توصيفگر ها :
آلياژهاي سنگين تنگستن , آلياژسازي مكانيكي , تفجوشي پلاسماي جرقه اي , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
چكيده
آلياژهاي اورانيوم از مهمترين مواد مورد استفاده در ساخت ادوات ضدزره مي‌باشد. ولي امروزه به خاطر مسائل زيست محيطي تمايل بسيار زيادي وجود دارد كه از مواد ديگري به جاي آلياژهاي اورانيوم ضعيف شده (DU)، استفاده گردد. يكي از بهترين مواد جايگزين، آلياژهاي سنگين تنگستن (WHA) مي‌باشد. اين آلياژها تركيبي از عناصري هم‌چون تنگستن، آهن و نيكل بوده مي‌باشند. از آن‌جا كه نقطعه ذوب تنگستن بسيار بالا است، به‌روش‌هاي معمول ريخته‌گري امكان تهيه اين آلياژ وجود ندارد. بنابراين روش‌هاي توليد آلياژ WHA به سمت متالورژي پودر سوق داده شده است كه ابتدا پودر آلياژ WHA توسط فرآيند آلياژسازي مكانيكي آماده شده و سپس تفجوشي پودر منجر به ايجاد قطعه از آلياژ WHA مي‌كند. از طرفي امروزه روش‌هاي نوين تفجوشي به سمت فناوري‌هاي پيشرفته تفجوشي نظير تفجوشي پلاسماي جرقه‌اي سوق پيدا كرده است. دليل قانع‌كننده براي ايجاد اين روش، كوتاه‌شدن زمان چرخه و هم‌چنين جلوگيري از رشد دانه و صرفه جويي در مصرف انرژي مي‌باشد. در اين پژوهش آلياژ WHA با تركيب92.5W-5Ni-2.5Fe با استفاده از دستگاه بال‌ميل، جارميل و ميكسر سه‌بعدي در سه زمان 5، 25 و 35 ساعت آلياژسازي شد. سپس در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد، فشار 50 مگاپاسكال و زمان 15 دقيقه توسط روش SPS تفجوشي شد. نتايج فازي پودر آلياژ WHA نشان داد كه در هر سه روش آلياژسازي، فاز موجود تنگستن bcc مي‌باشد. هم‌چنين نتايج فازي بالك آلياژ WHA نشان داد، در روش بال‌ميل و جارميل فاز موجود تنگستن bcc است ولي در روش ميكسر سه‌بعدي علاوه بر فاز تنگستن، تركيب بي‌فلزي نيكل-تنگستن نيز در دوتتاي 42 و 44 درجه تشكيل شده است. نتايج پراش اشعه ايكس نشان مي‌دهد كه هيچ‌گونه محلول جامد در تركيب تشكيل نشده است. بررسي‌هاي ساختاري پودر پودر آلياژ WHA نشان داد، در روش بال‌ميل و ميكسر سه‌بعدي ذرات آگلومره زيادي وجود دارد كه منجر به ايجاد 20% تخلخل در نمونه‌ي بالك شده است ولي در روش جارميل چون ذرات به‌صورت آگلومره در نيامده‌اند تنها 4% تخلخل وجود دارد و تقريباٌ تك پخش هستند. بررسي‌هاي چگالي نسبي همه‌ي نمونه نشان داد، بيش‌ترين چگالي مربوط به نمونه‌ي جارميل شده 35 ساعت است كه مقدار آن 93% بدست آمد. هم‌چنين بواسطه‌ي چگالي نسبي بالا‌تر نمونه‌ي جارميل، بيش‌ترين سختي، استحكام خمشي، استحكام كششي نيز مربوط به نمونه‌ي جارميل شده 35 ساعت است كه به‌ترتيب مقدار آن، 361 ويكرز، 1364 مگاپاسكال و 1120 مگاپاسكال بدست آمد. علت ايجاد خاص مكانيكي مناسب در روش جارميل، وجود تخلخل‌ها به‌صورت منفرد و پخش شده در زمينه مي‌باشد در حالي كه در نمونه‌هاي بال‌ميل و ميكسر سه‌بعدي تخلخل‌ها به‌صورت گروهي و به هم پيوسته تجمع پيدا كرده‌اند. بررسي‌هاي ضريب اصطكاك نمونه‌هاي تفجوشي شده نشان داد، كم‌ترين نرخ سايش نيز مربوط به نمونه‌هاي جارميل مي‌باشد كه مقدار آن براي بهترين نمونه يعني نمونه‌ي جارميل شده 35 ساعت، g/N.m 010-5× 27/0 بدست آمد. هم‌چنين رفتار سايش همه‌ي نمونه‌ها از نوع خراشان مي‌باشد
چكيده انگليسي :
Abstract
Uranium alloys are one of the most important materials used in the manufacture of anti-armor devices. But today, due to environmental issues, there is a great desire to use other materials instead of depleted uranium (DU) alloys. One of the best alternative materials is tungsten heavy alloys (WHA). These alloys are a combination of elements such as tungsten, iron and nickel. Since the melting point of tungsten is very high, it is not possible to prepare this alloy with the usual casting methods. Therefore, the production methods of WHA alloy have been moved towards powder metallurgy, which first prepares the WHA alloy powder by mechanical alloying process and then powder sintering leads to the creation of WHA alloy pieces. On the other hand, nowadays, modern methods of sintering have moved towards advanced sintering technologies such as spark plasma sintering. The convincing reason for creating this method is to shorten the cycle time and also to prevent grain growth and save energy. In this study, WHA alloy with the composition of 92.5W-5Ni-2.5Fe was alloyed by three methods: ball mill, jarmill and three-dimensional mixer in three times of 5, 25 and 35 hours. Then it was sintered at 1200°C, 50 MPa pressure and 15 minutes by SPS method. The phase results of WHA alloy powder showed that in all three alloying methods, the existing phase of tungsten is bcc. Also, the bulk phase results of WHA alloy showed that in the Ballmill and Jarmill method, the available tungsten phase is bcc, but in the three-dimensional mixer method, in addition to the tungsten phase, the nickel-tungsten bimetallic compound is also formed at 42 and 44 degrees. The structural investigations of the WHA alloy powder showed that in the ball mill method and three-dimensional mixer, there are many agglomerated particles, which led to the creation of 20% porosity in the bulk sample, but in the Jarmill method, because the particles are not agglomerated, there is only 4% porosity, and approximately they are single broadcast. Investigations of the relative density of all samples showed that the highest density is related to the 35-hour jar-milled sample, which was found to be 93%. Also, due to the higher relative density of the Jarmill sample, the maximum hardness, bending strength, and tensile strength are related to the 35-hour jarmilled sample, which were 361 Vickers, 1364 MPa, and 1120 MPa, respectively. The reason for creating a suitable mechanical characteristic in the Jarmill method is the presence of individual and scattered pores in the field, while in the ball mill and three-dimensional mixer samples, the pores have accumulated in a group and connected. Investigations of the friction coefficient of the sintered samples showed that the lowest wear rate is related to the jarmill samples, the value of which was obtained for the best sample, i.e. the jarmilled sample for 35 hours, 0.27 x 10-5 g/N.m. Also, the wear behavior of all samples is scratchy.
