surface-Hybrid-MMCs Layer on Aluminum Plate by Friction Stir Processing and Its Wear Characteristics ", Materials Transactions, Vol. 50, No. 7, 2009, pp. 1824 – 1831.

29- Sharifitabar. Mahmood., Vahdati Khaki. Jalil. and Haddad Sabzevar. Mohsen.," Fabrication of Fe–TiC–Al2O3 Composites on the Surface of Steel using a TiO2–Al–C–Fe Combustion Reaction Induced by Gas Tungsten Arc Cladding, " International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, Volume 23, Number 2, 2016, Pp. 193-204.

30- Fizam. Zainon1,  Khairel Rafezi. Ahmad., Ruslizam. Daud., "  Effect of Heat Treatment on Microstructure, Hardness and Wear of Aluminum Alloy 332 ", Applied Mechanics and Materials Vol. 786, 2015, pp. 18-22.

31- Jiang. Xu., Wenjin. Liu., Yide. Kan., Minlin. Zhong., " Microstructure and Wear Properties of Laser Cladding Ti–Al–Fe–B Coatings on AA2024 Aluminum Alloy ", Materials and Design, Vol. 27, 2006, pp. 405–410.

32- M. Haji Ghassemi, V. Abouei., M. Moshtaghi, M. Talafi Noghani, "  The Effect of Removing Worn Particles by Ultrasonic Cleaning on the Wear Characterization of LM13 Alloy ", Surface Engineering and Applied Electrochemistry,  Vol. 51, 2015, pp 382–388.

33- بهمنی. احسان، لری امینی. امین، هنردوست. علی رضا، شجری. یزدان، رضوی، سید حسین، " ایجاد لایه کامپوزیتی Fe-Fe₂O₃-Al₂O₃ به روش GTAW بر روی فولاد ساده کربنی "، پنجمین کنفرانس بین المللی مهندسی مواد و متالورژی imat، دانشگاه شیراز، آبان ماه 1395.

34- Wenqin. Wang., Tomiko. Yamaguchi., , Kazumasa. Nishio., " tructure of Iron-Based Cladding Layer on Al-Mg-Si Alloy Coated by a Resistance Seam Welding Method ", Msterials Transactions, Vol. 55, No. 11, 2014, pP. 1698-1706.