بررسي اثر متغيرهاي فرآيند عمليات حرارتي بر خواص مكانيكي و ريزساختار
Ni-40%Ti آلياژ

جلال ناصحي1، حميدرضا قاسمي منفردراد2، سيد محمدمهدي هادوي3
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشگاه تهران
دانشيار، دانشگاه تهران
دانشيار، دانشگاه صنعتي مالك اشتر
Jalal373@yahoo.com

چكيده
در تحقيق حاضر، تأثير عمليات حرارتي پيرسازي در زمانها و دماهاي مختلف بر سختي و ريزساختار نايتينول 60 ( آلياژ نيكل- تيتانيم با 60 درصد وزني نيكل) مورد بررسي قرار گرفته است. نمونه ها پس از كارگرم، در دماي 1100 درجه سانتي گراد به مدت 6 ساعت تحت عمليات آنيل انحلالي قرار گرفتهاند. سپس در دماهاي بين 400 تا 900 درجه سانتيگراد و بين 30 تا 480 دقيقه پير سازي شدهاند. نتايج اين بررسي نشان مي دهد كه با افزايش زمان پيرسازي در دماي ثابت تغيير محسوسي در سختي ن مونهها مشاهده نميشود. ولي در زمان ثابت، با افزايش دماي پيرسازي ابتدا سختي افت كرده و سپس رو بهافزايش ميگذارد. اين نتيجه در مورد تمامي زمانهاي پيرسازي صادق ميباشد. در دماي ثابت با افزايش زمان پيرسازي رسوبهاي ايجاد شده در ساختار درشت ميشوند. با افزايش دماي پيرسازي اندازه رسوبات ابتدا زياد شده و سپس كاهش مي يابد.

واژه هاي كليدي:
نايتينول 60، دماي پيرسازي، زمان پيرسازي، سختي.

1- مقدمه
نايتينول تركيب بين فلزي از نيكل و تيتانيم مي باشد كه داراي خواص منحصر بهفردي است. براي اولين بار در سال 1960 در آزمايشگاه نيروي دريايي آمريكا بهخواص منحصر بهفرد آن پي برده شد. بيشتر كاربردهاي نايتينول مربوط بهآلياژ نايتينول 55 است كه داراي 55 درصد وزني نيكل مي باشد و بهآلياژ هماتمي نيكل- تيتانيم معروف است. اين آلياژ داراي خواص منحصر به فردي همچون سوپرالاستيسيته و حافظه داري است[1].

نايتينول 60 يكي از آلياژهاي نيكل- تيتانيم با 60 درصد وزني نيكل مي باشد كه داراي خواص مفيدي است كه هنوز بهخوبي شناخته نشده است. براي مثال اين آلياژ را ميتوان تا صافي سطح (rms) يك ميكرواينچ ماشين كاري كرد. همچنين اين آلياژ را ميتوان تا مقادير بسيار بالاي سختي (62 راكول سي) سخت كرد.
از خواص ديگر آن ميتوان بهمقاومت سايشي و مقاومت خوردگي آن اشاره كرد[1].
در اين تحقيق تأثير پيرسازي بر ريزساختار و سختي آلياژ نايتينول 60 مورد بررسي قرار گرفته است و دما و زمان مناسب براي رسيدن بهحداقل و حداكثر سختي مورد مطالعه قرار گرفته است.

روش تحقيق
آلياژ نايتينول 60 با استفاده از نيكل و تيتانيم خالص ريختهگري شد. عمليات ذوب در كوره ذوب در خلأ (VIM) انجام گرفت.
از بوته گرافيتي و قالب مسي آبگرد براي ذوب و ريخته گري استفاده گرديد. شمش ريخته گري شده ابتدا تحت 30 درصد كارگرم در 1100 درجه سانتيگراد قرار گرفت. سپس عمليات آنيل انحلالي به مدت 6 ساعت در همين دما بر روي آن انجام پذيرفت. عمليات پيرسازي در محدوده دمايي 900-400 درجه سانتي گراد به مدت 10 تا 480 دقيقه بر روي نمونه ها اعمال گرديد. پس از عمليات آنيل انحلالي و پيرسازي، نمونهها در آب سريعاً سرد شدند. براي بررسي ريزساختاري نمونهها، تمامي نمونهها مانت گرم شده و تا مش 1200 سنباده زده شده و سپس پاليش گرديدند. براي حكاكي نمونهها از محلول حكاكي 3.2%HF, 14.6%HNO3 and 82.2%H2O استفاده شد[2]. سختي سنجي نمو نهها پس از پاليش كاري با استفاده از روش سختي سنجي راكولسي انجام گرفت. تمامي اعداد گزارش شده ميانگين حداقل سه بار سختي سنجي مي باشد. براي بررسي دقيقتر ريزساختار نمونه ها از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شد.

نتايج و بحث
3-1- ريزساختار
ريزساختار نمونه هاي پيرسازي شده در دماي 400 درجه سانتيگراد براي مدت زمان 30 و 480 دقيقه در شكل (1)، نشان داده شده است. در اين شكل ديده ميشود كه نهتنها در زمان هاي كم، بلكه در زمانهاي زياد (8 ساعت) هم هيچ رسوبي مشاهده نميشود.
ريزساختار نمونه هاي پيرسازي شده در 500 درجه سانتي گراد براي مدت زمان 30 و480 دقيقه در شكل (2)، نشان داده شده است. در زمان پيرسازي 30 دقيقه هيچ رسوبي مشاهده نمي شود. با افزايش بيشتر زمان پيرسازي تا 480 دقيقه رسوب هايي با اندازه كمتر از يك ميكرون در داخل و اطراف مرز دانه ها ديده مي شود. ريزساختار نمونه هاي پيرسازي شده در دماي 600 درجه سانتي گراد به مدت 30 و 210 دقيقه در شكل (3)، نشان داده شده است. همان طوركه در شكل ديده ميشود در اين دما نيز رسوبات بيشتر تمايل دارند در مرز دانه ها تشكيل شوند. البته پيرسازي به مدت 30 دقيقه هيچ رسوب قابل مشاهده اي نه در مرز دانه و نه در داخل دانه ايجاد نكرده است.
افزايش زمان تا 210 دقيقه باعث ايجاد رسوبات بزرگي در حد 6 ميكرون در مرز دانه شده است، در حاليكه هنوز در داخل دانه ها رسوبات كمتر از يك ميكرون مي باشند. در شكل (4)، ريزساختار نمونه هاي پيرسازي شده در دماي 700 درجه سانتي گراد مشاهده ميگردد. پيرسازي در اين دما باعث تشكيل رسوبات درشتي در حد 10 ميكرون، هم در داخل دانه و هم در مرز دانه شده است. در زمان هاي كم رسوب ها به صورت سوزني و در زمان هاي زياد كرميشكل و تقريباً بههم پيوسته هستند. در دماي پيرسازي 700 درجه سانتي گراد توزيع رسوبات در زمان 30 دقيقه بهصورت غيريكنواخت و در زمان 210 دقيقه كاملاً يكنواخت مي باشد.
در شكل (5)، ريزساختار نمونه هاي پيـر شده در دماي پيرسازي 800 درجه سانتي گراد مشاهده ميشود. دو نوع رسوب در ريزساختار قابل مشاهده است.
يك نوع از آنها رسوب بلوكيشكل و نسبتاً پيوسته در مرز دانه ها است. نوع ديگر به صورت سوزن هاي ريز و درشت بوده كه در داخل دانهها ايجاد شدهاست. اندازه اين رسوبات بين 1 تا 6 ميكرون مي باشند.
3-2- سختي
جدول (1)، نتايج آزمايش سختي سنجي نمونه هاي پيرسازي شده در دماها و زمان هاي مختلف را نشان ميدهد. همان طوركه در اين جدول ديده مي شود در دماي ثابت با افزايش زمان پيرسازي سختي چندان تغيير نمي كند. اين موضوع در تمام دماهاي پيرسازي صادق است. از اينرو در رديف آخر جدول، ميانگين سختيها در هر دما محاسبه شده است. در شكل (6)، منحني تغيي رات سخت ي ميانگين بر حسب دما ي پيرسازي رسم شده است.
با افزايش دماي پيرسازي تا 675 درجه سانتي گراد، سختي كاهش مي يابد. ولي با افزايش دما تا900 درجه سانتي گراد، سختي زياد مي شود. در شكل (7)، دياگرام تعادلي Ni-Ti نشان داده شده است. طرف غني از نيكل قسمت تـك فاز NiTi داراي خـط حد حلاليت مي باشد.
1047750-2427149

10
μ
m

30
قيقه
د

480
ق
دقي

ه

10
μ
m

10

μ

m

30

قيقه

د

480

ق

دقي



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید