پایان نامه تأثیر کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم بر خواص ساختاری و مکانیکی نانوهاردمتالهای کاربید تنگستن - کبالت

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه تأثیر کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم بر خواص ساختاری و مکانیکی نانوهاردمتالهای کاربید تنگستن - کبالت دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:144

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «M.Sc.»
    
گرایش:شناسایی و انتخاب مواد

فهرست مطالب:

عنوان                               صفحه

فصل اول: مقدمه


معرفی کاربیدهای تنگستن ۲
کشف کاربید تنگستن ۳
اهمیت استفاده از ذرات کاربیدهای سمانته در مقیاس نانومتر……………………………………….۵

 

فصل دوم: مروری برمنابع

 

۲- ۱خواص کاربیدهای تنگستن ۸
۲-۱-۱ مطالعه بر سیستم کاربید تنگستن – کبالت. ۸
۲-۱-۲ سختی و اندازه دانه کاربید تنگستن-
کبالت…… ۱۰
۲-۱-۳ چقرمگی شکست ۱۴
۲-۲- بررسی رشد دانه های کاربید تنگستن و ممانعت کننده های رشد ۱۶
۲-۲-۱- بررسی رشد دانه های کاربید تنگستن ۱۶
۲-۲-۲-بررسی تاثیر ممانعت کننده های رشد کاربید تنگستن – کبالت ۱۹
۲-۳- شکل دهی کاربید تنگستن……………….۳۲
۲-۳-۱- روشهای تولید کاربید تنگستن………….۳۳

 

فصل سوم: روش کار و تحقیق

 

۳-۱ مراحل کلی فرایندها و آزمایشات ۴۳
۳-۲- روشهای آزمایش ۴۳
۳-۲-۱- تهیه مواد اولیه مورد نیاز ۴۳
۳-۲-۲- بررسی کیفی و کمی مواد اولیه ۴۴
۳-۲-۳- تهیه نانو پودر تنگستن- کبالت ۴۴
۳-۲-۳-۱- انتخاب ترکیب…………………..۴۴
۳-۲-۳-۲- توزین مواد و آسیاب آنها………….۴۵
۳-۲-۳-۳- خشک کردن ۴۷
۳-۲-۴- تهیه قطعه خام خشته ۴۷
۳-۲-۵- مرحله تف جوشی ۴۸
۳-۲-۶- انجام تستهای فیزیکی- مکانیکی- ساختاری ۵۰
۳-۲-۶-۱- آزمایشهای فیزیکی……………….۵۰
۳-۲-۶-۱-۱- تعیین تخلخل ظاهری………………۵۰
۳-۲-۶-۱-۲- تعیین چگالی……………………۵۱
۳-۲-۶-۱-۳- تعیین درصد انقباض……………..۵۱
۳-۲-۶-۲- آزمایشهای مکانیکی………………۵۴
۳-۲-۶-۲-۱- تعیین سختی قطعه………………..۵۴
۳-۲-۶-۲-۲- تعیین چقرمگی شکست……………..۵۵
۳-۲-۶-۳- تستهای ساختاری…………………۵۷
۳-۲-۶-۳-۱- آزمایش XRD…………………..57
۳-۲-۶-۳-۲- میکروسکوپ الکترونیSEM………….58
۳-۲-۶-۳-۳- میکروسکوپ الکترونی TEM…………59
۳-۲-۷- کد کذاری نمونه ها…………………۵۹

 

فصل چهارم نتایج:

 

۴-۱- نتایج بدست آمده از آسیاب پودر ۶۳
۴-۱-۱- نتایج بدست آمده چگالی ظاهری پودر ۶۳
۴-۱-۱-۲- نتایج بدست آمده میکروسکوپ الکترونی
SEM…………………………………64
۴-۱-۳- نتایج بدست آمده از پراش پرتو ایکس…۷۴
۴-۱-۴- نتایج بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی
TEM………………………………….78
۴-۲- نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر با افزودنی کاربید تانتالیوم………………………….۷۹
۴-۲-۱- نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیکی..۷۹
۴-۲-۱-۱- نتایج بدست آمده از چگالی خام نمونه ها.۷۹
۴-۲-۱-۲- نتایج بدست آمده از چکالی حجمی پس از پخت
نمونه ها……………………………….۸۰
۴-۲-۱-۳- نتایج بدست آمده از تخلخل ظاهری نمونه ها۸۱
۴-۲-۲- نتایج بدست آمده از آزمایشهای مکانیکی…..۸۲
۴-۲-۲-۱- نتایج بدست آمده از سختی نمونه ها………۸۲
۴-۲-۲-۲- نتایج بدست آمده از چقرمگی شکست نمونه ها.۸۳
۴-۲-۳- نتایج بررسیهای میکروسکوپی نمونه های تف جوشی شده حاوی کاربید تانتالیوم……………………..۸۷
۴-۳- نتایج بدست آمده از تف جوشی نمونه های کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم……………………..۹۶
۴-۳-۱- نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیکی…..۹۶
۴-۳-۱-۱- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی نمونه ها پس از پخت…………………………….۹۶
۴-۳-۱-۲- نتایج بدست آمده از درصد انقباض و تخلخل ظاهری نمونه ها پس از پخت……………………….۹۷
۴-۳-۲- نتایج بدست آمده از انجام آزمایشهای مکانیکی۹۷
۴-۳-۲-۱- نتایج بدست آمده از سختی نمونه ها………۹۷
۴-۳-۲-۲- نتایج بدست آمده از چقرمگی شکست………۹۸

 

فصل پنجم تحلیل نتایج:

 

۵-۱- تحلیل نتایج بدست آمده از تهیه نانو پودر….۱۰۵
۵-۲- تحلیل نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر با افزودنی کاربید تانتالیوم .. ۱۰۸
۵-۲-۱- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش فیزیکی ….. ۱۰۸
۵-۲-۲- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش ساختاری….۱۱۲
۵-۲-۳- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش مکانیکی…….۱۱۳
۵-۳- تحلیل نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر حاوی افزودنیهای توام TaC-VC)) و مقایسه آن با نمونه های حاوی TaC115
۵-۳-۱- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیکی نمونه های حاوی TaC-VC)) و مقایسه آن با خواص فیزیکی نمونه های حاوی TaC………………………………………………115
۵-۳-۲- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای ساختاری نمونه های حاوی  TaC-VC)) و مقایسه آن با خواص فیزیکی نمونه های حاوی TaC………………………………………………117
۵-۳-۳- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای مکانیکی نمونه های حاوی  TaC-VC)) و مقایسه آن با خواص فیزیکی نمونه های حاوی TaC………………………………………………118

 

فصل ششم نتیجه گیری:

 

نتیجه گیری…………………………………….۱۲۲

منابع و مأخذ
منابع فارسی ۱۴۰
منابع غیرفارسی ۱۴۱
چکیده انگلیسی ۱۴۴

 

فهرست جداول

عنوان                                  صفحه

 

جدول ۲-۱- انواع فازهای موجود در سیستم WC-Co 8
جدول ۲-۲- مقایسه دمای یوتکتیک و میزان حلالیت کاربیدهای انتقالی…………………………۲۴
جدول ۲-۳- نتایج بدست آمده از خواص فیزیکی و مکانیکی هارد متال کاربید تنگستن
با درصدهای وزنی مختلف کبالت و ممانعت کننده های رشد………………………۲۸
جدول ۳-۱- توزین مواد افزوده شده به آسیاب قبل و بعد از افزودنی……………………………۴۵
جدول ۳-۲- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی ۵-۱………………………………………۴۶
جدول ۳-۳- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی ۱۵-۱……….. ۴۶
جدول ۳-۴- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی ۲۵-۱…………………………………….۴۶
جدول ۳-۵- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی ۳۵-۱……….. ۴۷
جدول ۳-۶- شناسایی کدهای بکار رفته در آزمایش…..۶۰
جدول ۴-۱- نتایج بدست آمده از چگالی  ظاهری پودر…۶۳
جدول ۴-۲- نتایج بدست آمده از پودر آسیاب شده بدون ممانعت کننده با استفاده از میکروسکوپ SEM  ۷۳
جدول ۴-۳- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی ۵-۱    ۷۵
جدول ۴-۴- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی ۱۵-۱    ۷۵
جدول ۴-۵- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی ۲۵-۱    ۷۵
جدول ۴-۶- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتوایکس در نسبت وزنی ۳۵-۱……………………..        ۷۶
جدول ۴-۷- نتایج استخراج شده از میکروسکوپ الکترونی
TEM…………………………………..       ۷۹
جدول ۴-۸- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی قطعات    ۸۰
جدول ۴-۹- نتایج بدست آمده از درصد انقباض انقباض و تخلخل نمونه ها پس از پخت   ۸۱
جدول ۴-۱۰- نتایج بدست آمده از آزمایش سختی چقرمگی شکست قطعات     ۸۲
جدول ۴-۱۱- نتایج مربوط به میانگین اندازه دانه های کاربید تنگستن در نمونه های حاوی کاربید تانتالیوم ….۹۵
جدول ۴-۱۲- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی نمونه ها   ۹۶
جدول ۴-۱۳- نتایج بدست آمده از درصدانقباض و تخلخل نمونه ها بعد از پخت ……………………………    ۹۷
جدول ۴-۱۴ نتایج بدست آمده از آزمایش سختی و چقرمگی شکست نمونه ها   ۹۸
جدول ۴-۱۵- نتایج مربوط به تعیین اندازه دانه  WCتوسط میکروسکوپ الکترونیSEM  ۱۰۳

فصل اول
مقدمه
معرفی کاربید های سمانته
کاربیدهای سمانته گروهی از مواد با سختی و مقاومت سایشی بالا هستند که از یک فاز کاربیدی سخت و یک بایندر فلزی نرم، تشکیل شده اند. فلزی که به عنوان یک بایندر نرم انتخاب می شود، بایستی دارای ویژگیهای منحصر به فردی همچون؛ قدرت چسبندگی و خاصیت تر کنندگی بالا باشد. لذا در کاربیدهای سمانته، از بین فلزات نیکل، آهن و کبالت،  کبالت بهترین گزینه می باشد. کاربید تنگستن – کبالت، از لحاظ تجاری یکی از قدیمی ترین محصولات متالوژی پودر می باشند. این کامپوزیت ها شامل ذره های کاربید تنگستن متصل شده با فلز کبالت از طریق تف جوشی فاز مایع اند. خواص این مواد تابع خواص اجزاء آن که متشکل از کاربید سخت و شکننده و بایندر نرم است، می باشند.
کاربیدهای سمانته به علت سختی بالا و مقاومت سایشی مناسب، کاربردهای فراوانی در صنعت دارند که ساخت ابزار برشی، از مهمترین آنها می باشد. ابزارهای برش باید قادر باشند در درجه حرارت بالا و گرادیان های دمایی شدید، شوک حرارتی و خستگی و سایش، مقاوم باشند. مواد مورداستفاده برای ساخت ابزارهای برش و قالب ها باید سختی بالا داشته باشند تا از سایش بالا جلوگیری کنند. چقرمگی مناسب داشته باشند تا در مقابل ضربات شدید وارد شده بر آنها مقاومت داشته باشند. استحکام داغ داشته باشند تا ارتعاشات بوجود آمده در طی فرآیند ماشین کاری را تحمل کنند. سختی بالا، مقاومت به سایش عالی و چقرمگی مناسب کاربیدهای سمانته، امکان استفاده از آنها را در این ابزارها فراهم می کند. ابزارهای ماشین کاری یک صنعت دو میلیارد دلاری در سراسر جهان هستند و رکن اصلی عملیات ساخت برای فلزات، پلیمرها، مواد پیشرفته مانند بین فلزی ها و کامپوزیت ها می باشند. کاربید تنگستن (WC) به لحاظ سختی استثنایی و مقاومت به خوردگی بالا در بین کاربیدهای سمانته به خوبی شناخته شده است. گرچه کاربیدهای فلزی دیگر مانند TiC نیز در ابزارهای برش بکار می رود، ولی در حدود 95% همه ابزارهای برشکاری کاربید سمانته، از جنس کاربید تنگستن می باشند. در سال 1992، 60% تنگستن فلزی تولید شده برای ابزارهای برش، قالب ها و غیره به صورت((WC مصرف شد. در حالی که 25% به صورت فیلمان های لامپ، المان های گرمایی و محصولات پرسکاری مورد استفاده قرار گرفت و درصد باقیمانده در فولادها و سوپر آلیاژها، به صورت عنصر آلیاژی استفاده شد.2] ‍ [

کشف کاربید تنگستن
کاربید تنگستن توسط هنری مویسان در سال 1896 کشف شد‍ [2] . در همان آغاز کشف کاربید تنگستن، از آن به عنوان یک ماده افزودنی برای ساختن فولادهای تند بر(فولاد هایی که شامل 7/.درصد کربن، 12/.درصدتنگستن، 4/.کروم میباشد)، استفاده شد. او ترکیبی از اکسید تنگستن و کربن را در یک کوره قوس ذوب کرد و ترکیب  (W2C)را شناسایی کرد که سختی بالایی داشت. درسال 1914 دو محقق آلمانی به نامهای(VoigtlanderوLohman ) [2]، یک روش برای ساخت کاربید تنگستن به وسیله واکنش اکسید تنگستن با کربن، در یک کوره لوله ای (کوره الکتریکی آزمایشگاهی که در ساخت آن از کوارتز و آلومین استفاده می شود)،ابداع کردند که این روش سالها به عنوان یک روش تولید قالبهای کششی از جنس کاربید تنگستن مورداستفاده قرار گرفت. آنچه که باعث پیشرفت کاربید تنگستن به صورت امروزی در آمد، تحقیقاتی بود که توسط محقق آلمانی به نام (Karl schroter)در سال 1920 صورت گرفت [3]. او پودر کاربید تنگستن را با یک پودر فلزی که مخلوطی از آهن و کبالت بود، مخلوط کرد. سپس مخلوط را پرس و در در دمای 1500 در جه سانتیگراد تف جوشی شد. او به یک ترکیب پایدار دست یافت که سختی بالایی داشت. اولین قالب های کاربید سمانته تف جوشی شده در سال 1922 آماده شد. در روش (Karl Schroter) یک ترکیب شیمیایی از آلیاژ هارد متال، شناخته شد که ترکیبی از کاربید تنگستن خیلی سخت با مقدار کمی از یک فلز از گروه(آهن، نیکل، کبالت) بود که به عنوان بایندر نرم مورد استفاده قرار گرفت. از موارد قابل توجه دیگر در این روش می توان به ساخت آلیاژ های هاردمتال، با به کارگیری پروسه متالوژی پودر، یعنی پرس و تف جوشی مخلوط پودرهای کاربید تنگستن و فلز بانیدر، اشاره کرد که در سال 1922 موفقیت بزرگی به شمار می آمد. از آن زمان به بعد، استفاده از کاربید تنگستن در صنعت مورد توجه قرار گرفت. کاربید تنگستن در کارخانجات تولید لامپ رشته ای، در آمریکا و آلمان کاربرد داشت. از زمان اختراع فیلم های تنگستن برای استفاده در لامپ های رشته ای از آغاز قرن بیستم، تولید کنندگان به دنبال جایگزین مناسب برای قالب های گران قیمت الماسه، جهت استفاده در کشش سیم بودند. پس از بوجود آمدن یک وقفه زمانی در کارخانجات الماس در آغاز جنگ جهانی اول، کارخانجات لامپ آلمانی بلافاصله کاربید تنگستن را به عنوان جایگزینی برای خرید موادانتخاب کردند. از سال 1922 تا کنون گر چه استفاده از روشهای جدیدتر تولید هارد متال در حال پیشرفت است، اما استفاده از روش (Karl Schroter) به عنوان یک روش اصلی تولید کاربید های تنگستن، همچنان مورد استفاده قرار می گیرد.

اهمیت استفاده از ذرات نانو در کاربیدهای سمانته
تحقیق و بررسی مواد در اندازه نانومتر، اخیراً به عنوان یکی از مهمترین زمینه ها در علم مواد مطرح است. به طور کلی، اغلب منظور از ذرات نانو، ذراتی با اندازه (1 تا100 نانومتر)می باشند. آزمایشات اخیر نشان داده است که ذرات نانو یکپارچه دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به ذرات با اندازه میکرونی می باشند. افزایش سختی فلزات و افزایش چقرمگی شکست از جمله این خواصند. خواص منحصر به فرد ذرات با اندازه نانومتر نسبت به ذرات با اندازه میکرونی، انگیزه اصلی محققین علم مواد را برای دست یابی به تکنیکهایی جهت ریز کردن اندازه دانه ها در حد نانومتر، برای رسیدن به خواص مکانیکی و ساختاری بهتر را فراهم آورده است. یکی از تولیدات موفق متالوژی پودر، تولید پودر در مقیاس نانومتر می باشد، که به دلیل ویژگی های کاربردی و اقتصادی بالا از موفق ترین محصولات متالوژی پودر به شمار می رود. کاربید تنگستن - کبالت از جمله ترکیباتی به شمار می رود که تاثیر ریز کردن اندازه دانه در آن در حد نانومتر، خواص مکانیکی و ساختاری آن را تا حد مطلوبی بهبود می بخشد. استفاده از ممانعت کننده های رشد، مانند کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم، در حین تف جوشی فاز مایع، از راههای کنترل اندازه دانه کاربید تنگستن  به شمار می رود. گرچه با ریزکردن ذرات در حد نانومتر چقرمگی شکست و استحکام افزایش پیدا می کند، ولی مشکلاتی نیز در حین ریز کردن ذرات بوجود می آید. یک مشکل به وجود آمدن ناخالصیهایی مانند اکسیژن در حین زمان آسیب طولانی مدت در آلیاژ سازی مکانیکی پودر می باشد که سبب ایجاد مکانهای جوانه زنی جهت شکست ترد در مسیر انتشار آن می شود. مشکلاتی از این قبیل، تا حدودی افزایش در چقرمگی شکست را نفی می کنند و درمجموع این تأثیرات کاهش اندازه ذرات را تا حدودی محدود می نمایند. تاثیر ریز کردن پودر اولیه کاربید تنگستن با ده درصد وزنی کبالت، برروی خواص مکانیکی و ساختاری کاربید نتگستن-کبالت، و تاثیر استفاده از ممانعت کننده رشد کاربید تانتالیوم به تنهایی، و ممانعت کننده های رشد کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم به طور توام، بر خواص مکانیکی و ساختاری نانو هارد متالهای کاربید تنگستن-کبالت، در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

پایان نامه تاثیر کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم بر خواص ساختاری و مکانیکی نانو هارد متالهای کاربید تنگستن - کبالت

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه تاثیر کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم بر خواص ساختاری و مکانیکی نانو هارد متالهای کاربید تنگستن - کبالت دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:146

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «M.Sc.»
    
گرایش:  شناسایی و انتخاب مواد

فهرست مطالب:
عنوان                                                                                                                                 صفحه                                                                    
فصل اول: مقدمه
معرفی کاربیدهای تنگستن    2
کشف کاربید تنگستن    3
اهمیت استفاده از ذرات کاربیدهای سمانته در مقیاس نانومتر    4

فصل دوم: مروری برمنابع
2- 1خواص کاربیدهای تنگستن    7
2-1-1 مطالعه بر سیستم کاربید تنگستن – کبالت.    7
2-1-2 سختی و اندازه دانه کاربید تنگستن- کبالت......    10
2-1-3 چقرمگی شکست    11
2-2- بررسی رشد دانه های کاربید تنگستن و ممانعت کننده های رشد    13
2-2-1- بررسی رشد دانه های کاربید تنگستن    13
2-2-2-بررسی تاثیر ممانعت کننده های رشد کاربید تنگستن – کبالت    16
2-3- بررسی تاثیر دمای تف جوشی بر رشد دانه های کاربید تنگستن...........................................................26  
2-4- روشهای تولید کاربید تنگستن    27
2-4-1- مراحل تولید    28
فصل سوم: روش کار و تحقیق
3-1 مراحل کلی فرایندها و آزمایشات    37
3-2- روشهای آزمایش    37
3-2-1- تهیه مواد اولیه مورد نیاز    37
3-2-2- بررسی کیفی و کمی مواد اولیه    38
3-2-3- تهیه نانو پودر تنگستن- کبالت    38
3-2-3-1- انتخاب ترکیب    38
3-2-3-2- توزین مواد و آسیاب آنها    39
3-2-3-3- خشک کردن    41
3-2-4- تهیه قطعه خام خشته    41
3-2-5- مرحله تف جوشی    42
3-2-6- انجام تستهای فیزیکی- مکانیکی- ساختاری    44
3-2-6-1- آزمایشهای فیزیکی................................................................................................................................ 44
3-2-6-1-1- تعیین تخلخل ظاهری    44
3-2-6-1-2- تعیین چگالی    44
3-2-6-1-3- تعیین درصد انقباض    47                          3- 2 -6-2- آزمایشهای مکانیکی     47                         3-2-6-2-1- تعیین سختی قطعه    48
            3-2-6-2-2- تعیین چقرمگی شکست    48
             3-2-6-3—تستهای ساختاری.............................................................................................................................50
          3-2-6-3-1- آزمایش XRD    50
3-2-6-3-3- میکروسکوپ الکترونی SEM    51
3-2-6-3-3- میکروسکوپ الکترونی TEM    51
3-2-7- کد کذاری نمونه ها    52
فصل چهارم نتایج:
4-1- نتایج بدست آمده از آسیاب پودر    56
4-1-1- نتایج بدست آمده چگالی ظاهری پودر    56
4-1-1-2- نتایج بدست آمده میکروسکوپ الکترونیSEM     57
 
4-1-3- نتایج بدست آمده از پراش پرتو ایکس    66
4-1-4- نتایج بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی TEM    70
4-2- نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر با افزودنی کاربید تانتالیوم    72
4-2-1- نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیکی    72
4-2-1-1- نتایج بدست آمده از چگالی خام نمونه ها    75
4-2-1-2- نتایج بدست آمده از چگالی حجمی پس از پخت نمونه ها    75
4-2-1-3- نتایج بدست آمده از تخلخل ظاهری نمونه ها    76
4-2-2- نتایج بدست آمده از آزمایشهای مکانیکی    77
4-2-2-1- نتایج بدست آمده از سختی نمونه ها    77
4-2-2-2- نتایج بدست آمده از چقرمگی شکست نمونه ها    77
4-2-2-3- نتایج بررسی میکروسکوپی نمونه های تف جوشی شده حاوی کاربید تانتالیوم......................  78
4-3- نتایج بدست آمده از تف جوشی نمونه های کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم     89
4-3-1- نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیکی    89
4-3-1-1- نتایج بدست آمده از چگالی خام و جگالی حجمی نمونه ها پس از پخت    89
4-3-1-2- نتایج بدست آمده از درصد انقباض و تخلخل ظاهری نمونه ها پس از پخت    90
4-3-2- نتایج بدست آمده از انجام آزمایشهای مکانیکی    90
4-3-2-1- نتایج بدست آمده از سختی نمونه ها    91
4-3-2-2- نتایج بدست آمده از چقرمگی شکست    91
فصل پنجم تحلیل نتایج:
5-1- تحلیل نتایج بدست آمده از تهیه نانو پودر    97
5-2- تحلیل نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر با افزودنی کاربید تانتالیوم    100
5-2-1- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش فیزیکی     100
5-2-2- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش ساختاری    101
5-2-3- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایش مکانیکی    103
5-3- تحلیل نتایج بدست آمده از تف جوشی پودر حاوی افزودنیهای توام TaC-VC))    107   
5-3-1- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای فیزیکی نمونه های حاوی  TaC-VC))      107
5-3-2- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای ساختاری نمونه های حاوی  TaC-VC))    108
5-3-3- تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشهای مکانیکی نمونه های حاوی  TaC-VC))     110
فصل ششم نتیجه گیری:
          6-1- نتیجه گیری    112

منابع و مأخذ
چکیده انگلیسی    115
منابع    116
 

فهرست جداول
عنوان                                                                                                                                 صفحه
                                                                                                                                                                           
جدول 2-1- انواع فازهای موجود در سیستم WC-Co       7    
جدول 2-2- مقایسه دمای یوتکتیک و میزان حلالیت کاربیدهای انتقالی     20
جدول 2-3- نتایج بدست آمده از خواص فیزیکی و مکانیکی هارد متال کاربید تنگستن با
 درصدهای وزنی مختلف کبالت و ممانعت کننده های رشد    22
 جدول 3-1- توزین مواد افزوده شده به آسیاب قبل و بعد از افزودنی    39
جدول 3-2- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی 5-1    40      
جدول 3-3- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی 15-1    40
جدول 3-4- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی 25-1    40   
جدول 3-5- مشخصات گلوله های بکار رفته در نسبت وزنی 35-1...........    40
جدول 3-6- شناسایی کدهای بکار رفته در آزمایش    53
جدول 4-1- نتایج بدست آمده از چگالی  ظاهری پودر    56
جدول 4-2- نتایج بدست آمده از پودر آسیاب شده بدون ممانعت کننده با
استفاده از میکروسکوپ SEM    65
جدول 4-3- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی 5-1    67

جدول 4-4- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی 15-1    68   
جدول 4-5- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی 25-1    68
جدول 4-6- نتایج استخراج شده از الگوهای پراش پرتو ایکس در نسبت وزنی 35-1    68   
جدول 4-7- نتایج استخراج شده از میکروسکوپ الکترونیTEM     72
جدول 4-8- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی قطعات    73    
جدول 4-9- نتایج بدست آمده از درصد انقباض انقباض و تخلخل نمونه ها پس از پخت    74
جدول 4-10- نتایج بدست آمده از آزمایش سختی چقرمگی شکست قطعات     75     
جدول 4-11- نتایج مربوط به میانگین اندازه دانه های کاربید تنگستن در نمونه های
حاوی کاربید تانتالیوم.....................................................................................................................................................................88             
جدول 4-12- نتایج بدست آمده از چگالی خام و چگالی حجمی نمونه ها     89    
جدول 4-13- نتایج بدست آمده از درصد انقباض و تخلخل نمونه ها بعد از پخت      90
جدول 4-14 نتایج بدست آمده از آزمایش سختی و چقرمگی شکست نمونه ها     91
جدول 4-15- نتایج مربوط به تعیین اندازه دانه  WCتوسط میکروسکوپ الکترونیSEM     95
 
فهرست شکلها
عنوان                                                                                                                                                            صفحه
شکل 2-1- مقطع عمودی دیاگرام فازی WC-Co         8
شکل 2-2- تغییرات دما بر سختی کاربیدهای سمانته    12
شکل 2-3 تغییرات سختی ترکیب WC-Co بر حسب اندازه داته کاربید تنگستن    10
شکل 2-4- تاثیر درصد وزنی کربن و کبالت بر چقرمگی شکست ترکیب WC-Co    11
شکل 2-5- شماتیک رشد دانه های کاربید تنگستن    13                                    
شکل 2-6- تاثیر اندازه دانه بر خواص مکانیکی کاربیدهای سمانته    17
شکل 2-7- تاثیر مقادیر وزنی کاربید وانادیم بر سختی ترکیب WC-6%wtCo با ا ندازه دانه اولیه متفاوت    21
شکل 2-8- تاثیر اندازه دانه کاربید تنگستن با مقیاسهای مختلف بر سختی WC-Co     23  
شکل 2-9- تاثیر مقادیر وزنی مختلف کاربید وانادیم بر چگالش کامل نانو هارد متال WC-7%wtCo.............. 24
شکل 2-10- تاثیر مقادیر وزنی مختلف کاربید وانادیم بر سختی نانو هارد متال WC-7%wtCo     25
شکل 2-11- تاثیر دمای تف جوشی بر اندازه دانه کاربید تنگستن    26
شکل 2-12- مقطع عمودی دیاگرام WC-C0    27
شکل 3-1- تصویر قالب پرس     42
شکل 3-2- سیکل حرارتی تف جوشی    43
شکل 3-3- تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ نوری برای تعیین سختی نمونه ها از طریق قطر فرورونده    48
شکل 3-4- تصاویر بدست  آمده از میکروسکوپ نوری مربوط به اندازه گیری میکرو ترک
جهت تعیین چقرمگی شکست     49
شکل 4-1- تصاویر میکروسکوپی از ذرات کاربید تنگستن نمونه های 5-1 حاصل از
 SEM در حالت الکترون ثانویه در بزرگنمایی 5000× در نمونه های الف)10000 ب)3000 ج)60000    58
شکل4-2- نمودار توزیع اندازه ذرات در نسبت وزنی 5-1     59
شکل4-3- تصاویر میکروسکوپی از ذرات کاربید تنگستن نمونه های 15-1 حاصل از SEM
 در حالت الکترون ثانویه در بزرگنمایی 10000× در نمونه های الف)10000 ب)3000 ج)60000    60
شکل4-4- نمودار توزیع اندازه ذرات در نسبت وزنی 15-1    61
شکل 4-5 تصاویر میکروسکوپی از ذرات کاربید تنگستن نمونه های 25-1 حاصل از
 SEM در حالت الکترون ثانویه در بزرگنمایی 10000× در نمونه های الف)10000 ب)3000 ج)60000    62   
شکل 4-6- نمودار توزیع اندازه ذرات درنسبت وزنی 25-1     63
شکل 4-7- تصاویر میکروسکوپی از ذرات کاربید تنگستن نمونه های 35-1 حاصل از SEM
در حالت الکترون ثانویه در بزرگنمایی 10000× در نمونه های الف)10000 ب)3000 ج)60000    64
شکل 4-8- نمودار توزیع اندازه ذرات در نسبت وزنی35-1    68    
شکل 4-9- نمودار تغییرات میانگین اندازه ذرات نسبت به تغییر نسبت وزنی گلوله به پودر     66
شکل 4-10- الگوهای پراش پرتو ایکس برای پودرهای تهیه شده در نسبتهای وزنی گلوله به پودر 5-1، 15-1،
25-1، 35-1    67   
شکل 4-11- استفاده از روش حداقل مربعات جهت حصول به ثوابت معادله Williamson Hall    69  
شکل 4-12- تغییرات اندازه دانه WC-C0برحسب درصد کرنش در نسبتهای مختلف گلوله به پودر        70
شکل 4-13- تصاویر میدان روشن از ذرات کاربید تنگستن حاصل ازمیکروسکوپ الکترونی
TEM برای نسبتهای وزنی گلوله به پودر  الف) 5-1 ب) 15-1 ج) 25-1 د)35-1    71  
شکل 4-14- تاثیر درصد وزنی TaC و دمای تف جوشی بر سختی نمونه ها     76
شکل 4-15- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های
 تف جوشی شده در بزرگنمایی 5000× الف) نمونه 1370N0  ب) نمونه1450N0 ج) نمونه  14900N0    78
شکل 4-16- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1370N0     79  
شکل 4-17- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1450N0     79
 شکل 4-18- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1490N0     79         
شکل 4-19- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های تف جوشی
 شده در بزرگنمایی 10000× الف) نمونه 1450T1  ب) نمونه1450T06 ج) نمونه  14500N0    80
 شکل 4-20- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1450T1    81
شکل 4-21- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1450T06    81
شکل 4-22-  تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های
تف جوشی شده در بزرگنمایی 10000× الف) نمونه 1490T06  ب) نمونه1490N0 ج) نمونه  1490T1     82
  شکل 4-23- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه1490T06    83    
شکل 4-24- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1490T1    83
  شکل 4-25-  تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های تف جوشی
 شده در بزرگنمایی  10000× الف) نمونه 1450T06  ب) نمونه1450N0 ج) نمونه  1450T03.    84
شکل 4-26- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه1450T06     85
شکل 4-27- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1450T03     85
شکل 4-28- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های تف جوشی
 شده در بزرگنمایی  10000× الف) نمونه 1490T03  ب) نمونه1490T06 ج) نمونه1490T1      86
 شکل 4-29- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1490T03    87
شکل 4-30-  تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های تف جوشی
 شده در بزرگنمایی 5000× الف) 1370TV0607  ب) 1410TV0607  ج) 1490TV0607..........  93
شکل 4-31-  تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM  از ریز ساختار نمونه های تف جوشی
 شده در بزرگنمایی 10000× الف) 1370TV0607  ب) 1410TV0607  ج) 1490TV0607    94
شکل 4-32- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1370TV0607     95
شکل 4-33- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1410TV0607     95  
شکل 4-34- نمودار توزیع اندازه دانه در نمونه 1490TV060........................................................................................... 96

فصل اول
مقدمه
   معرفی کاربید های سمانته
کاربیدهای سمانته گروهی از مواد با سختی و مقاومت سایشی بالا هستند که از یک فاز کاربیدی سخت و یک بایندر فلزی نرم، تشکیل شده اند. فلزی که به عنوان یک بایندر نرم انتخاب می شود، بایستی دارای ویژگیهای منحصر به فردی همچون؛ قدرت چسبندگی و خاصیت تر کنندگی بالا باشد. لذا در کاربیدهای سمانته، از بین فلزات نیکل، آهن و کبالت،  کبالت بهترین گزینه می باشد. کاربید تنگستن – کبالت، از لحاظ تجاری یکی از قدیمی ترین محصولات متالوژی پودر می باشد. این کامپوزیت ها شامل ذره های کاربید تنگستن متصل شده با فلز کبالت از طریق تف جوشی فاز مایع اند. خواص این مواد تابع خواص اجزاء آن که متشکل از کاربید سخت و شکننده و بایندر نرم است، می باشند.
کاربیدهای سمانته به علت سختی بالا و مقاومت سایشی مناسب، کاربردهای فراوانی در صنعت دارند که ساخت ابزار برشی، از مهمترین آنها می باشد. ابزارهای برش باید قادر باشند در درجه حرارت بالا و گرادیان های دمایی شدید، شوک حرارتی و خستگی و سایش، مقاوم باشند. مواد مورد استفاده برای ساخت ابزارهای برش و قالب ها باید سختی بالا داشته باشند تا از سایش بالا جلوگیری کنند. چقرمگی مناسب داشته باشند تا در مقابل ضربات شدید وارد شده بر آنها مقاومت داشته باشند. استحکام داغ داشته باشند تا ارتعاشات بوجود آمده در طی فرآیند ماشین کاری را تحمل کنند. سختی بالا، مقاومت به سایش عالی و چقرمگی مناسب کاربیدهای سمانته، امکان استفاده از آنها را در این ابزارها فراهم می کند. ابزارهای ماشین کاری یک صنعت دو میلیارد دلاری در سراسر جهان هستند و رکن اصلی عملیات ساخت برای فلزات، پلیمرها، مواد پیشرفته مانند بین فلزی ها و کامپوزیت ها می باشند. کاربید تنگستن (WC) به لحاظ سختی استثنایی و مقاومت به خوردگی بالا در بین کاربیدهای سمانته به خوبی شناخته شده است. گرچه کاربیدهای فلزی دیگر مانند TiC نیز در ابزارهای برش بکار می رود، ولی در حدود 95% همه ابزارهای برشکاری کاربید سمانته، از جنس کاربید تنگستن می باشند. در سال 1992، 60% تنگستن فلزی تولید شده برای ابزارهای برش، قالب ها و غیره به صورت((WC مصرف شد. در حالی که 25% به صورت فیلمان های لامپ، المان های گرمایی و محصولات پرسکاری مورد استفاده قرار گرفت و درصد باقیمانده در فولادها و سوپر آلیاژها، به صورت عنصر آلیاژی استفاده شد.]2[

کشف کاربید تنگستن
کاربید تنگستن توسط هنری مویسان در سال 1896 کشف شد]2[ . در همان آغاز کشف کاربید تنگستن، از آن به عنوان یک ماده افزودنی برای ساختن فولادهای تند بر(فولاد هایی که شامل 7/0درصد کربن، 12/0درصدتنگستن، 4/0کروم می باشد)، استفاده شد. او ترکیبی از اکسید تنگستن و کربن را در یک کوره قوس ذوب کرد و ترکیب  (W2C)را شناسایی کرد که سختی بالایی داشت. درسال 1914 دو محقق آلمانی به نامهای(VoigtlanderوLohman )]3[ ، یک روش برای ساخت کاربید تنگستن به وسیله واکنش اکسید تنگستن با کربن، در یک کوره لوله ای (کوره الکتریکی آزمایشگاهی که در ساخت آن از کوارتز و آلومین استفاده می شود)، ابداع کردند که این روش سالها به عنوان یک روش تولید قالبهای کششی از جنس کاربید تنگستن مورداستفاده قرار گرفت. آنچه که باعث پیشرفت کاربید تنگستن به صورت امروزی در آمد، تحقیقاتی بود که توسط محقق آلمانی به نام (Karl schroter)، در سال 1920 صورت گرفت]3[. او پودر کاربید تنگستن را با یک پودر فلزی که مخلوطی از آهن و کبالت بود، مخلوط کرد. سپس مخلوط را پرس و در دمای 1500 درجه سانتیگراد تف جوشی شد. او به یک ترکیب پایدار دست یافت که سختی بالایی داشت. اولین قالب های کاربید سمانته تف جوشی شده در سال 1922 آماده شد. در روش (Karl Schroter) یک ترکیب شیمیایی از آلیاژ هارد متال، شناخته شد که ترکیبی از کاربید تنگستن خیلی سخت با مقدار کمی از یک فلز از گروه (آهن، نیکل، کبالت) بود که به عنوان فلز اتصال دهنده نرم مورد استفاده قرار گرفت. از موارد قابل توجه دیگر در این روش می توان به ساخت آلیاژ های هاردمتال، با به کارگیری فرایند متالوژی پودر، یعنی پرس و تف جوشی مخلوط پودرهای کاربید تنگستن و فلز بانیدر اشاره کرد که در سال 1922 موفقیت بزرگی به شمار می آمد. از آن زمان به بعد، استفاده از کاربید تنگستن در صنعت مورد توجه قرار گرفت. کاربید تنگستن در کارخانجات تولید لامپ رشته ای، در آمریکا و آلمان کاربرد داشت. از زمان اختراع فیلم های تنگستن برای استفاده در لامپ های رشته ای از آغاز قرن بیستم، تولید کنندگان به دنبال جایگزین مناسب برای قالب های گران قیمت الماسه، جهت استفاده در کشش سیم بودند. پس از بوجود آمدن یک وقفه زمانی در کارخانجات الماس در آغاز جنگ جهانی اول، کارخانجات لامپ آلمانی بلافاصله کاربید تنگستن را به عنوان جایگزینی برای خرید مواد انتخاب کردند. از سال 1922 تا کنون گر چه استفاده از روشهای جدیدتر تولید هارد متال در حال پیشرفت است، اما استفاده از روش (Karl Schroter) به عنوان یک روش اصلی تولید کاربید های تنگستن، همچنان مورد استفاده قرار می گیرد.

اهمیت استفاده از ذرات نانو در کاربیدهای سمانته
تحقیق و بررسی مواد در اندازه نانومتر، اخیراً به عنوان یکی از مهمترین زمینه ها در علم مواد مطرح است. به طور کلی، اغلب منظور از ذرات نانو، ذراتی با اندازه (1 تا100 نانومتر) می باشند. آزمایشات اخیر نشان داده است که ذرات نانو یکپارچه دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به ذرات با اندازه میکرونی می باشند. افزایش سختی فلزات و افزایش چقرمگی شکست از جمله این خواصند. خواص منحصر به فرد ذرات با اندازه نانومتر نسبت به ذرات با اندازه میکرونی، انگیزه اصلی محققین علم مواد را برای دست یابی به تکنیکهایی جهت ریز کردن اندازه دانه ها در حد نانومتر، برای رسیدن به خواص مکانیکی و ساختاری بهتر را فراهم آورده است. یکی از تولیدات موفق متالوژی پودر، تولید پودر در مقیاس نانومتر می باشد، که به دلیل ویژگی های کاربردی و اقتصادی بالا از موفق ترین محصولات متالوژی پودر به شمار می رود. کاربید تنگستن - کبالت از جمله ترکیباتی به شمار می رود که تاثیر ریز کردن اندازه دانه در آن در حد نانومتر، خواص مکانیکی و ساختاری آن را تا حد مطلوبی بهبود می بخشد. استفاده از ممانعت کننده های رشد، مانند کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم، در حین تف جوشی فاز مایع، از راههای کنترل اندازه دانه کاربید تنگستن  به شمار می رود. گرچه با ریزکردن ذرات در حد نانومتر چقرمگی شکست و استحکام افزایش پیدا می کند، ولی مشکلاتی نیز در حین ریز کردن ذرات بوجود می آید. یک مشکل به وجود آمدن ناخالصیهایی مانند اکسیژن در حین زمان آسیب طولانی مدت در آلیاژ سازی مکانیکی پودر می باشد که سبب ایجاد مکانهای جوانه زنی جهت شکست ترد در مسیر انتشار آن می شود. مشکلاتی از این قبیل، تا حدودی افزایش در چقرمگی شکست را نفی می کنند و درمجموع این تأثیرات کاهش اندازه ذرات را تا حدودی محدود می نمایند. تاثیر ریز کردن پودر اولیه کاربید تنگستن با ده درصد وزنی کبالت، برروی خواص مکانیکی و ساختاری کاربید نتگستن-کبالت، و تاثیر استفاده از ممانعت کننده رشد کاربید تانتالیوم به تنهایی، و ممانعت کننده های رشد کاربید تانتالیوم و کاربید وانادیم به طور توام، بر خواص مکانیکی و ساختاری نانو هارد متالهای کاربید تنگستن-کبالت، در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.