بررسی ریزساختار و مقاومت به سایش کامپوزیت سطحی AZ31B/SiO2/graphite تولید شده به روش اصطکاکی اغتشاشی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

حسن عبداله پور ¹ , مهدی رضائیان دلوئی ² , محمد تجلی ³ , سیدمصطفی موسوی زاده نوقابی ⁴

1 - گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، ایران
2 - دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان، ایران
3 - گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مواد، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
4 - گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، مجتمع آموزش عالی گناباد، گناباد، ایران

تاريخ الإرسال : 19 السبت , شوال, 1440 تاريخ التأكيد : 01 السبت , محرم, 1441 تاريخ الإصدار : 24 الأربعاء , صفر, 1441

الکلمات المفتاحية: سیلیکا, گرافیت, فرایند اصطکاکی اغتشاشی, کامپوزیت سطحی هیبریدی,

ملخص المقالة :

کامپوزیت‌های هیبریدی پایه منیزیم به دلیل سبکی، استحکام ویژه بالا و داشتن خواص سایشی مطلوب در صنایع هوافضا و خودرو کاربرد گسترده­­ای دارند. در این پژوهش، با استفاده از روش اصطکاکی اغتشاشی،کامپوزیت هیبریدی حاوی مخلوط نانوذرات سیلیکا و گرافیت بر سطح آلیاژ منیزیم (AZ31B) تولید شد و اثر تعداد پاس بر ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش نمونه‌ها بررسی شد. بر طبق بررسی‌های ریزساختاری، پس از 4 پاس، ذرات توزیع مناسبی در ریزساختار داشته و به خوبی مانع رشد دانه شدند به طوری که متوسط اندازه دانه ساختار کامپوزیتی نسبت به آلیاژ منیزیم اولیه 80 درصد و نسبت به نمونه‌ای که بدون حضور ذرات تحت فرآیند اصطکاکی اغتشاشی قرار گرفته است، بیش از 50 درصد کاهش یافت. با کاهش اندازه دانه، سختی ساختار کامپوزیتی پس از 4 پاس نسبت به آلیاژ منیزیم اولیه بیش از 17 درصد و مقاومت به سایش آن بیش از 33 درصد افزایش یافت. نتایج نشان داد اثر کاهش اندازه دانه در افزایش سختی کامپوزیت بیش­تر از اثر پراکنده سختی و سایر مکانیزم­های استحکام­دهی است. همچنین با افزایش تعداد پاس، پراکندگی اعداد سختی و اندازه دانه در ناحیه هم‌زده کاهش یافت. بنابراین با افزایش تعداد پاس فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، ذرات توزیع شده و ریز ساختار همگن می‌شود.

المصادر:

 

[1] H.E. Friedrich, B.L. Mordike, Magnesium Technology: Metallurgy, Design Data, Automotive Applications, Springer, 2006.           

[2] م. امینی، ح. ثابت، ب. کاربخش راوری، "بررسی تاثیر مقادیر ذرات B₄C بر سختی و مقاومت به سایش کامپوزیت Al-SiC-B₄C ایجاد شده به روش GTAW بر آلیاژ AA332"، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، 8 (2018) 123-140.         

[3] H.Q. Sun, Y.N. Shi, M.X. Zhang, Wear behaviour of AZ91D magnesium alloy with a nanocrystalline surface layer, Surface and Coatings Technology, 202 (2008) 2859-2864.    

[4] C.J. Lee, J.C. Huang, P.J. Hsieh, Mg based nano-composites fabricated by friction stir processing, Scripta Materialia, 54 (2006) 1415-1420.      

[5] ف. زرقانی، س.م. موسوی زاده، غ. ابراهیمی، ح. عزت پور، "تاثیر زمان نگهداری و قطر شانه ابزار بر استحکام و رفتار شکست فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه‌ای زائده‌ای آلیاژآلومینیوم 2024"، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، 8 (2018) 13-30.

[6] D. Khayyamin, A. Mostafapour, R. Keshmiri, The effect of process parameters on microstructural characteristics of AZ91/SiO₂ composite fabricated by FSP, Materials Science and Engineering: A, 559 (2013) 217-221.         

[7] Y. Morisada, H. Fujii, T. Nagaoka, M. Fukusumi, Effect of friction stir processing with SiC particles on microstructure and hardness of AZ31, Materials Science and Engineering: A, 433 (2006) 50-54.  

[8] Z.Y. Ma, Friction Stir Processing Technology: A Review, Metallurgical and Materials Transactions A, 39 (2008) 642-658.

[9] ح. مسرور، ک. جانقربان، ح. دانش منش، بررسی ریزساختار و سختی کامپوزیت سطحی AA5086(H116)/ZrO₂ و کامپوزیت هیبریدی سطحی AA5086(H116)/ZrO₂/Gr ساخته شده توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، 6 (2016) 101-114.    

[10] R.S. Mishra, Z.Y. Ma, Friction stir welding and processing, Materials Science and Engineering: R: Reports, 50 (2005) 1-78.

[11] ا. ربیعی زاده، ا. افسری، م. محمدی، "تولید و بررسی خواص نانو کامپوزیت سطحی آلومینیوم/ نانولوله کربنی (Al-CNT) تولید شده با فرآیند اصطکاکی- اغتشاشی"، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، 1 (2010) 13-24.

[12] م. زاد علی، م. کوتیانی، خ. رنجبر، "تولید کامپوزیت درجای Al3003/Al₃Ti با استفاده از ذرات عنصری تیتانیم توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی"، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، 8 (2018) 57-70.          

[13] S. Sahraeinejad, H. Izadi, M. Haghshenas, A. Gerlich, Fabrication of metal matrix composites by friction stir processing with different particles and processing parameters, Materials Science and Engineering: A, 626 (2015) 505-51.

[14] I. Dinaharan, R. Nelson, S. Vijay, E.T. Akinlabi, Microstructure and wear characterization of aluminum matrix composites reinforced with industrial waste fly ash particulates synthesized by friction stir processing, Materials Characterization, 118 (2016) 149-158.

[15] E.R. Mahmoud, M. Takahashi, T. Shibayanagi, K. Ikeuchi, Wear characteristics of surface-hybrid-MMCs layer fabricated on aluminum plate by friction stir processing, Wear, 268 (2010) 1111-1121.

[16] H. Esmaily, A. Habibolahzade, M. Tajally, Parametric investigation of Al5456/BNi-2 composite properties fabricated by friction stir processing, Journal of Alloys and Compounds, 725 (2017) 1044-1054.  

[17] K. Sun, Q.Y. Shi, Y.J. Sun, G.Q. Chen, Microstructure and mechanical property of nano-SiCp reinforced high strength Mg bulk composites produced by friction stir processing, Materials Science and Engineering: A, 547 (2012) 32-37
.

[18] M. Habibnejad-Korayem, R. Mahmudi, H.M. Ghasemi, W.J. Poole, Tribological behavior of pure Mg and AZ31 magnesium alloy strengthened by Al₂O₃ nano-particles, Wear, 268 (2010) 405-412.

[19] H. Sarmadi, A.H. Kokabi, S.M. Seyed Reihani, Friction and wear performance of copper–graphite surface composites fabricated by friction stir processing (FSP), Wear, 304 (2013) 1-12.

[20] I. Dinaharan, R. Sathiskumar, N. Murugan, Effect of ceramic particulate type on microstructure and properties of copper matrix composites synthesized by friction stir processing, Journal of Materials Research and Technology, 5 (2016) 302-316.   

[21] A. Ghasemi-Kahrizsangi, S. Kashani-Bozorg, M. Moshref-Javadi, Effect of friction stir processing on the tribological performance of Steel/Al₂O₃ nanocomposites, Surface and Coatings Technology, 276 (2015) 507-515.    

[22] H. Farnoush, A.A. Bastami, A. Sadeghi, J.A. Mohandesi, F. Moztarzadeh, Tribological and corrosion behavior of friction stir processed Ti-CaP nanocomposites in simulated body fluid solution, Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 20 (2013) 90-97.        

[23] A. Shamsipur, S.F. Kashani-Bozorg, A. Zarei-Hanzaki, The effects of friction-stir process parameters on the fabrication of Ti/SiC nano-composite surface layer, Surface and Coatings Technology, 206 (2011) 1372-1381.  

[24] B. Li, Y. Shen, L. Luo, W. Hu, Fabrication of TiC_p/Ti–6Al–4V surface composite via friction stir processing (FSP): Process optimization, particle dispersion-refinement behavior and hardening mechanism, Materials Science and Engineering: A, 574 (2013) 75-85.

[25] G.L. You, N.J. Ho, P.W. Kao, In-situ formation of Al₂O₃ nanoparticles during friction stir processing of AlSiO₂ composite, Materials Characterization, 80 (2013) 1-8            .

[26] D. Ahmadkhaniha, M. Fedel, M. Heydarzadeh Sohi, A. Zarei Hanzaki, F. Deflorian, Corrosion behavior of magnesium and magnesium–hydroxyapatite composite fabricated by friction stir processing in Dulbecco’s phosphate buffered saline, Corrosion Science, 104 (2016) 319-329.

[27] Z.Y. Zhang, R. Yang, Y. Li, G. Chen, Y.T. Zhao, M.P. Liu, Microstructural evolution and mechanical properties of friction stir processed ZrB₂/6061Al nanocomposites, Journal of Alloys and Compounds, 762 (2018) 312-318.

[28] M. Azizieh, A.H. Kokabi, P. Abachi, Effect of rotational speed and probe profile on microstructure and hardness of AZ31/Al₂O₃ nanocomposites fabricated by friction stir processing, Materials & Design, 32 (2011) 2034-2041.     

[29] D. Lu, Y. Jiang, R. Zhou, Wear performance of nano-Al₂O₃ particles and CNTs reinforced magnesium matrix composites by friction stir processing, Wear, 305 (2013) 286-290.

[30] M.M. Jalilvand, Y. Mazaheri, A. Heidarpour, M. Roknian, Development of A356/Al₂O₃ + SiO₂ surface hybrid nanocomposite by friction stir processing, Surface and Coatings Technology, 360 (2019) 121-132.           

[31] H.S. Arora, H. Singh, B.K. Dhindaw, H.S. Grewal, Some investigations on friction stir processed zone of AZ91 alloy, Transactions of the Indian Institute of Metals, 65 (2012) 735-739.     

[32] N. Bhadouria, P. Kumar, L. Thakur, S. Dixit, N. Arora, A Study on Micro-hardness and Tribological Behaviour of Nano-WC–Co–Cr/Multi-walled Carbon Nanotubes Reinforced AZ91D Magnesium Matrix Surface Composites, Transactions of the Indian Institute of Metals, 70  (2017) 2477-2483.           

[33] I. Aatthisugan, A. Razal Rose, D. Selwyn Jebadurai, Mechanical and wear behaviour of AZ91D magnesium matrix hybrid composite reinforced with boron carbide and graphite, Journal of Magnesium and Alloys, 5 (2017) 20-25.

[34] M. Dadashpour, A. Mostafapour, R. Yeşildal, S. Rouhi, Effect of process parameter on mechanical properties and fracture behavior of AZ91C/SiO₂ composite fabricated by FSP, Materials Science and Engineering: A, 655 (2016) 379-387.

[35] G. Faraji, P. Asadi, Characterization of AZ91/alumina nanocomposite produced by FSP, Materials Science and Engineering: A, 528 (2011) 2431-2440.

[36] P. Asadi, G. Faraji, M.K. Besharati, Producing of AZ91/SiC composite by friction stir processing (FSP), The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 51 (2010) 247-260.

[37] F.J. Humphreys, M. Hatherly, Recrystallization and related annealing phenomena, Elsevier, 2012.    

[38] J.R. Davis, Surface engineering for corrosion and wear resistance, ASM international, 2001. 

[39] N. Chawla, K. Chawla, Metal-matrix composites in ground transportation, JoM, 58 (2006) 67-70.    

[40] A. Devaraju, A. Kumar, B. Kotiveerachari, Influence of addition of Grp/Al2O3_p with SiC_p on wear properties of aluminum alloy 6061-T6 hybrid composites via friction stir processing, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 23 (2013) 1275-1280.

[41] P.J. Blau, ASM Handbook: Friction, Lubrication, and Wear Technology. vol. 18, 1992.