بررس ي خواص مكانيك ي كامپوزيتها ي زمينه فلز ي برنز ي تقويت شده با الياف بازالت مورد استفاده در صفحات اصطكاكي

محمد بابازاده آغ اسماعيلي1*، مازيار آزادبه2
مربي، گروه مكانيك دانشكده فني و حرفهاي تبريز، دانشگاه فني وحرفهاي كشور، ايران
دانشيار، دانشكده مهندسي مواد و متالورژي، دانشگاه صنعتي سهند، تبريز، ايران
mbabazadehagh@yahoo.com*
(تاريخ دريافت: 09/07/90، تاريخ پذيرش: 20/02/91)

چكيده
در اين پژوهش خواص مكانيك ي كامپوزيتها ي زمينه فلز ي برنز ي تقويت شده با الياف بازالت مورد بررس ي قرار گرفـت . الياف بازالت حساس شده جهت تقويت زمينه برنز ي به طريق متـالورژي پـودر مـورد اسـتفاده قـرار گرفـت . بـدين منظـور درصدها ي حجم ي مختلف ي از الياف بازالت با دانهبند ي مشخص به پودر برنز پيش آلياژ شده اضافه گرديده و درون قالـبتحت تنش 400 مگا پاسكال متراكم شدند. نمونهها در دماي 850 درجه سانتيگـراد در محـيط احيـايي (2H2- % 25N) بـ ه مدت 30 دقيقه سينتر شدند. نمونهها ي كشش و سايش تهيه شـده از تركيبـات فـوق تحـت آزمـون كشـش و سـايش قـرار گرفتند. نتايج حاك ي از افـزايش اسـتحكام و كـاهش ضـريب اصـطكاك در نمونـههـا ي حـاو ي ال يـاف مـذكور نسـبت بـه نمونهها ي بدون اين الياف ميباشد. همچنين بهترين خواص كشش ي و سايش ي در نمونهها ي حاوي 9% ال يـاف بازالـت قابـل مشاهده است. همچنين سطح شكست نمونه كشش توسط ميكروسكوپ الكترون ي مورد بررس ي قرارگرفت.

واژههاي كليدي:
كامپوزيت، مواد اصطكاكي، بازالت، متالورژي پودر، ضريب اصطكاك

1– مقدمه
مواد پايه آزبستي معمولاً به عنوان مواد اصطكاك ي در اجـزا ي بـه كار رفته در كلاچ و ترمز اتومبيلها مورد استفاده قرار مـيگيـرد .
اين مواد به دليل خطرات زيست محيطي و از دست دادن خواص مكانيكيخود به خصوص در شرايط كار ي سخت، كارايي خـود را بهتدريج از دست ميدهد. بنابر اين بـرا ي كـاربرد هـا ي خـاص مادها ي با رسانا يي و مقاومـت گرمـا يي بـالا مـورد ن يـاز اسـت . در سالهاي اخيرمواد اصطكاكي سـينتر شـده زمينـه فلـز ي بـه دل يـل رسانا يي و مقاومت گرما يي بالا، خـواص تري بولـوژيكي خـوب و قابليت كاربرد در شرايط خاص، مورد توجه واقـع شـدند [1-2].
اين مواد كه اغلب زمينه آنها را آهن يا مس تشـكيل مـيدهـد و برخــي روان كــارهــا و ذرات ســاينده بــرا ي اصــلاح خــواص اص طكاك ي ب ه آنه ا اف زوده م يش ود، در اج زاء ترم ز ب راي كاربرد هـاي خـاص مـورد اسـتفاده واقـع مـيشـوند [3-4]. مـواد اصطكاك ي پايه مس اولين مواد اصطكاك ي بودند كـه در صـنعت گسترش يافتند. در ابتدا از آلياژ مس ـ قلع به عنـوان زمي نـه فلـز ي اس تفاده ش ده، ك ه بع داً ب را ي اص لاح خ واص اص طكاك ي ب ه خصوص در شرايط كاربرديتر فلـز روي بـه آن اضـافه گرد يـد. افزايش فلز روي باعـث بـالا رفـتن ضـريب اصـطكاك و قابل يـت جذب انرژ ي در آلياژ مس ـ قلع ميگردد [5].
عليرغم اين تغيير در تركيب شيميايي، مواد فوق دارا ي استحكام فوق العادهاي نبوده و به هنگام ترمز گيـري بـه علـت پـايين بـودن
اس تحكام آنه ا و وارد آم دن ض ربه ناگه ان ي دچ ار شكس ت ميگردند [6]. برا ي بهبود و گسترش اين مواد (مواد اصـطكاكي) سه مشكل عمدهي نحوه انتخاب مواد اوليه ، نوع و واكـنشهـا ي موجود بين اجزا ي كامپوزيت ي عنـ ي اي نكـه زمي نـه بـا فـاز تقو يـت كننــده تــا چــه انــدازه كوهرنــت باشــد و نهايتــا بهينــه نمــودن فرمولاسيون كامپوزيت يا ماده اصطكاكي وجود دارد [7].
انتخاب اجزاء تركيب، اندازهي دانهها، شكل دانهها، م يـزان فشـار تراكم، دما و زمان سينترينگ در فرايندهاي سـاخت و نـوع مـواد مورد استفاده در ساخت مواد اصطكاك ي در تحقيقات قبل ي مورد بررس ي قرار گرفته است [1،3،4].
مواد اصطكاك ي تقويت شده به توسط الياف سـراميك ي و كربنـي در سالها ي اخير مورد بررس ي قرار گرفته است كه در ا يـن م يـان الياف كربن ي سهم بيشتري را به خود اختصاص دادهاند [8-10].
از آنجائي كه الياف كربن ي به لحاظ قيمت گران بوده، لذا در اين پژوهش تاثير الياف بازالت به عنوان جايگزين برا ي الياف كربنـ ي رو ي خواص مواد اصطكاك ي مورد بررس ي قرار گرفت.

2- مواد و روش تحقيق
در اين تحقيق از مواد اوليه پودرهاي مس، روي، قلع اتميزه آبـي و الياف بازالت استفاده گرديده است. در كليه آزمايشها، شـكلو اندارة متوسط ذرات مطابق جدول (1) بوده است.
جدول (1): شكل و ابعاد ذرات
محدودة ابعاد (ميكرون) شكل پودر نام پودر رديف
1-60 نامنظم مس 1
1-60 نامنظم روي 2
1-43 نا منظم قلع 3
1-10 ميله اي بازالت 4

بع د از انتخ اب تركي ب ش يميايي مش خص، مط ابق ج دول (2) پودرهاي مورد نياز را درون مخلوط كن معمـولي كـه دو انتهـايآن مخروطي است ريخته و عمـل مخلـوط كـردن انجـام شـد. بـاتوجه به اختلاف وزن مخصوص پودرهاي فلزي، پودرهـا تمايـلبه جدايش دارند. بـراي جلـوگيري از وقـوع ايـن امـر از سـرعتدوران پايين يعني 30 دور در دقيقه استفاده شد.
جدول (2): تركيب شيميايي پودرهاي مورد استفاده
./. Vol Basalt Fiber ./.Zn ./.Sn ./.Cu رديف
0 4 6 90 1
3 4 6 90 2
6 4 6 90 3
9 4 6 90 4
12 4 6 90 5

پودرهاي آمـاده شـده بـا تركيـب شـيميايي مختلـف درون قالـب نمونه كشش مطابق بـا اسـتانداردASTM B925-08 بـا مـاتريسمتحرك كه روي يك پـرس 50 تنـي نصـب شـده بـود، متـراكمشدند. علت استفاده از قالب با ماتريس متحرك اطمينان از تراكم يكنواخت و دوطرفه پودر در درون قالب ميباشد. تـنش اعمـاليب ه م واد پ ودري ب راي ت راكم 400 مگاپاس كال ب ود. بع د از آن تع دادي نمون هي ديس ك، درون قال ب تح ت ت نش 400 مگ ا
پاســكال متــراكم گرديدنــد. نمونــههــا در دمــاي 850 درجــه سانتيگراد درمحيط احيايي (H2- % 25N2) به مـدت 30 دقيقـهسينتر شدند.
در ابت دا س اختار ميكروس كوپي نمون ه ه ا توس ط ميكروس كوپ نوري مورد بررسي قرار گرفت. شكل (1) ساختار ميكروسكوپي يكي از نمونهها را نشان ميدهد. همچنين ابتدا بر روي نمونههـايسايش آزمون سختي سنجي به روش ويكرز انجام شد. مقدار بـاراعمالي 10كيلوگرم و عدد سختي ميـانگين 6 بـار سـختي سـنجيانجام يافته روي هر نمونه ميباشد.
همچنين آزمون كشش نيز روي كامپوزيتها انجام شـد . سـرعتكرنش mm/sec 2/0 بود.
در ادامه آزمايشات، نمونه هاي ديسك سينتر شده تحت آزمـايشپ ين و ديس ك مط ابق ب ا اس تانداردASTM B460 در ش رايط سايش لغزشي قرار گرفتند. جنس ديسك از مـواد اصـطكاكي بـادرصدهاي مختلف الياف بازالت و جنس پين از فولاد ابزار سـردكار سخت كـاري شـده بـه قطـرmm 3 بـا سـختي 60 راكـولC انتخاب شد. ميزان بار اعمالي 4 و 9 نيوتن و سرعت خطـي نيـز از20 تا cm/s 40 متغير بود. سرعت سايش به صورت حجم سائيده شده بر حسب مسافت سايش تعريف شـده و در مراحـل مختلـفسايش تعيين شد.
همچنين ضريب اصطكاك براي نمونههاي مختلف انـدازه گيـريو تغييرات آن بهصورت تـابعي از درصـد حجمـي اليـاف بازالـتنشان داده شده است. هـم چنـين جهـت بررسـي سـطوح شكسـتآزمون كشش ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده گرديد.

3- نتايج و بحث
شكل (1) ساختار ميكروسكوپي برنز حاوي الياف بازالت را نشان ميدهد. ساختار نمايانگر توزيـع همگـن اليـاف بازالـت در زمينـهفلزي است. شكل (2) تغييرات سختي را بـراي كامپوزيـتهـا بـرحسب درصد حجمي الياف بازالت نشان ميدهد. چنانچه مشاهده ميشود مقدار سختي از 67 ويكرز تا 138 ويكرز متغير ميباشد.
بيشترين مقدار سختي مربوط بـه كـامپوزيتي اسـت كـه داراي 9% حجمي الياف بازالت ميباشد و اين نمونه نسبت بـه نمونـه اليـافبازالت داراي سختي حدود HBN 108 برابر ميباشد.

بررس ي خواص مكانيك ي كامپوزيتها ي زمينه فلز ي برنز ي تقويت شده با الياف بازالت مورد استفاده در صفحات اصطكاكي 13
29870499486

شكل (1): ساختار ميكروسكوپي كامپوزيت برنز و الياف بازالت

0
40
80
120
160
0
3
6
9
12
15
./. VOL Basalt Fiber
Hardness (HV)

0

40

80

120

160

0

3

6

9

12

15

./. VOL Basalt Fiber

Hardness (HV)



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید