ساخت آلیاژهای نانوساختار al-fe-v-si با روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس داغ و ارزیابی خواص آنها

در بین آلیاژهای آلومینیم دما بالا، سیستم al-fe-v-si به دلیل خواص بسیار مطلوب در دمای محیط و دماهای بالا توجه زیادی را به خود معطوف نموده است. هدف از انجام این پژوهش تولید آلیاژهای نانوساختار al-8.5fe-1.3v-1.7si و al-11.7fe-1.3v-2.3si، که به ترتیب حاوی 27 و 37 درصد حجمی از رسوبات al12(fe,v)3si هستند، به روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم و بررسی خواص قطعات تولید شده از این آلیاژها است. بدین منظور در ابتدا پودر آلیاژهای al-fe-v-si با آسیاب کاری پودر عناصر سازنده تولید شد و تاثیر عملیات آنیل هم دما بر ریزساختار مخلوط پودری حاصل بررسی گردید. سپس پودر حاصل از آلیاژسازی مکانیکی با استفاده از فرایند پرس گرم در دمای 550 درجه سانتیگراد و فشار 300 مگاپاسکال به مدت 30 دقیقه متراکم گردید و خواص قطعات حاصل مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات فازی و ریزساختاری به وسیله آزمون های پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوریمورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی قطعات تولیدی توسط سختی سنجی و آزمون فشار دمای محیط و دمای بالا ارزیابی شد. پایداری حرارتی قطعات توسط اندازه گیری تغییرات سختی بر حسب دما و زمان آنیل مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی رفتار سایشی آلیاژهای تولیدی، آزمون سایش پین بر روی دیسک در دمای محیط و تحت بارهای اعمالی 2، 5 و 10 نیوتن بر روی قطعات تولید شده انجام شد و نتایج با نمونه تولید شده از پودر آلومینیم خالص نانوساختار مقایسه شد.سطوح سایش و محصولات سایشی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنج توزیع انرژی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودر عناصر آلیاژهای al-8.5fe-1.3v-1.7siو al-11.7fe-1.3v-2.3siبه مدت 60 ساعت منجر به تشکیل فاز جدیدی نمی شود و محصول آلیاژسازی مکانیکی این مخلوط های پودری محلول جامد آلومینیم نانوساختار با اندازه دانه به ترتیب 19 و 21 نانومتراست. عملیات حرارتی نمونه آسیاب کاری شده در محدوده دمایی 300 تا 550 درجه سانتیگراد نشان داد که در دمای 400 درجه سانتیگراد ترکیب بین فلزی al12(fe,v)3si شروع به رسوب گذاری کرده و در دمای 550 درجه سانتیگراد رسوب این ترکیب کامل می شود. در هیچکدام از دماهای عملیات حرارتی فازهای ناخواسته مشاهده نشدند.پرس گرم پودر آلیاژهایی که به مدت 60 ساعت آسیاب کاری شده اند،منجر به تولید نمونه های بالک با چگالی نسبی در حدود 97 درصد گردید. ریزساختار نمونه های بالک شامل رسوبات ترکیب بین فلزی al12(fe,v)3si در زمینه آلومینیم نانوساختار با اندازه دانه ای در حدود 50 نانومتر بودند. سختی آلیاژهای نانوساختار al-8.5fe-1.3v-1.7si و al-11.7fe-1.3v-2.3si پس از پرس گرم برابر 205 و 254 ویکرز بودند که به ترتیب 65 و 55 درصد بیشتر از آلیاژهای مشابه تولید شده توسط روش انجماد سریع می باشند. استحکام تسلیم فشاری این آلیاژها در دمای محیط نیز برابر 679 و 758 مگاپاسکال بدست آمد که به ترتیب 58 و 41 درصد بیشتر از مقادیر گزارش شده برای نمونه های تجاری این آلیاژها است. نتایج آزمون فشار دما بالا بر روی آلیاژهای تولیدی نشان داد که روند کاهش استحکام این آلیاژها با افزایش دما مشابه سایر آلیاژهای آلومینیم دما بالا و نتایج گزارش شده برای آزمون کشش دما بالای این آلیاژها است. بررسی پایداری حرارتی آلیاژal-11.7fe-1.3v-2.3si نشان داد که سختی آن پس از 36 ساعت قرارگیری در دمای 400 درجه سانتیگراد بدون تغییر باقی می ماند. همچنین، ترکیب بین فلزی al12(fe,v)3si پس از 36 ساعت آنیل در دمای 600 درجه سانتیگراد همچنان در زمینه آلومینیم پایدار می باشد. نتایج آزمون سایش بر روی نمونه ها نشان داد که در همه بارهای اعمالی با افزایش کسر حجمی رسوبات al12(fe,v)3si نرخ سایش کاهش می یابد. مکانیزم غالب سایش در مورد آلیاژهای نانوساختار al-8.5fe-1.3v-1.7si و al-11.7fe-1.3v-2.3si تشکیل لایه مخلوط شده مکانیکی بر سطح نمونه ها تعیین شد.