پیش‌بینی ترمودینامیکی تشکیل درجای ترکیبات آلومینایدی Al3Ti, Al3Zr بر اساس مدل تغییرات انرژی آزاد گیبس موثر ("G" "e∆" ) در فرآیند اصطکاکی اغتشاشی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 1، دوره 31، شماره 2 - شماره پیاپی 22، مهر 1399، صفحه 1-14   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v31i2.68080

نویسندگان

مجتبی زادعلی محمدکوتیانی^* ؛ خلیل رنجبر

دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

در این پژوهش، کامپوزیت‌های سطحی درجای زمینه آلومینیمی تقویت‌شده با ذرات آلومینایدی  و  توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) تولید شد. برای این کار از آلیاژ کارشده AA 3003-H14 به‌عنوان زمینه و نسبت مساوی از پودر فلزی زیرکنیم و تیتانیم به‌عنوان تقویت‌کننده استفاده گردید. برای توزیع بهتر ذرات تقویت‌کننده شش پاس فرآیند اعمال گردید. جهت بررسی ریزساختاری نمونه‌ها از روش میکروسکوپی الکترونی (SEM) و برای آنالیز فازی از تفرق اشعه ایکس (XRD) بهره گرفته شد. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که به‌دلیل واکنش‌های شیمیایی حالت جامد ترکیبات آلومینایدی  و  در فصل مشترک ذرات زیرکنیم و تیتانیم با زمینه آلومینیم تشکیل می‌شود. تشکیل ترکیبات آلومینایدی در مدت زمان کم‌تر از 40 ثانیه در این پژوهش به شرایط ترمومکانیکال فعال‌کننده‌ای که در حین فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به‌وجود می‌آید نسبت داده شد. مدل تغییرات انرژی آزاد گیبس موثر ( ) جهت پیش‌بینی تشکیل ترکیبات آلومینایدی در فصل مشترک ذرات فلزی تقویت‌کننده با زمینه آلومینیمی استفاده شد که نتایج پیش‌بینی تطابق خوبی با نتایج تجربی به‌دست آمده داشت.

کلیدواژه‌ها

فرآیند اصطکاکی اغتشاشی؛ آلیاژ AA 3003-H14؛ Ti؛ مدل

سایر فایل های مرتبط با مقاله

1-ranjbar-Revised.pdf

مراجع

1. Sarkari Khorrami, M., Samadi, S., Janghorban, Z., Movahedi M., ''In-situ aluminum matrix composite produced by friction stir processing using Fe particles'', Materials Science & Engineering A, Vol. 641, pp. 380–390, (2015).
2. Singh, J., Chauhan, A., ''Characterization of hybrid aluminum matrix composites for advanced applications – A review'', Journal of Materials Research and Technology, Vol. 5, pp. 159-169, (2016).
3. Sajjadi, S.A., Ezatpour, H.R., Beygi, H., ''Microstructure and mechanical properties of Al–Al2O3 micro and nano composites fabricated by stir casting'', Materials Science and Engineering A, Vol. 528, pp. 8765– 8771, (2011).
4. Culha, O., Tekmen, C., Toparli, M., Tsunekawa, Y., ''Mechanical properties of in situ Al2O3 formed Al–Si composite coating via atmospheric plasma spraying'', Materials and Design, Vol. 31, pp. 533–544, (2010).
5. X Jiang., Liu W., ''Wear characteristic of in situ synthetic TiB2 particulate-reinforced Al matrix composite formed by laser cladding'', Wear, Vol. 260, pp. 486–492, (2006).
6. Narimani, M., Lotfi, B., Sadeghian, Z., ''Evaluation of the microstructure and wear behaviour of AA6063-B4C/TiB2 mono and hybrid composite layers produced by friction stir processing'', Surface & Coatings Technology, Vol. 285, pp. 1-10, (2016).
7. Lu L., Lai M.O., Ng C.W., ''Enhanced mechanical properties of an Al based metal matrix composite prepared using mechanical alloying'', Materials Science and Engineering A, Vol. 252, pp. 203–211, (1998).
8. Reihanian, M., Fayezipour, S., Lari Baghal, S.M., ''Nanostructured Al/SiC-Graphite Composites Produced by Accumulative Roll Bonding: Role of Graphite on Microstructure, Wear and Tensile Behavior'', Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 26, pp. 1908-1919, (2017).
9. Mishra, R.S., Ma, Z.Y., Charit I., ''Friction stir processing: a novel technique for fabrication of surface Composite'', Materials Science and Engineering A, Vol. 341, pp. 307-310, (2003).
10. Mishra, R.S., Ma ,Z.Y., ''Friction stir welding and processing'', Materials Science and Engineering R, Vol. 50, pp. 1-78, (2005).
11. Tjong, S.C., Ma Z.Y., ''Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites'', Materials Science and Engineering, Vol. 29, pp. 49-113, (2000).
12. Khodabakhshi, F., Simchi, A., Kokabi, A.H., Gerlich, A.P., ''Friction stir processing of aluminum matrix nanocomposites by pre-placing elemental titanium powder: In-situ formation of Al3Ti nanoparticles and metallurgical characteristics'', Materials Characterization, Vol. 108, pp. 102-114, (2015).
13. Qian, J., Li J., Xiong, J., Zhang, F., Lin, X., ''In situ synthesizing Al3Ni for fabrication of intermetallic-reinforced aluminum alloy composites by friction stir processing'', Materials Science and Engineering A, Vol. 550, pp. 279– 285, (2012).
14. Hosseini Zeidabadi, S. R., Daneshmanesh, H., ''Fabrication and characterization of in-situ Al/Nb metal/intermetallic surface composite by friction stir processing'', Materials Science and Engineering A, Vol. 15, pp. 189-195, (2017).
15. Varin R.A., ''Intermetallic-Reinforced Light-Metal Matrix In-Situ Composites'', Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 33, pp. 193–201, (2002).
16. Pretorius, R., Vredenberg, A. M., Saris, F. W., de Reus R., ''Prediction of phase formation sequence and phase stability in binary metal‐aluminum thin‐film systems using the effective heat of formation rule'', Journal of Applied Physics, Vol. 70, pp. 3636-3646, (1991).
17. Wei, Y., Li J., Xiong, J., Zhang, F., ''Investigation of interdiffusion and intermetallic compounds in Al–Cu joint produced by continuous drive friction welding'', Engineering Science and Technology, an International Journal, Vol. 19, pp. 90-95, (2016).
18. Lee, I.S., Kao, P.W., Ho, N.J., ''Microstructure and mechanical properties of Al–Fe in situ nanocomposite produced by friction stir processing'', Intermetallics, Vol. 16, 1104–1108, (2008).
19. Hsu, C.J., Chang, C.Y., Kao, P.W., Ho, N.J., Chang, C.P., ''Al–Al3Ti nanocomposites produced in situ by friction stir processing'', Acta Materialia, Vol. 54, pp. 5241–5249, (2006).
20. Sato, Y. S., Park, S. H. C., Kokawa, H., ''Microstructural Factors Governing Hardness in Friction-Stir Welds of Solid-Solution-Hardened Al Alloys'', Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 32, pp. 3033-3042, (2001).
21. Wang, T., Jin Z., Zhao, J.C., ''Thermodynamic assessment of the Al-Zr binary system'', Journal of Phase Equilibria, Vol. 22, pp. 544-551, (2001).
22. Kattner, U.R., Lin, J.-C., Chang, Y.A., ''Thermodynamic Assessment and Calculation of the Ti-Al System'', Metallurgical Transactions A, Vol. 23, pp. 2081–2090, (1992).
23. Anvari, S.R., Karimzadeh, F., Enayati, M.H., ''A novel route for development of Al–Cr–O surface nano-composite by friction stir processing'', Journal of Alloys and Compounds, Vol. 562, pp. 48–55, (2013).
24. Alatalo, M., Weinert, M., Watson, R. E., ''Stability of Zr-Al alloys'', Physical Review B, Vol. 57, pp. 2009-2012, (1998).
25. Laik, A., Bhanumurthy, K., Kale, G.B., ''Intermetallics in the Zr–Al diffusion zone'', Intermetallics, Vol. 12, pp. 69–74, (2004).