مطالعه ریزساختار، مورفولوژی شکست، خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت تیتانیم/مولیبدن تقویت شده با کاربید بور

چکیده:

چکیده

درکامپوزیت‌‌های زمینه تیتانیم - مولیبدن تقویت شده با ذرات کاربید بور که به روش تف‌‌جوشی پلاسمای جرقه‌‌ای تولید می‌‌شوند، واکنش بین زمینه و ذرات تقویت کننده می‌‌تواند موجب شکل‌‌گیری ترکیب هیبریدی TiB + TiC شود. از طرفی ساختار کریستالی آلیاژهای تیتانیم – مولیبدن به شدت به مقدار مولیبدن اضافه شده وابسته بوده و با توجه به نتایج بدست آمده در پژوهش‌‌های قبلی مشخص شده است که برای دستیابی به توزیع یکنواختی از ساختار دوفازی آلفا + بتا و خواص مکانیکی بهینه، بایستی حداقل 10 درصد وزنی مولیبدن به تیتانیم افزوده شود. هدف اصلی از انجام این پژوهش، بررسی چگونگی تشکیل تقویت کننده‌‌های درجا از برون‌‌جا و تاثیر آن می‌‌باشد. در این اثنا تاثیر افزایش دما، زمان تف‌‌جوشی و مقدار تقویت کننده و در نتیجه آن گرمای واکنش گرمازای بین تقویت کننده برون‌‌جا و زمینه (که بعنوان متغیرهای فرآیند می‌‌توانند در نظر گرفته شوند) بر میزان چگالش، بهبود حلالیت مولیبدن در تیتانیم (که موجب تحولات ساختاری به β و β+α می‌‌شود)، تشکیل محصولات فازی هیبریدی و در نتیجه خواص آن آلیاژ موثر خواهد بود. برای دستیابی به هدف مذکور در این تحقیق، نمونه‌‌هایی با مخلوط پودری Ti – 10Mo که مقادیر 5/0و 5/1 درصد وزنی B₄C  به آن اضافه شده در دماهای 1150، 1300 و 1450 درجه سانتیگراد برای مدت زمان‌‌های مختلف 5 و10 دقیقه و تحت فشار 50 مگاپاسکال به روش SPS تف‌‌جوشی ‌‌شدند. چگالی، ریزساختار، مطالعات فازی و خواص مکانیکی نظیر استحکام کششی، استحکام پارگی عرضی و سختی به عنوان معیارهایی برای بررسی تاثیر متغیرهای فرآیند تعیین شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌‌گیرند. به طور کلی با بررسی‌‌های ریزساختاری و مطالعات فازی مشخص شد که افزایش دما و زمان تف‌‌جوشی منجر به تولید فازهای درجای TiB_w و TiC_p بیشتر می‌‌شود که پیوند قوی‌‌تری با زمینه Ti دارند و ضمنا انحلال مولیبدن درزمینه تیتانیمی (و تشکیل فاز بتا) افزایش می‌‌یابد. در اینجا بایستی تاثیر گرمای واکنش گرمازای بین تقویت کننده برون‌‌جا با زمینه را نیز در توسعه فاز بتا در نظر داشت. لازم به اشاره است که با ازدیاد دما و زمان تف‌‌جوشی، چگالی افزایش یافته، فقط در دمای ^°C1450 به مدت 10 دقیقه کاهش جزئی مشاهده شده است. به همین ترتیب خواص مکانیکی نیز تقریبا روند مشابه با تغییرات چگالی داشته است. در پایان لازم به اشاره است که افزایش دما بیشتر از زمان تف‌‌جوشی بر میزان تشکیل فازهای درجا موثر بوده است و ضمنا هر چقدر این فازها بیشتر تشکیل شده‌‌اند در واقع گرمای بیشتری در نتیجه واکنش تشکیل آ‌‌ن‌‌ها به وجود آمده که به نوبه‌‌ی خود در کنار افزایش دما و زمان بر نفوذ مولیبدن در زمینه تیتانیمی و توسعه فاز بتا موثر خواهد بود.

کلمات کلیدی: کامپوزیت تیتانیم-مولیبدن، کاربید بور، ‌‌بوراید تیتانیم و کاربید تیتانیم، تقویت کننده درجا و برون‌‌جا، تف‌‌جوشی قوس پلاسما، فاز بتا، واکنش گرمازا، خواص فیزیکی و مکانیکی