نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

چکیده

مواد هدفمند، نوع جدیدی از کامپوزیت‌ها با ریزساختار ناهمگن هستند که خواص فیزیکی و مکانیکی آنها در راستای ضخامت ماده به صورت پیوسته تغییر می‌کند. تحقیقات زیادی در زمینه ساخت و تخمین خواص و همچنین تحلیل های سازه‌ای و حرارتی مواد هدفمند صورت گرفته است. با تغییر درصد حجمی مواد تشکیل دهنده می‌توان خواص مکانیکی، فیزیکی و ترمودینامیکی مختلف را از آنها انتظار داشت. در این پژوهش، کامپوزیت هدفمند پنج لایه مس- آهن با تغییر ترکیب لایه‌ها به صورت پله ای بین مس خالص و آهن خالص به کمک روش متالورژی پودر ساخته شد. ابتدا پودر فلزات به وسیله پرس در فشار بالا فشرده شد و پس از آن، قطعات خام اولیه برای اتصال بهتر لایه‌ها و افزایش استحکام در کوره مناسب، تفجوشی شدند. برای مقایسه نتایج از دو نوع پرس مختلف شامل پرس تک محوره و پرس ایزواستاتیک سرد برای ساخت قطعات استفاده شد. جهت مشاهده ریزساختار و چگونگی تغییر ترکیب لایه‌های ماده هدفمند، میکروسکوپ نوری بکار رفت. نتایج مطالعات میکروسکوپی، اتصال خوب لایه‌ها و ذرات فلز و میزان نسبتاً کم حفره‌ها در هر لایه را نشان دادند. برای تعیین خواص مکانیکی کامپوزیت نیز، نمونه های مس- آهن هدفمند ساخته شده مورد آزمایش‌های خمش و کشش قرار گرفتند. نمودارهای تنش- کرنش به دست آمده از آزمایش، افزایش استحکام خمشی و کششی ماده هدفمند مس- آهن را در مقایسه با مس و آهن خالص ساخته شده به روش متالورژی پودر نشان دادند. همچنین پرس ایزواستاتیک سرد در افزایش استحکام قطعات نسبت به پرس تک محوره بسیار موثرتر واقع گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Fabrication and mechanical characterization of Cu-Fe FGM produced by powder metallurgy method

چکیده [English]

Functionally graded materials (FGM) are a new type of composites with non-homogenous microstructure, which their physical and mechanical properties vary in the thickness direction continuously. Many researches in the field of property estimation, structural and thermal analysis of materials have been targeted. Different mechanical, physical and thermo-dynamical properties can be expected from these materials by changing the containing materials volume fraction. In this research, five layered Cu-Fe FGM specimens were fabricated with changing stepwise in the layers composition between pure copper and pure iron by powder metallurgy method. First the metal powders were compressed by press in high pressures and then the green specimens were sintered in a proper furnace was used to improve the layers connection and to increase the strength of the specimens. Two press systems containing uniaxial press and cold iso-static press were used in the fabrication of specimens to compare the results. Optical microscope was used to observe the microstructure and the combination of FGM layers. The results of microscopic investigations showed fine connectivity of the layers and powders and low density of pores in each layer. The produced Cu-Fe FGM specimens were tested in bending and tension to achieve their mechanical properties. The obtained stress-strain curves of these specimens showed enhancement in flexural and tensile strength of Cu-Fe FGM compared with the existing curves for pure copper and iron made by powder metallurgy method. Also cold iso-static press was highly more effective than uniaxial press in increasing the strength of specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functionally graded material
  • Powder Metallurgy
  • Microstructure
  • bending strength
  • Tensile strength