فهرست مطالب
مقدمه ۴
۱- جزئیات آزمایشات ۵
۲-۱ اکستروژن گرم ۷
۳-۲ تستهای مکانیکی ۷
۲- نتایج ۸
۳- نیتجه گیری (conclusio) 17
منابع و مراجع ۱۹
منابع و مراجع :
۱٫ P. R. Roberts, B. L. Ferguson, “Extrusion of Metal Powders” , International Materials Reviews, vol 36(No.2), 1991, p.62-79.
2. Metals Handbook, “Powder Metallurgy” , vol.7,515-518,1984
3. A. B. Pandey, R. S. Mishra, “Steady State Creep Behavior of an Al-Al2o3 Alloy” , Acta Mater, vol. 45,No.3pp. 1297-1306, 1997.
4. K. N. Ramakrishnan, H. B. Mcshane, T. Sheppard, “Mechanical
Properties of Extruded Rapidly Solidified Al-Fe-Cu” , INT. J.Powder
Metal, 31, (4), 325-326, 328-333, 1995.
5. Kyoung I1 Moon, Kyung Sub Lee, “Compressive deformation behavior
of nanocrystalline Al-5 at %Ti alloys prepared by reactive ball milling
in H2 and ultra high-pressure hot pressing” , Journal of Alloys and
Compounds 333, 249-259,2002.
6. M. Goncalves, “Production and Characterization of Al-Si- X alloy
obtained by power extrusion” , Metal. Mater. ABM51, (441), 432-434,
1995.
7. N. Kanetake, M. Ozaki, choh, “Degradation in Mechanical Properties
by Forging of Particle reinforced Aluminum Matrix composites” ,
Materials Science and Technology, 11, (4), 357-362, 1995.
8. Lijun Zu, Shoujing Luo, ” Study on the Powder Mixing and
Semi-Solid Extrusion Forming Process of Sic/2024 Al Composites” ,
Journal of Materials Processing Technology , 114, 189, 2001.
9. Ford, Clarence Edward, “Impored Extrusion Method and Apparatus for
Producing a bod from Powder Material”, European Patent Application, No
0545056 Al, 1993.
10. C. Adiga, K. Sadnanda, “Extrusion of Hard-Metal Powders”, PMAI Newsletter, 13, (1), 19-24, 1986.
11. HN. Yoshimura, et all, “Production and Characterization of Al/Sic
Metallic Matrix Composite Materials Obtained by Power Extrusion” Metal.
ABM, 48, (407), 406, 408, 412-417, 1992.
12.M. Hayakawa, et al, “Wear Characteristics of Ceramic Particles
disperded Aluminum Composites” , ۷۶th Conference of the Japan Institute
of Light Metals” Osaka, Japan, 10-12, May 1989.
13. D. Rialo, J. Zhou, J. Duszezyk, “The Tribological Characteristics
of The Al-20Si-3Cu-1Mg alloy Reinforced with Al2o3 Particles in
Relation to the Hardness of a Mating Steel”, Journal of Materials
Science, 35, 5497-5501, 2000.
14. Hsu- Shen Chu, et al, “Study of 6061- Al2o3 Composites Produced
by Reciprocating Extrusion”, Metallurgical and Materials Transactions A,
vol. 31A, 2587-2596, Oct.2000.
15. K. Akeehi, “Power Extrusion of Rapidly Solidified Alloy Power and
the Applications”, J. JPN. Soc. Powder Metal, 41, (8), 907-911, 1997.
16. M. Otsuki, et al, “Mechanical Properties of Powder Forged,
Rapidly Solidified Alumimum Alloy Parts”, MET. Powder REP, 46, (4),
30-32, 1991.
17. S. Komasu, et al, “Change Of Specific Resistance of
Aluminum-Based Power Extrusion Alloys on Aging”, ۷۶th Conference of the
Japan Institute of Light Metals, Osaka, Japan, 10-12, 1989.
18. Kwang-Min Lee, P.H. Shingu, “Solid State Reaction Between Powders
and Foils by Low-Energy ball Milling”, Journal of Alloys and Compounds,
241,153-159, 1996.
19. “Elevated Temperature Aluminum-Titanium Alloys by Powder Metallurgy”, by Us Patent No. 4. 834,942,2000,
20. J. Crofton, et al, “Finding the Opimum Al-Ti Alloy Composition
for use as an Ohmic Contact to p-type Sic”, Solid-State Electronics, 46,
109-113, 2002.
21. I. C. Barlow, et al, “Evolution of Microstructure and hardening,
and the role of Al-Ti Coarsening, During Extended Thermal Treatment in
Mechanically Alloyed Al-Ti-O Based Materials”. Acta Mater, 49,
1209-1224, 2001.
22. M. Palm, al, “Phases and Phase Equilibria in the Al-Rich Part of
the Al-Ti System Above 900°c, Intermetallics, 10, 523-540, 2002.
23. K. Uenishi, et al, “Wear and Oxidation Resistance of Al2o3
Particle Dispersed Al-Ti Composite with a Nanostructure Prepared by
Pulsed Electric Current Sintering of Mechanically Alloyed Powders”,
Intermetallics, 105-111, 2002.
24. Cooke CM, Kim. YW, “Microstructural Characterization of a gama
Titanium Aluminide Powder Extrusion,” Computer-Aided Microscopy and July
1989.
25. D.L. Zhang, D. Y. Ying, “ Formation of Fcc Titanium during
Heating High Energy ball Milled Al-Ti Powders”, Materials Letters, 52,
329-333, 2002.
26- Kyoung Il Moon,kyung Sub Lee,”A study of the microstructure of
nanocrystalline Al-Ti alloys synthesized” Journal of Alloys and
Compounds,291, (1991), 312-321.
27- H.G.F. Wilsdorf, in: Y.W. Kim, W. Griffith (Eds.), Dispersion Strengthened Aluminum Alloys, TMS, Warrendate, PA, 1988, p 3.
28- E.A. Starke, J.A. Wert, in: J. Hildenman, M.J. Koczak (Eds.),
High Strength Powder Metallurgy Aluminum Alloys 11, RMS-AIME, 1986, p 3.
29- S.H. Wang, P.W. Kao, C.P. Chang, Scr. Metall. Mater. 29 (1993) 323.
30- H. Gleiter, Nanostruct. Mater. 1 (1992) 1.
31- R.W. Siegel, Nanostruct. Mater. 1 (1993) 1.
32- H.J. Fecht, Nanostruct. Mater. 1 (1992) 125.
33- J.R. Groza, R.J. Doeding, Nanostruct. Mater. 7 (1996) 749.
34- K.1. Moon, K.S. Lee, J. Alloys Comp. 264 (1998) 258.
35- K.1. Moon, K.S. Lee, J. Kor. Inst. Met. Mater. 36 (1998) 909.
36- K.K. Nihara, A. Nakahira, T. Sekino, Nanophase and Nanocompo-Site
Materials, Materials Research Society Symposium Proceeding, Vol. 286,
MRS, 1993, p. 405.
37- Y.S. Lim, K.S. Lee, J. Kor. Inst. Met. Mater. 29 (1991) 749.
38- K.M. Lee, High Temperature Properties of Dispersion stengthened
Al-Ti alloys by Mechanical Alloying, PhD thesis, Hanyang Uni-versity,
Korea.
39- H. Ouyang, B. Fultz, H. Kuwano, in: R.D. Shull, J.M. Shanchez
(Eds.), Nanophases and Nanocystalline Structures, TMS, 1992, p. 95.
40- A. Lasalmonie, J.L. Strudel, J. Mater. Sci. 21 (1986) 1837.
41- T. Haubold, R. Bohn, R. Birringer, H. Gleiter, Mater. Sci. Eng. Al53 (1992) 676.
42- N. Wang. Z. Wang, K.T. Aust, U. Erb, Acta Metall. Mater. 43 (1995) 519.
43- M.E. Fine, in: Y.W. Kim, W. Griffith (Eds.), Dispersion Strengthened Aluminum Alloys, TMS, Warrendale, PA, 1988, p 3.
44- R.C. Benn, P.K. Mirchandani, A.S. Watwe (Eds), Modem Developments in P/M, Vol. Vol 21, MPIF, Princeton, NJ, 1988, p. 479.
45- V.Y. Gertsm, R. Birringer, Scr. Metall. Mater. 30 (1994) 577.
46- V. Amhold, K. Humaort, in: Y.W. Kim, W. Giffith (Eds.),
Dispersion Strengthened Aluminum Alloys, TMS, Warendale, PA, 1988, p3.
مقدمه :
آلیاژهای آلومینیوم
جزء مواد پرکاربرد درصنایع هوافضا و اتومبیل می باشند . زیرا این آلیاژها
دارای خواص خوبی مانند مقاومت به خوردگی ، شکل پذیری و خواص مکانیکی خوب
هستند ولی آلیاژهای آلومینیوم تجاری در دمای بالاتراز ۲۰۰-۳۰۰ºC بطورمحسوسی
استحکامشان را از دست می دهند و درکاربردهای ساختمانی ناپایدار و غیرقابل
استفاده می شوند که این دما به ترکیب و ساختار آلیاژ بستگی دارد . تحقیقات
گسترده در مورد کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم بواسطه استحکام دهی بالای
آنها در دمای ۶۰۰ºC توسعه پیدا کرده است .[۲۷]
آلیاژسازی مکانیکی (Mechanical Allay) MA آلیاژهای Al-Ti انتخاب خوبی
برای اکثر کاربردها هستند زیرا بعلت وجود ذرات ریز Al-Ti و اکسیدها و بیدها
مقاومت خوبی را در دماهای بالاتر از ۶۰۰ºC نشان می دهد . استحکام در
دمای بالا همراه با چگالی کم ، آلیاژهای Al-Ti را قابل رقابت با موادی
مانند تیتانیم و آلیاژهای پایه نیکل می کند . ولی انعطاف پذیری کم در دمای
اتاق باعث شده استفاده عمومی از آنها محدود شود [۲۸,۲۹] ساختار
نانوکریستال می تواند تنها دلیل افزایش همزمان سختی و انعطاف پذیری
(ductility) باشد .
برای افزایش انعطاف پذیری (duetility) به خوبی استحکام در دمای اتاق
برای آلیاژ Al-Ti ما می توانیم ار روش آلیاژسازی مکانیکی برای تهیه ساختار
نانوکریستال استفاده کنیم زیرا در این روش اندازه ذرات پودر درحد نانومتر
کاهش می یابد .
مواد نانوکریستال بعنوان یکی از پربهره ترین مواد در دهه اخیر مطرح شده
اند به سبب اینکه آنها خواص مفید و بالقوه ای برای کاربردهای مختلف دارند
که وابسته به اندازه بی نهایت ریزدانه ها است [۳۰,۳۲] و مواد بصورت پودر
زمانی می توانند یک ماده با ساختار نانوکریستال با سودهی مناسب را تولید
کنند . که سایز ذرات آنها در حد نانومتر باشد [۳۳] .
در آزمایشات گذشته [۳۴] پودر نانوکریستال آلیاژ Al-Ti بطور موفقیت آمیزی
بوسیله آسیاب گلوله ای واکنش دار(RBM) (Reactive ball Milling) در اتمسفر
هیدروژن ترکیب شده بود و یک نوع ساختار نانومتری که شامل Al با اندازه ای
درحد نانومتر و همچنین ذرات نانومتری TiH2 را به بوجود آورده بود . در
ابتدا آسیاب کردن ، TiH2 تشکیل شده و زمان تشکیل ساختار را ۱ تا ۳ ساعت
کمتر کرده است [۳۵].
۱- جزئیات آزمایشات
۱-۱ آسیاب گلوله ای واکنشی و مشخصات پودر آسیاب شده .
پودر آلومینیوم خالص (۹۹٫۵% , – ۳۲۵mesh خلوص) و تیتانیم (۹۹٫۹% , –
۳۲۵mesh خلوص) با ترکیب شیمیایی Al-5% at Ti باهم ترکیب می شوند . RBM یک
آسیاب گلوله ای بزرگ با انرژی زیاد است و دارای ظرفیت ۷٫۸۱ تحت اتمسفر
هیدروژن می باشد شرایط آسیاب کردن بوسیله اثری که بر روی ساختار
نانوکریستال آلیاژ Al-Ti دارد تعیین می شود [۸] زمان آسیاب کردن و سرعت
آسیاب کردن بترتیب ۳۰ ساعت و ۲۵۰ rpm می باشد وزن نهایی پودر ۲۰۰gr و نسبت
گلوله های آسیاب به پودر ۶۵:۱٫۲wt%? می باشد عامل کنترل کننده فرآیند
استریک اسید (CH3 (CH2)16 COOH) می باشد که اضافه می شود . قبل از شارژ
کردن محفظه آسیاب با گاز هیدروژن ، محفظه باید بوسیله Rotary Pump خلاء
بشود ( درحدود ۱۰-۳ torr ) . [36]
پودرهای آسیاب شده بعد از طی مرحله آسیاب به ۲۰۰ mesh می رسند بعد از
طی این مراحل آزمایشاتی بوسیله TEM , SEM , XRD بر روی پودر انجام شد و
مشاهده شد اندازه دانه ها که بوسیله TEM اندازه گیری شده بود با داده های
تئوری از XRD مطابقت داشت . دمای تجزیه TiH2 و تشکیل Al۳ Ti بوسیله
نمودار DSC در نرخ حرارت دهی ۱۰-۳k/s و درحضور اتمسفر آرگون محاسبه شدند .
بعد از عملیات حرارتی تغییرات ریزساختار و اندازه دانه با نتایج بدست آمده
از TEM , XRD اختلاف داشت . [۲۶]
(Con soli dation Temp) دمای ترکیب شدن : به دمای گفته می شود که در آن دما همه TiH2 تجزیه شده و Al3Ti تشکیل می شود . [۲۶]
۲-۱ اکستروژن گرم
پودرآسیاب شده را در الک -۲۰۰ mesh الک کرده و با اکستروژن گرم پودر را
مستحکم می کنند برای اکستروژن پودر از یک محفظه فلزی بنام can همانطور که
گفته شده استفاده شده بود . برای مستحکم کردن پودر از پرس سرد با فشاری
حدود ۹۸MPa درقوطی از جنس AL6063 و یا از جنس Cu می توان استفاده کرد . این
نمونه به عملیات حرارتی قبل از اکستروژن گرم نیاز دارد . قوطی آلومینیومی
در دمای ۴۵۰ºC یا ۵۰۰ºC به یک میله تبدیل می شود . البته بعداز عملیات
حرارتی درهمان دما و در حدود ۱ تا ۲ ساعت * سرقوطی را می توان بوسیله جوش
قوس آرگون ببندیم و آن را در دمای ۵۰۰ºC و بوسیله پمپ rotary بمدت ۱ تا ۳
ساعت مستحکم کنیم . نسبت اکستروژن ۲۵:۱ است و فشار اکستروژن ۱٫۵GPa ، قطر
قطعه اکسترود شده ۱۵nm است . [۲۶]
۳-۲ تستهای مکانیکی
سختی و ریزسختی وتست کشش بر روی قطعه اکسترود شده انجام شد . سختی
بوسیله دستگاه سختی سنج راکول (RockwellB) اندازه گیری شد . اندازه گیری
Vickers Micro Hardness با نیروی ۵۰۰gr و دستگاه Leitz انجام شد . نمونه
برای تست کشش از روی ا ستاندارد ASTM- E8M تهیه شده و طول gage آن ۲۰mm بود
با قطر سطح قطعه ۴mm که دردستگاه۲۰۰۰LBS SATECDLF20 تست شده . تست کش با
نرخ کرنش ۴٫۲ x10-4s-1 در دمای اتاق و دماهای بالاتر(۵۰۰ºC , 400ºC ,
300ºC) انجام شد . نتایج تست کشش این قطعه با آلیاژ Al-Ti که بوسیله
آلیاژسازی مکانیکی و در اتمسفر آرگون تهیه شده بود و سپس اکستروژن گرم شده
بود مقایسه می شود .
چگالی بوسیله قانون ارشمیدس اندازه گیری شد . ریزساختار قطعه اکسترود
شده و نمونه ای که تست کشش بروی آن انجام شده بود بوسیله TEM بررسی شد .
