Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati,Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hassan Abbasi
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Parinaz Salehikahrizsangi
پريناز صالحي کهريزسنگي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Determination of Formation Mechanism of Ti6Al4V/(Ti-B) Nanocomposite and Evaluation of it's Wearing Behavior
In the present study, synthesis and characterization of Ti6Al4V/Ti-B nanocomposite by mechanical alloying were investigated. For this purpose, the nanostructured Ti6Al4V matrix was obtained from elemental powders. The nanocomposite was then prepared by mechanical alloying of the Ti-Al-V-B powder mixture. Phase transformations, structural changes, morphological evaluations and hardness measurements of the samples were studied by means of x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and microhardness measurements. Heat treatment of the powder product was performed for 5 hr at 1100?C in order to study thermal behavior. Bulk nanostructured Ti6Al4V alloy and Ti6Al4V/20wt%TiB nanocomposite samples were produced through cold pressing and sintering at 1100?C for 2 and 4 hr respectively. Wear tests were performed on bulk samples at ambient temperature with wearing velocity of 0.03 m/s under the applied load of 80 N. In the absence of B, the nanostructured Ti6Al4V alloy was formed by gradual diffusion mechanism of Al and V atoms in Ti lattice to form Ti(Al, V) solid solution after 10 hr milling. Prolongation of milling process up to 20 h leads to stabilization of ? phase in the ? matrix. A nanostructured Ti6Al4V alloy (2vol.% ? + 98 vol.% ?) with grain size of about 20 nm and hardness of about 600 Hv is obtained after 20 hr milling, meanwhile the hardness of the commercial plate of Ti6Al4V alloy was about 450 Hv. Hardness of the heat treated powder increased to about 950 Hv equal to that of heat treated Ti6Al4V alloy plate in the same condition. On the contrary, hardness of the pure Ti ball milled for 20 hr with grain size of about 30 nm was about 500 Hv and increase to about 600 Hv after heat treatment. Differences in thermal stabilities of the nanostructured Ti6Al4V alloy and pure nanostructured Ti could be assigned to the favorable effects of alloying elements on hardness. The Ti6Al4V-20wt% TiB2 nanocomposite was in situ synthesized after 40 hr milling followed by 1 hr heat treatment of Ti-Al-V-B powder mixture at 1100?C. Albeit, 40 hr milling was previously observed to be enough for the formation of TiB2 reinforcement from Ti-1.67at%B powder mixture by gradual diffiusion mechanism. Based on TEM observations of the nanocomposite powder, the grain size of the matrix and reinforcements were about 15 nm and 20 nm respectively, close to what was calculated by Williamson-hall formula. In search of thermal behavior of the powder product, heat treatment was done at 1100?C for 5 hr. Hardness increased from about 900 Hv to about 1830 Hv. As predicted, all TiB2 diffraction peaks had been replaced by TiB diffraction peaks due to the insufficient thermal stabilities of TiB2 in Ti matrix. Hardness of the bulk samples were about 830 Hv and 1030 Hv for Ti6Al4V alloy and nanocomposite, respectively. Relative density of the bulk nanostructured alloy and nanocomposite was 99.7 and 111% respectively. The bulk nanocomposite and the commercial alloy were the least and the most abrasive respectively. Wear behavior of the bulk nanostructured alloy was inferior to that of nanocomposite due to the absence of TiB reinforcements. Keywords Ti6Al4V alloy, wear, heat treatment, solid solution, formation mechanism, nanostructure
چکيده در اين تحقيق، ساخت و مشخصه يابي نانوکامپوزيت Ti6Al4V/Ti-B به روش آلياژسازي مکانيکي بررسي شد. به اين منظور ابتدا زمينه نانوساختار با استفاده از آلياژسازي مکانيکي پودر عناصر اوليه ساخته شد. در ادامه براي ساخت نانوکامپوزيت مورد نظر از آسياب کاري پودر Ti-Al-V-B استفاده شد. مطالعات مربوط به تغييرات فاز، ساختار، مورفولوژي و سختي ذرات پودر به وسيله پراش پرتو ايکس(XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM)، آناليز عنصري(EDS)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) و ريز سختي سنجي انجام شد. به منظور بررسي رفتار حرارتي محصول پودري، عمليات حرارتي نمونه ها به مدت 5 ساعت در دماي 1100 درجه سانتيگراد انجام شد. در ادامه نمونه هاي بالک از زمينه نانوساختار و نانوکامپوزيت به روش پرس سرد و تفجوشي در دماي1100 درجه سانتيگراد تهيه و مشخصه يابي شد. آزمون سايش در دماي محيط و تحت بار 80 نيوتن بر روي سه نمونه آلياژ نانوساختار، نانوکامپوزيت و ورق Ti6Al4V صنعتي انجام شد. تشکيل آلياژ Ti6Al4V زمينه نانوساختار با نفوذ اتم هاي آلومينيم و واناديم در تيتانيم و تشکيل محلول جامد نيمه پايدار Ti(Al,V) پس از 10 ساعت آسياب کاري انجام شد. در اين راستا افزايش زمان آسياب کاري موجب پايداري فاز Ti-? در زمينه Ti-? گرديد. افزايش زمان آسياب کاري تا 20 ساعت موجب تشکيل آلياژ Ti6Al4V با اندازه دانه حدود 20 نانومتر و سختي حدود 600 ويکرز شد. اين در حالي است که سختي ورق Ti6Al4V صنعتي حدود 450 ويکرز مي باشد. سختي هر دو نمونه پس از 5 ساعت عمليات حرارتي در دماي 1100 درجه سانتيگراد تا حدود 950 ويکرز افزايش يافت. سختي تيتانيم خالص پس از 20 ساعت آسياب کاري با اندازه دانه حدود 30 نانومتر 500 ويکرز بدست آمد و پس از عمليات حرارتي در شرايط مشابه به حدود 600 ويکرز رسيد. نانوکامپوزيت Ti6Al4V-20wt%TiB 2 پس از 40 ساعت آلياژسازي مکانيکي مخلوط پودر Ti-Al-V-B به همراه 1 ساعت عمليات حرارتي در دماي 1100 درجه سانتيگراد به صورت درجا توليد شد و مکانيزم نفوذ تدريجي به عنوان مکانيزم حاکم بر تشکيل فازهاي زمينه و تقويت کننده تعيين شد. اندازه دانه فازهاي زمينه و تقويت کننده در پودر نانوکامپوزيت به کمک تصاوير TEM به ترتيب معادل 15 و 20 نانومتر تعيين شد که بر مقادير بدست آمده به روش ويليامسون- هال منطبق است. سختي نمونه بالک زمينه حدود 830 و سختي نمونه بالک نانوکامپوزيت حدود 1030 ويکرز بدست آمد. چگالي نسبي آلياژ Ti6Al4V نانوساختار و نانوکامپوزيت Ti6Al4V/(Ti-B) به ترتيب معادل 7/99 و 111 درصد بدست آمد. بهبود رفتار سايش نانوکامپوزيت در مقايسه با نمونه صنعتي به دليل حضور نانوذرات تقويت کننده درجا در زمينه نانوساختار است. کلمات کليدي آلياژ Ti6Al4V، سايش، عمليات حرارتي، محلول جامد، مکانيزم تشکيل، نانوساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی