نقش تقویت کننده ی برون جای B4C و درون جای TiC و TiBw در تحولات ساختاری آلیاژ مخلوط پودری Ti-10Mo
الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینمرجان رنجبری 1 , مازیار آزادبه 2 , عباس صباحی نمینی 3
1 - مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
2 - استاد، مهندسی مواد دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران
3 - دانشیار، مهندسی مواد دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
الکلمات المفتاحية: کاربید بور, کامپوزیت تیتانیم-مولیبدن, دی‌بوراید تیتانیم و کاربید تیتانیم, تفجوشی قوس پلاسما, تقویت کننده های درجا,
ملخص المقالة :
چکیده
مقدمه: درکامپوزیتهای زمینه تیتانیم - مولیبدن تقویت شده با ذرات کاربید بور که به روش تفجوشی پلاسمای جرقهای تولید میشوند، واکنش بین زمینه و ذرات تقویت کننده می تواند موجب شکلگیری ترکیب هیبریدی TiB + TiC شود. از طرفی ساختار کریستالی آلیاژهای تیتانیم – مولیبدن به شدت به مقدار مولیبدن اضافه شده وابسته بوده و با توجه به نتایج بدست آمده در پژوهش های قبلی مشخص شده است که برای دستیابی به توزیع یکنواختی از ساختار دوفازی آلفا + بتا و خواص مکانیکی بهینه، بایستی حداقل 10 درصد وزنی مولیبدن به تیتانیم افزوده شود. لذا هدف اصلی از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر افزودن 5/0 درصد وزنی کاربید بور به آلیاژ تیتانیم - مولیبدن در دمایهای تفجوشی مختلف بر میزان چگالش، بهبود حلالیت مولیبدن در تیتانیم (که موجب تحولات ساختاری به β و β+α می شود) و شکل گیری محصولات فازی با ترکیب هیبریدی مذکور است.
روش: به همین منظور، نمونه هایی با ترکیب Ti –10Mo- 0.5B4C در دماهای 1150، 1300 و 1450 درجه سانتیگراد برای مدت زمان 5 دقیقه و تحت فشار 50 مگاپاسکال به روش SPS تفجوشی شدند. تحولات ریزساختاری و خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های تولیدی بعنوان معیاری برای سنجش تاثیر افزایش دما در میزان تولید تقویت کننده های درجا و به تبع آن مقدار فاز بتای تولید شده در نتیجه ی ترغیب واکنش های گرمازای موضعی و تعیین مکانیزم، مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه براین برای دستیابی به نتایج دقیقتر، بررسی های کیفی همچون آنالیز فازی نمونه های تفجوشی شده انجام شد.
یافته ها: نتایج نشان داد که با ازدیاد دمای تفجوشی، چگالی افزایش یافته است. هم چنین انجام واکنش بین ذرات کاربید بور با زمینه نیز ترغیب شده و موجب پیدایش تقویت های درجای TiB و TiC شده است. ازطرفی استقرار نسبتا یکنواخت شان در زمینه دلیلی بر بهبود خواص مکانیکی میباشد. در این میان بایستی به تاثیر انحلال بیشتر مولیبدن و متعاقبا یکنواخت شدن بیشتر آن نیز اشاره کرد.
نتیجه گیری: افزایشی چگالی با دمای تفجوشی، از دلایل مهم بهبود خواص مکانیکی می باشد. با توجه به بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت ها، مشاهده شد که استحکام کشش نهایی (UTS) و همچنین ازدیاد طول نمونه های کامپوزیتی با افزایش دمای تف جوشی، افزایش یافت. افزایش دمای تف جوشی منجر به تراکم نسبی بالاتر و تولید فازهای درجای بیشتر گردید.
[1] ع. ص. نمینی, بررسی تاثیر تقویت کننده های بورایدی و کاربیدی بر خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های زمینه تولید شده به روش تف جوشی پلاسمای جرقه ای، رساله دکتری, تبریز: دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند, 1396.
[2] M. Donachie, Titanium a technical guide, ASM international, 2000.
[3] Ltjering, G. and J. Williams, Titanium, Engineering Materials and Processes, Springer Berlin, 2007.
[4] Leyens, C. and M. Peters, Titanium and titanium alloys: fundamentals and applications, John Wiley & Sons, 2003.
[5] Lütjering, G.J.M.S. and E. A, "Influence of processing on microstructure and mechanical properties of (α+β) titanium alloys," (1998).243(1-2), pp. 32-45.
[6] S.A. Delbari, A. Sabahi Namini, M. Shahedi Asl, "Hybrid Ti matrix composites with TiB2 and TiC compounds," Mat. Today.comm, 2019.
[7] D. Hill, Microstructure and mechanical properties of titanium alloys reinforced with titanium boride, The Ohio State University, 2006.
[8] Qian, M. and F.H. Froes, Titanium powder metallurgy, science, technology and applications, 2015.
[9] A. Sabahi Namini, S.A.A. Dilawary, A. Motallebzadeh, M.Shahedi Asl, "Effect of TiB2 addition on the elevated temperature tribological behavior of spark plasma sintered Ti matrix composite," Compos. Part B Eng (2019).172, p. 271–280.
[10] M.D. Hayat, H. Singh, Z. He, P. Cao, "Titanium metal matrix composites:an overview," Compos. Part A Appl. Sci. Manuf (2019).121, p. 418–438.
[11] E.L. Calvert, A.J. Knowles, J.J. Pope, D. Dye, M. Jackson, "Novel high strength titanium–titanium composites produced using field assisted sintering technology (FAST)," Scr. Mater. (2019).159, p. 51–57.
[12] X. Wang, L. Wang, F. Yang, L. Luo, H. Yan, X. Liu, X. Li, R.Chen, Y. Su, J. Guo, H. Fu, "Hydrogen induced microstructure evolution of titanium matrix composites," Int. J. Hydrogen Energy.2018. 43, p. 9838–9847.
[13] K. Shirvanimoghaddam, E. Ghasali, A. Pakseresht, S.M.R.Derakhshandeh, M. Alizadeh, T. Ebadzadeh, M. Naebe, "Super hard carbon microtubes derived from natural cotton for development of high performance titanium composites," J. Alloys Compd. (2019).775 , p. 601–616.
[14] T. Fujii, K. Tohgo, M. Iwao, Y. Shimamura, "Fabrication of alumina-titanium composites by spark plasma sintering and their mechanical properties," J. Alloys Compd 2018. 744, p. 759–768.
[15] Z. Fang, Sintering of advanced materials, Elsevier, 2010.
[16] Schumann, E.J, Advanced processes for titanium sintering, 2014.
[17] Zhang, Z.-H., et al, "The sintering mechanism in spark plasma sintering–proof of the occurrence of spark discharge," (2014). 81, pp. 56-59.
[18] A. Sabahi Namini ,M.Shahedi Asl, A.Delbari, "Influence of Sintering Temperature on Microstructure and Mechanical," Metals and Materials International (2019).
[19] Locci, A.M., et al, "Effect of ball milling on simultaneous spark plasma synthesis and densification of TiC–TiB2 composites," 2006. 434(1-2), pp. 23-29.
