توصيفگر ها :
اتصال غير مشابه , آلياژ زيست تخريب پذير , آهن خالص , تيتانيوم جوشكاري اصطكاكي , ارتوپدي
چكيده فارسي :
چكيده :
تيتانيوم و آهن خالص به دليل زيست سازگاري مناسب و خواص مكانيكي مطلوب مشابه با استخوان به طور گسترده به عنوان فلزات زيست تخريب پذير استفاده مي شوند. در جراحي ها، شكستگي استخوان ها، به عنوان پيچ و پين ها استفاده مي شوند. در تحقيق حاضر اتصال غيرمشابه آلياژهاي زيست تخريب پذير آهن خالص به تيتانيوم خالص گريد 2 به روش جوشكاري اصطكاكي مداوم جهت كاربردهاي ارتوپدي مورد بررسي قرار گرفت. آزمايش هاي انجام شده شامل جوشكاري اصطكاكي، آزمايش غيرمخرب راديوگرافي، آزمايش هاي ريزساختاري شامل ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني، آزمايش هاي مكانيكي شامل آزمون كشش و سختي سنجي، آزمايش خوردگي بر روي نمونه ها مورد بررسي قرار گرفت. همچنين پارامترهاي بهينه شامل نيروي اصطكاكي، زمان اصطكاكي و سرعت چرخشي تعيين گرديد. در تجزيه و تحليل ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني در سمت آهن خالص، مناطق مختلفي مانند ناحيه مركز جوش، منطقه تحت تاثير حرارت مشاهده شد. در روش الگوي پراش پرتو ايكس وجود تركيبات فلزي TiFe - TiFe2 تاييد مي¬شود. در آزمون كشش، شكست در منطقه اتصال اتفاق افتاد. بيشترين مقاومت كششي 274 مگاپاسكال، با نيروي اصطكاك 80/14كيلونيوتن، زمان اصطكاك 7 ثانيه و سرعت چرخشي 1300 دور بر دقيقه حاصل شد. كم ترين مقاومت كششي 244 مگاپاسكال، با نيروي اصطكاك 80/14كيلونيوتن، زمان اصطكاك 3 ثانيه و سرعت چرخشي 1300 دور بردقيقه بود. نتايج براي نمونه هاي با استحكام متوسط 254 مگاپاسكال، با نيروي اصطكاك 10 كيلونيوتن، زمان اصطكاك 7 ثانيه و سرعت چرخشي 1300 دور بر دقيقه حاصل شد. همچنين نمونه اوليه با استحكام 264 مگاپاسكال، با نيروي اصطكاك 6/19 كيلونيوتن، زمان اصطكاك 7 ثانيه و سرعت چرخشي 1500 دور بر دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. مقادير سختي در ناحيه اتصال نسبت به ناحيه آهن خالص به دليل وجود ذرات تيتانيوم از 52 ويكرز به 120 ويكرز افزايش يافت، درحالي كه در سمت تيتانيوم مقادير سختي ثابت بود. هم چنين مشخص شد كه نرخ خوردگي در نمونه با استحكام متوسط 254 مگاپاسكال مقاومت بهتري در برابر خوردگي از خود نشان مي¬دهد، در حالي كه در نمونه استحكام بالا مقاومت در برابر خوردگي ضعيف تري از خود نشان مي¬دهد.
چكيده انگليسي :
Abstract:
Pure titanium and iron are widely used as biodegradable metals due to their good biocompatibility and favorable mechanical properties similar to bone. In surgeries, broken bones, they are used as screws and pins. In the present research, dissimilar joining of pure iron biodegradable alloys to grade 2 pure titanium by continuous friction welding method for orthopedic applications was investigated. The tests performed include friction welding, non-destructive radiography test, microstructural tests including light microscope and electron microscope, mechanical tests including tensile test and hardness test, corrosion test on the samples. Also, the optimal parameters including friction force, friction time and rotation speed were determined. In the analysis of optical microscope and electron microscope on the side of pure iron, different areas such as the weld center area and the heat affected area were observed. The existence of TiFe-TiFe2 metallic compounds is confirmed in X-ray diffraction pattern method. In the tensile test, failure occurred in the joint area. The highest tensile strength of 274 MPa was obtained with a friction force of 14.80 kN, a friction time of 7 seconds and a rotation speed of 1300 rpm. The lowest tensile strength was 244 MPa, with a friction force of 14.80 kN, a friction time of 3 seconds and a rotation speed of 1300 rpm. The results were obtained for samples with an average strength of 254 MPa, with a friction force of 10 kN, a friction time of 7 seconds and a rotation speed of 1300 rpm. Also, the prototype with a strength of 264 MPa, with a friction force of 19.6 kilonewtons, a friction time of 7 seconds and a rotation speed of 1500 rpm was examined. The hardness values in the connection area compared to the pure iron area increased from 52 Vickers to 120 Vickers due to the presence of titanium particles, while the hardness values were constant on the titanium side. It was also found that the corrosion rate in the sample with an average strength of 254 MPa shows a better corrosion resistance, while the high strength sample shows a weaker corrosion resistance.
