اثر تفجوشي بر سختي و ساختار آلياژهاي Cu-Zr توليدي به روش
آلياژسازي مكانيكي

منيره عظيمي1* و غلامحسين اكبري2
كارشناسي ارشد، گروه مهندسي متالورژي، عضو انجمن پژوهشگران جوان، دانشگاه شهيد باهنر كرمان
دانشيار، گروه مهندسي متالورژي، دانشگاه شهيد باهنر كرمان
*mnr2_azimi@yahoo.com

(تاريخ دريافت: 28/06/1389، تاريخ پذيرش: 24/08/1389)

چكيده
آلياژهاي پيرسخت شوندهي مس- زيركونيوم با استحكام و رسانايي بالا در قطعات رساناي الكتريكي- حرارتي نظير الكترودهاي جوش مقاومتي به كار ميروند. از اينرو در اين تحقيق ابتدا مخلوط پودرهاي خالص مس و زيركونيوم به منظور آلياژسازي، در سه تركيب 1، 3 و 6 درصد وزني از زيركونيوم و در 4 زمان مختلف آسياب شدند و بعد از فشردهسازي، در سه دماي 450، 600 و 750 درجه سانتيگراد و در مدت زمان نيم ساعت تفجوشي شدند. ريزسختيسنجي در نمونه هاي آسياب شده و سپس تفجوشي شده انجام گرديد و ريزساختار نمونهها با ميكروسكوپ نوري مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد، سختي نمونهها با زمان آسيابكاري رابطه صعودي دارد و فرآيندهاي بازيابي و تبلور مجدد در نمونههاي پرزيركونيوم و در نمونههاي آسيا ب شدهي پرساعت كندتر است كه ناشي از برهمكنش اتمهاي محلول زيركونيوم و احتمالاً رسوبات تشكيل شده غني از زيركونيوم با فرآيندهاي نرمكاري بوده است.

واژه هاي كليدي:
آلياژسازي مكانيكي، تفجوشي، زيركونيوم، سختي، مس.

1- مقدمه
با گسترش روزافزون صنايع الكتريكي نياز به مواد پيشرفته با رسانايي الكتريكي- حرارتي و استحكام بالا به وجود آمده است.
براي اين منظور فلز مس با قابليت رسانايي بالا و در دسترس بودن، مناسبترين انتخاب ميباشد. ولي مشكل استحكام پايين آن باعث شده است، تلاشهاي فراواني در راستاي ساخت آلياژهاي پراستحكام مس صورت گيرد كه در تمام آنها سعي شده است تركيب مناسبي از رسانايي و استحكام مكانيكي نسبتاً بالا حاصل گردد. از آنجايي كه استحكامدهي محلول جامد در اكثر موارد رسانايي الكتريكي را كاهش ميدهد، روشهاي استحكامدهي رسوب سختي و پراكنده سختي بيشتر در آلياژهاي مس گسترش يافتهاند. به طوري كه در اين آلياژها با افزايشاستحكام، رسانايي مس نسبتاً حفظ ميشود. رسوب سختي درسيستمهاي آلياژي رقيق و كممحلول مس نظير سيستمدوتاييCu-Cr [1 و 2]، Cu-Zr [3 و 4] و سيستم سهتايي Cu-Cr-Zr [1، 5، 6 و 7] خواص مطلوبتري از استحكام و رسانايي ايجاد ميكند. در اين ميان آلياژهاي رقيق و رسوب سخت Cu-Zr كه ويژگيهاي جالب توجهي را در دماي اتاق و دماهاي بالا نشان ميدهند، مورد توجه هستند [3]. در آلياژهاي Cu-Zr كه به روشهاي متداول متالورژيكي ساخته ميشوند، به دليل حلاليت پايين زيركونيوم در مس، درصد عنصر آلياژي در محلول جامد محدود است و به همين دليل درصد رسوبات حاصل از پيرسازي كم بوده و سطح استحكام آلياژ Cu-Zr چندان افزايش نمييابد. براي رفع اين مشكل، ساخت محلول جامد فوق اشباع شبه پايدار Cu-Zr و افزايش حلاليت زيركونيوم در مس با روشهاي انجماد سريع و متالورژي پودر انجام گرفته است [3، 4 و 8]. از ميان اين روشها، آلياژسازي مكانيكي ميتواند نسبت به انجماد سريع، محلول جامد غنيتر و همگنتري را در اثر برخوردهاي پرانرژي حين آسيابكاري ايجاد كند. از طرفي سهولت كار، انجام عمليات آلياژسازي در حالت جامد و امكان ساخت انواع مختلف مواد با اين روش، باعث گسترش روز به روز آلياژسازي مكانيكي شده است [9].
با تشكيل محلول جامد فوق اشباع و نانوساختار مس- زيركونيوم، كسر حجمي بالايي از رسوبات همدوس ميتوانند در پيرسازي محلول جامد تشكيل شوند. در عمليات حرارتي علاوه بر رسوبدهي، فرآيندهاي نرمكاري بازيابي و تبلور مجدد به طور همزمان اتفاق ميافتند و رقابت بين اين پديدهها، سختي و استحكام نهايي آلياژ را تعيين ميكند. ذكر اين نكته حائز اهميت است كه در سيستم مس- زيركونيوم، در محدوده وسيعي از تركيب شيميايي رسوبات مختلف غني از زيركونيوم تشكيل ميشوند [10] و با اندازه، مورفولوژي و ميزان همدوسي متفاوت، سطح استحكام حاصل را تغيير ميدهند.
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي/ سال چهارم / شـماره چهـارم
در تحقيق حاضر، پودرهاي نانوساختار Cu-Zr به روش آلياژسازي مكانيكي توليد شدند و سپس در دماهاي مختلف تحت تفجوشي قرار گرفتند. با توجه به اينكه سختي معيار مناسبي از خواص مكانيكي است، از اينرو استحكام آلياژهاي Cu-Zr بعد از آسيابكاري و تفجوشي با اندازهگيري سختي بررسي شده است. تغييرات ريزساختاري نيز بعد از عمليات حرارتي توأماً مورد مطالعه قرار گرفته است. انتظار ميرود پيرسازي محلول جامد فوق اشباع مس- زيركونيوم با ساختار نانوكريستالي، بتواند استحكام قابل قبولي جهت مصارف الكتريكي- حرارتي تأمين كند.

2- روش تحقيق
پودر مس الكتروليتي با خلوص بيش از 7/99 درصد وزني و پودر زيركونيوم با خلوص بيش از 97 درصد وزني به عنوان مواد اوليه استفاده شدند. آلياژسازي در يك آسياب گلوله سيارهاي پالوريسيته 6 با سرعت چرخش 250 دور در دقيقه و نسبت وزني گلوله به پودر 10:1 انجام شد. گلولههاي فولاد زنگنزن پركروم تمپر شده در دو قطر 1 و 2 سانتيمتر مورد استفاده قرار گرفتند. با انتخاب ابعاد متفاوت، گلولهها حركت تصادفي دارند [11] و انرژي بيشتري به پودر منتقل ميشود [12]. از طرفي ضخامت لايه سطحي پودر روي گلولهها به حداقل ميرسد و از ناهمگني پودرها جلوگيري ميشود [13]. پودرها قبل از آسيابكاري به مدت زمان نيم ساعت در آسياب بدون حضور گلولهها مخلوط شدند و در سه تركيب 1، 3 و 6 درصد وزني زيركونيوم در زمانهاي 4، 12، 48 و 96 ساعت آسيا ب شدند. تركيب شيميايي آلياژها با توجه به محدوده كريستالي گزارش شده در آسيابكاري آلياژهاي مس- زيركونيوم [9] انتخاب شد. از اتانول به عنوانPCA و به ميزان cc 1 استفاده شد و براي جلوگيري از افزايش دما به ازاي هر يك ساعت آسيابكاري وقفهاي 30 دقيقهاي اعمال گرديد. محفظه آسياب از جنس فولاد زنگنزن پركروم بود و به منظور اجتناب از اكسيداسيون پودرها طي آسيابكاري، تحت محافظت گاز آرگون قرار گرفت.
پودرهاي حاصل از آسيابكاري با دستگاه پرس سرد به شكل قرص به هم فشرده شدند و در يك كوره عمليات حرارتي تحت محافظت گاز آرگون تفجوشي شدند. با توجه به شرايط پيرسازي اين دسته از آلياژها، تفجوشي در سه دماي 450، 600 و 750 درجه سانتيگراد به مدت زمان نيم ساعت انجام گرفت.
نمونههاي حاصل از عمليات حرارتي تا سنباده 5000 آمادهسازي شدند و تست ريزسختي ويكرز با استاندارد ASTM E 384-89 توسط دستگاه ريزسختيسنج Struers مدلDuramin 20 انجام گرفت.
به منظور تهيه تصاوير نوري، نمونههاي آمادهسازي شده با خمير

T = 450
˚
C
الف

ب

T = 600
˚
C
T = 750
˚
C
ج

T = 450

˚

C

الف

ب

T = 600

˚

C

T = 750



قیمت: تومان


پاسخ دهید