پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد گرایش شناسایی و انتخاب مواد با عنوان :
تأثیر کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم بر خواص ساختاری و مکانیکی نانوهاردمتالهای کاربید تنگستن - کبالت
معرفی كاربید های سمانته
كاربیدهای سمانته گروهی از مواد با سختی و مقاومت سایشی بالا هستند كه از یك فاز كاربیدی سخت و یك بایندر فلزی نرم، تشكیل شده اند. فلزی كه به عنوان یك بایندر نرم انتخاب می شود، بایستی دارای ویژگیهای منحصر به فردی همچون؛ قدرت چسبندگی و خاصیت تر كنندگی بالا باشد. لذا در كاربیدهای سمانته، از بین فلزات نیكل، آهن و كبالت، كبالت بهترین گزینه می باشد. كاربید تنگستن – كبالت، از لحاظ تجاری یكی از قدیمی ترین محصولات متالوژی پودر می باشند. این كامپوزیت ها شامل ذره های كاربید تنگستن متصل شده با فلز كبالت از طریق تف جوشی فاز مایع اند. خواص این مواد تابع خواص اجزاء آن كه متشكل از كاربید سخت و شكننده و بایندر نرم است، می باشند.
كاربیدهای سمانته به علت سختی بالا و مقاومت سایشی مناسب، كاربردهای فراوانی در صنعت دارند كه ساخت ابزار برشی، از مهمترین آنها می باشد. ابزارهای برش باید قادر باشند در درجه حرارت بالا و گرادیان های دمایی شدید، شوك حرارتی و خستگی و سایش، مقاوم باشند. مواد مورداستفاده برای ساخت ابزارهای برش و قالب ها باید سختی بالا داشته باشند تا از سایش بالا جلوگیری كنند. چقرمگی مناسب داشته باشند تا در مقابل ضربات شدید وارد شده بر آنها مقاومت داشته باشند. استحكام داغ داشته باشند تا ارتعاشات بوجود آمده در طی فرآیند ماشین كاری را تحمل كنند.
سختی بالا، مقاومت به سایش عالی و چقرمگی مناسب كاربیدهای سمانته، امكان استفاده از آنها را در این ابزارها فراهم می كند. ابزارهای ماشین كاری یك صنعت دو میلیارد دلاری در سراسر جهان هستند و ركن اصلی عملیات ساخت برای فلزات، پلیمرها، مواد پیشرفته مانند بین فلزی ها و كامپوزیت ها می باشند. كاربید تنگستن (WC) به لحاظ سختی استثنایی و مقاومت به خوردگی بالا در بین كاربیدهای سمانته به خوبی شناخته شده است. گرچه كاربیدهای فلزی دیگر مانند TiC نیز در ابزارهای برش بكار می رود، ولی در حدود 95% همه ابزارهای برشكاری كاربید سمانته، از جنس كاربید تنگستن می باشند. در سال 1992، 60% تنگستن فلزی تولید شده برای ابزارهای برش، قالب ها و غیره به صورتWC مصرف شد. در حالی كه 25% به صورت فیلمان های لامپ، المان های گرمایی و محصولات پرسكاری مورد استفاده قرار گرفت و درصد باقیمانده در فولادها و سوپر آلیاژها، به صورت عنصر آلیاژی استفاده شد.
کلمات کلیدی:
شناسایی و انتخاب مواد
کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم
تنگستن
نانوهاردمتالهای کاربید
كاربیدهای سمانته
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
معرفی کاربیدهای تنگستن2
کشف کاربید تنگستن3
اهمیت استفاده از ذرات کاربیدهای سمانته در مقیاس نانومتر..............................................5
فصل
دوم: مروری برمنابع
2- 1خواص کاربیدهای تنگستن8
2-1-1 مطالعه بر سیستم کاربید تنگستن – کبالت.8
2-1-2 سختی و اندازه دانه کاربید تنگستن-
کبالت......10
2-1-3 چقرمگی شكست14
2-2- بررسی رشد دانه های کاربید تنگستن و ممانعت كننده های رشد16
2-2-1- بررسی رشد دانه های کاربید تنگستن16
2-2-2-بررسی تاثیر ممانعت كننده های رشد کاربید تنگستن – کبالت19
2-3- شكل دهی كاربید تنگستن...................32
2-3-1- روشهای تولید كاربید تنگستن.............33
فصل سوم: روش کار و تحقیق
3-1 مراحل کلی فرایندها و آزمایشات43
3-2- روشهای آزمایش43
3-2-1- تهیه مواد اولیه مورد نیاز43
3-2-2- بررسی كیفی و كمی مواد اولیه44
3-2-3- تهیه نانو پودر تنگستن- كبالت44
3-2-3-1- انتخاب تركیب.......................44
3-2-3-2- توزین مواد و آسیاب آنها.............45
3-2-3-3- خشك كردن47
3-2-4- تهیه قطعه خام خشته47
3-2-5- مرحله تف جوشی48
3-2-6- انجام تستهای فیزیكی- مكانیكی- ساختاری50
3-2-6-1- آزمایشهای فیزیكی...................50
3-2-6-1-1- تعیین تخلخل ظاهری..................50
3-2-6-1-2- تعیین چگالی........................51
3-2-6-1-3- تعیین درصد انقباض.................51
3-2-6-2- آزمایشهای مكانیكی..................54
3-2-6-2-1- تعیین سختی قطعه....................54
3-2-6-2-2- تعیین چقرمگی شكست.................55
3-2-6-3- تستهای ساختاری.....................57
3-2-6-3-1- آزمایش XRD.......................57
3-2-6-3-2- میكروسكوپ الكترونیSEM.............58
3-2-6-3-3- میكروسكوپ الكترونی TEM............59
3-2-7- كد كذاری نمونه ها.....................59
فصل چهارم نتایج:
4-1- نتایج بدست آمده از آسیاب پودر63
4-1-1- نتایج بدست آمده چگالی ظاهری پودر63
4-1-1-2- نتایج بدست آمده میكروسكوپ الكترونی
SEM.......................................64
4-1-3- نتایج بدست آمده از پراش پرتو ایكس...74
4-1-4- نتایج بدست آمده از میكروسكوپ الكترونی
TEM........................................78
4-2- نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر با افزودنی كاربید تانتالیوم...............................79
4-2-1- نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیكی..79
4-2-1-1- نتایج بدست آمده از چگالی خام نمونه ها.79
4-2-1-2- نتایج بدست آمده از چكالی حجمی پس از پخت
نمونه ها.....................................80
4-2-1-3- نتایج بدست آمده از تخلخل ظاهری نمونه ها81
4-2-2- نتایج بدست آمده از آزمایشهای مكانیكی.....82
4-2-2-1- نتایج بدست آمده از سختی نمونه ها.........82
4-2-2-2- نتایج بدست آمده از چقرمگی شكست نمونه ها.83
4-2-3- نتایج بررسیهای میكروسكوپی نمونه های تف جوشی شده حاوی كاربید تانتالیوم..........................87
4-3- نتایج بدست آمده از تف جوشی نمونه های كاربید تانتالیوم و كاربید وانادیم..........................96
4-3-1- نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیكی.....96
4-3-1-1- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی نمونه ها پس از پخت..................................96
4-3-1-2- نتایج بدست آمده از درصد انقباض و تخلخل ظاهری نمونه ها پس از پخت............................97
4-3-2- نتایج بدست آمده از انجام آزمایشهای مكانیكی97
4-3-2-1- نتایج بدست آمده از سختی نمونه ها.........97
4-3-2-2- نتایج بدست آمده از چقرمگی شكست.........98
فصل پنجم تحلیل نتایج:
5-1- تحلیل نتایج بدست آمده از تهیه نانو پودر....105
5-2- تحلیل نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر با افزودنی کاربید تانتالیوم.. 108
5-2-1- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش فیزیكی ..... 108
5-2-2- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش ساختاری....112
5-2-3- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش مكانیكی.......113
5-3- تحلیل نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر حاوی افزودنیهای توام TaC-VC)) و مقایسه آن با نمونه های حاوی TaC115
5-3-1- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیكی نمونه های حاوی TaC-VC)) و مقایسه آن با خواص فیزیكی نمونه های حاوی TaC......................................................115
5-3-2- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای ساختاری نمونه های حاوی TaC-VC)) و مقایسه آن با خواص فیزیكی نمونه های حاوی TaC......................................................117
5-3-3- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای مكانیكی نمونه های حاوی TaC-VC)) و مقایسه آن با خواص فیزیكی نمونه های حاوی TaC......................................................118
فصل ششم نتیجه گیری:
نتیجه گیری...........................................122
منابع و مأخذ
منابع فارسی140
منابع غیرفارسی141
چکیده انگلیسی144
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- انواع فازهای موجود در سیستم WC-Co8
جدول 2-2- مقایسه دمای یوتكتیك و میزان حلالیت كاربیدهای انتقالی..............................24
جدول 2-3- نتایج بدست آمده از خواص فیزیكی و مكانیكی هارد متال كاربید تنگستن
با درصدهای وزنی مختلف كبالت و ممانعت كننده های رشد...........................28
جدول 3-1- توزین مواد افزوده شده به آسیاب قبل و بعد از افزودنی.................................45
جدول 3-2- مشخصات گلوله های بكار رفته در نسبت وزنی 5-1.............................................46
جدول 3-3- مشخصات گلوله های بكار رفته در نسبت وزنی 15-1...........46
جدول 3-4- مشخصات گلوله های بكار رفته در نسبت وزنی 25-1...........................................46
جدول 3-5- مشخصات گلوله های بكار رفته در نسبت وزنی 35-1...........47
جدول 3-6- شناسایی كدهای بكار رفته در آزمایش.....60
جدول 4-1- نتایج بدست آمده از چگالی ظاهری پودر...63
جدول 4-2- نتایج بدست آمده از پودر آسیاب شده بدون ممانعت كننده با استفاده از میكروسكوپ SEM 73
جدول 4-3- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایكس در نسبت وزنی 5-1 75
جدول 4-4- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایكس در نسبت وزنی 15-1 75
جدول 4-5- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایكس در نسبت وزنی 25-1 75
جدول 4-6- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتوایكس در نسبت وزنی 35-1.......................... 76
جدول 4-7- نتایج استخراج شده از میكروسكوپ الكترونی
TEM......................................... 79
جدول 4-8- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی قطعات 80
جدول 4-9- نتایج بدست آمده از درصد انقباض انقباض و تخلخل نمونه ها پس از پخت 81
جدول 4-10- نتایج بدست آمده از آزمایش سختی چقرمگی شكست قطعات 82
جدول 4-11- نتایج مربوط به میانگین اندازه دانه های كاربید تنگستن در نمونه های حاوی كاربید تانتالیوم....95
جدول 4-12- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی نمونه ها 96
جدول 4-13- نتایج بدست آمده از درصدانقباض و تخلخل نمونه ها بعد از پخت ................................. 97
جدول 4-14 نتایج بدست آمده از آزمایش سختی و چقرمگی شكست نمونه ها 98
جدول 4-15- نتایج مربوط به تعیین اندازه دانه WCتوسط میكروسكوپ الكترونیSEM 103
پاورپوینت (اسلاید) مدیریت فشارهای روانی