بررسی ریزساختاری، سختی و رفتار سایشی آلیاژ Ti-6V-4Al تحت شرایط مختلف عملیات حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مواد دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران

چکیده

در این تحقیق، اثر شرایط مختلف عملیات حرارتی بر میکروساختار، سختی و مقاومت به سایش آلیاژ Ti-6V-4Al بررسی شد. برای این منظور آنیل انحلالی در بازه دمایی °C 800 الی °C 1050 به مدت یک ساعت انجام شد و سپس نمونه­ها در هوا و آب کؤنچ شدند. یکی از نمونه­ ها در دمای °C 550 به مدت چهار ساعت پیرسازی شد. بررسی­ های ریز ساختاری توسط میکروسکوپ نوری (OM) و الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که عملیات آنیل انحلالی در دمای °C 800 منجربه رشد محدود رسوبات بدون تغییر ریز ساختار و افزایش سختی می­ گردد. همچنین افزایش دمای آنیل انحلالی و کؤنج در آب باعث افزایش سختی و ایجاد ریز ساختار دوتایی a و مارتنزیت تیغه ایa¢ می­شود. آنیل انحلالی در دمای °C 1050 منجر به تشکیل فاز مارتنزیت گردید که با انجام عملیات پیرسازی تبدیل به فاز b نامنظم می­شود و به علت این تحول فازی، سختی 47% نسبت به نمونه شاهد افزایش یافت. سختی را در پی دارد. آزمون سایش پین روی دیسک تحت سه نیروی 20N، 30N و 40N و سرعت ثابت 0.3m/s انجام شد. نتایج تست سایش و بررسی میکروسکوپی سطوح فرسوده  نشان داد که مکانیزم سایش توسط ریزساختار کنترل می­گردد و مقاومت در برابر سایش به میزان سختی وابسته نیست. همچنین بیشترین مقاومت به سایشی مربوط به نمونه آنیل شده در دمای °C 950 و کؤنچ شده در آب است. مکانیزم سایشی در تمام نمونه­ ها در اکثر بارگذاری­ها مخلوط مکانیزم خراشان و سایش اکسیدی بود.

کلیدواژه‌ها


1. G. Lutjering, J. C. Williams, Titanium, Springer, Berlin(2003)1-14.
2. M. J. Donachi, Titanium – a technical guide, 2nd edn, ASM International, Metals Park, OH (2000) 61-89.
3. V. KrishnaBalla, J. Soderlind, S. Bose, A. Bandyopadhyay, Microstructure, mechanical and wear properties of laser surface melted Ti6Al4V alloy, Journal of the Mechanical Behavior of  Biomedical Materials, 32(2014)335–344.
4. F. Yang, B. Gabbitas, Effect of heat treatment on microstructures and mechanical properties of a Ti-6Al-4V alloy rod prepared by powder compact extrusion, International Journal of Modern Physics B, 29(2015), Nos. 10&11, 1540004 (7 pages).
5. S. Manikandan1, S. Ramanathan, V. Ramakrishnan., A Calorimetric Study of Ti-6Al-4V Alloy, Indian Journal of Science and Technology, 6(2013) 4262-4267.
6. Y. C. Lin, Y. C. Lin, Y. C. Chen, Evolution of the microstructure and tribological performance of Ti–6Al–4V cladding with TiN powder, Materials & Design, 36(2012)584–589.
7. Y. C. Lin, Y. C. Lin, Elucidation of microstructure and wear behaviors of Ti–6Al–4V cladding using tungsten boride powder by the GTAW method, Journal of Coatings Technology and Research, 8(2011) 247–253.
8. G. W. Stachowiak, Wear: Materials, Mechanisms and Practice ", John wiley & Sons, (2005)1-44.
9. T. Morita, K. Asakura, C. Kagaya, Effect of Combination Treatment on Wear Resistance and Strength of Ti–6Al–4V Alloy, Materials Science and Engineering A, 618(2014)438-446.
10. B. D. Venkatesh, D. L. Chen, S. D. Bhole, Effect of heat treatment on mechanical properties of Ti–6Al–4V ELI alloy , Materials Science and Engineering A, 506(2009)117–124.
11. M. T. Jovanovic, S. Tadic, S. Zec,  Z. Miskovic, I. Bobic, The effect of annealing temperatures and cooling rates on microstructure and mechanical properties of investment cast Ti–6Al–4V alloy, Materials & Design, 27(2006)192–199.
12. T. MoritaS. TanakaS. Ninomiya, Improvement in fatigue strength of notched Ti-6Al-4V alloy by short-time heat treatment, Materials Science and Engineering A, 669(2016)127–133.
13. ASTM E92-16, Standard Test Methods for Vickers Hardness and Knoop Hardness of Metallic Materials " ASTM, (2016).
14. ASTM G99., (2017), Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus.
15. S. Tanaka, T. Morita, K. Shinoda, Effects of Short-Time Duplex Heat Treatment on Microstructure and Fatigue Strength of Ti-6Al-4V Alloy, 13th International Conference on Fracture, Beijing, China, (2013).
16. T. Morita, K. Hatsuoka, T. Iizuka, K. Kawasaki, Strengthening of Ti–6Al–4V Alloy by Short-Time Duplex Heat Treatment, Materials Transactions, 46(2005)1681- 1686.
17. S. S. Youssef, K. M. Ibrahim, M. Abdel-Karim, Effect of heat treatment process on tribological behavior of TI-6AL-4V alloy, International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 2 (2013) 385-394.
18. I. Cvijovic-Alsgic, S. Mitrovic, Z. Cvijovic, Đ. Veljovic, M. Babic, M. Rakin., Influence of the Heat Treatment on the Tribological Characteristics of the Tibased Alloy for Biomedical Applications, Tribology in industry, 31(2009) 17-22.
19. F.H. Froes, Titanium Physical Metallurgy Processing and Applications, ASM International, (2015).
20. A. Gheysarian, M. Abbasi, The Effect of Aging on Microstructure, Formability and Springback of Ti-6Al-4V Titanium Alloy, Journal of Materials Engineering and Performance, 26(2017) 374–382.
21. S. Soares, G. Luis, Vickers Hardness of Cast Commercially Pure Titanium and Ti-6Al-4V alloy Submitted to heat treatments, Brazilian Dental Journal, 17(2006) 126-129.
22. ASM Metals Handbook, ASM international, Vol. 2: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, (1992).
23. D. A. Porter, Phase Transformation in Metals and Alloy,Chapman & Hall, (1992).
24. رزاقیان احمد، مقدمه ای بر اصول نابه جایی ها و مکانیزم های استحکام بخشی، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد قزوین، 1391.
25. S. Hadke, R. K. Khatirkar, Microstructure Evolution and Abrasive Wear Behavior of Ti-6Al-4V Alloy, Journal of Materials Engineering and Performance, 24(2015)3969-3981.