مواد با تافنس استحاله ای برای استفاده در ابزارهای برشی (3)

کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

همانگونه که قبلا گفته شد، تحقیقات دقیق و مطالعه های توسعه ای بر روی سیستم های Y-TZP و Ce-TZP با هدف بهبود این مواد و استفاده در ماشین کاری فولاد و چدن، انجام شده است. تحقیقات در واقع برروی تولید
دوشنبه، 16 بهمن 1396
تخمین زمان مطالعه:
پدیدآورنده: علی اکبر مظاهری
موارد بیشتر برای شما
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

نویسندگان: آر کریشنامورتی
سی وی گوکولارات نام
مترجم: حبیب الله علیخانی
همانگونه که قبلا گفته شد، تحقیقات دقیق و مطالعه های توسعه ای بر روی سیستم های Y-TZP و Ce-TZP با هدف بهبود این مواد و استفاده در ماشین کاری فولاد و چدن، انجام شده است. تحقیقات در واقع برروی تولید سری ها، سایش سری های تولیدی و استفاده از این سری ها به عنوان ابزار برش، معطوف شده است.
طراحی و استفاده از سرامیک های افزایش تافنس یافته با استحاله، مانند Y-TZP بر اساس استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک القا شده با تنش Y-TZP یا Ce-TZP می باشد. شکل 1 نشاندهنده ی کاربردهای بالقوه ی سرامیک های مهندسی می باشد. همانگونه که در شکل 1 مشاهده می شود، سیستم کوالانسی SiC و سیلیکون نیترید دارای کاربردهای دما بالاتر هستتند، در حالی که سیستم های تافنس یافته با استحاله (مانند TZP و ZTA و ...)، در کاربردهای با تنش بالاتر، استفاده می شوند.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
اعمال تنش بالا به اتصال های یونی، موجب می شود تا سرامیک های اکسیدی ترد بتوانند تنش مورد نیاز برای انجام استحاله ی زیرکونیا را فراهم آورند. دلایل دیگری که موجب شده است تا از سرامیک های افزایش تافنس یافته با زیرکونیا، در کاربردهای دما پایین استفاده شود، عبارتند از:
نرخ خزش زیرکونیای پایدار شده به صورت جزئی (PSZ) و TZP نسبت به سیلیکون کاربید و سیلیکون نیترید، بالاتر است.
افزایش تافنس با استحاله، از تنش هایی ایجاد می شود که بوسیله ی استحاله ی فازی القا می شوند. این مسئله موجب کاهش در دمای تعادلی (کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP) می شود.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
که در اینجا، Ms دمای شروع مارتنزیت

As دمای استحاله ی معکوس می باشد.
شکل 2 نشاندهنده ی بیان شماتیک از نمودار دمای انبساط مربوط به سرامیک های افزایش تافنس یافته با زیرکونیا، می باشد. همانگونه که در شکل 2 مشاهده می شود، در طی حرارت دهی، یک استحاله ی مونوکلینیک به تتراگونال مشاهده می شود که این استحاله با افزایش در حجم، همراه است. در طی سرد کردن (استحاله ی معکوس تتراگونال به مونوکلینیک)، زمینه مخالف انجام استحاله ی معکوس است و این مسئله منجر به بروز ترک و شاخه دار شدن ترک های موجود می شود. وقتی ترک اشاعه می یابد، یک رهایش قید مشاهده می شود. این مسئله موجب تسهیل افزایش تافنس می شود. در زیر دمای استحاله ی روبه جلو (RT)، تنش القا شده در سری ترک، موجب بوجود آمدن استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک می شود و این مسئله موجب افزایش حجمی و افزایش تافنس زمینه، می شود. این مکانیزم افزایش تافنس، مربوط به پایدارسازی کینتیکی مربوط به فازها در TZP است. نوع پایدار سازی، کینتیک و دینامیک مربوطه، بعدها، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

سیستم Y-TZP

جزئیات تولید

پودر ریز ایتریا با زیرکونیا مخلوط می شود (این پودرها به شیوه های شیمیایی و یا هم رسوبی، تولید می شوند) و در آسیاب سیاره ای و یا سایر انواع آسیاب های مناسب، مخلوط سازی و آسیاب می شوند. ترکیب زیرکونیا و ایتریا با 4 % وزنی پلی وینیل استات و یا پلی وینیل الکل مخلوط می شوند (به عنوان بایندر) و در هوا خشک می شوند. توزیع اندازه ی ذرات ایتریا – زیرکونیا، بوسیله ی آنالیزور لیزری اندازه ی ذره، بررسی می شود. برای مثال، اندازه ی متوسط مربوط به اندازه ذرات در زمان های آسیاب کاری مختلف برای یک مخلوط 2 % وزنی ایتریا- زیرکونیا، در زیر آورده شده است:
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
بنابراین، اندازه ی ذره ی پودر مورد نیاز برای زینترینگ، می تواند بوسیله ی تنظیم شرایط آسیاب کاری، تنظیم شود.

استفاده از Y-TZP به عنوان ابزار برش

آزمایش های ماشین کاری با استفاده از Y-TZP انجام شده است. مطالعه شامل زینترینگ، سایش و ماشین کاری، می باشد.

زینترینگ سری های Y-TZP

پودر ریز Y-TZP حاوی مقادیر متغیر مولی از ایتریا، در یک آسیاب سیاره ای و در محیط استون مخلوط سازی و آسیاب کاری می شود تا بدین صورت اندازه ی ذره ای در حدود 0.83 میکرون، ایجاد شود. پودر با استفاده از 4 % وزنی بایندر پلی وینیل استات و یا پلی وینیل الکل و با فشار 200 مگاپاسکال، فشرده سازی می شود. توده ی متراکم سپس در هوا و در دماهای بالا و در داخل یک کوره ی عملیات حرارتی سیلیکون کاربیدی، زینترینگ می شود. نمونه ها سپس مورد بررسی قرار می گیرند. نمودار ستونی مربوط به زینترینگ، در شکل 3 نشان داده شده است.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

مشاهدات مربوط به زینترینگ

مطالعات انجام شده بر روی کامپوزیت زینتر شده، نشان داده است که حفظ فاز تتراگونال دما بالا در دمای اتاق، به دانسیته ی حاصله در حین تولید، وابسته می باشد. این مسئله در شکل 4 نشان داده شده است. این مشاهده شده است که وقتی دانسیته افزایش می یابد، میزان فاز تتراگونال نیز افزایش می یابد. وقتی متراکم شوندگی ایجاد می شود، قید ایجادی بوسیله ی دانه های همسایه، افزایش می یابد و این مسئله منجر به حفظ بهتر فاز تتراگونال می شود. اندازه ی دانه ی بحرانی همچنین بر روی فرایند استحاله، مؤثر می باشد. شکل 5 نشاندهنده ی اثر نمونه وار مربوط به میزان ایتریا بر روی اندازه ی دانه ی بحرانی می باشد. این مشاهده می شود که تقریباً در 2.5 % مولی ایتریا، یک افزایش شدید در اندازه ی دانه، رخ می دهد.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
 
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
پارامتر دیگر که بر روی اندازه ی دانه، اثرگذار است، دمای زینترینگ می باشد. شکل 6 نشاندهنده ی اثر دمای زینترینگ بر روی اندازه ی متوسط دانه می باشد. بنابراین، برای حصول نتایج خوب در افزایش تافنس با استحاله، این ضروری است که مقادیر قابل توجهی از فاز تتراگونال در دمای اتاق، حفظ شود. این مسئله در واقع بوسیله ی میزان ایتریا و دمای زینترینگ، تعیین می شود.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

تشکیل فاز تتراگونال در طی زینترینگ

همانگونه که قبلا گفته شد، استفاده از استحاله ی فازی تتراگونال به مونوکلینیک در Y-TZP (TTZ) براساس حفظ و ایجاد حالت شبه پایدار فاز تتراگونال در زمینه، می باشد. مطالعه ی تفرق اشعه ی X بر روی کامپوزیت های 2 % مولی YTZP، نشان داده است که میزان فاز تتراگونال در حالت فشرده سازی و زینترینگ، بیشتر از حالت پودری منفرد است. شکل 7 نشاندهنده ی الگوهای تفرق اشعه ی X برای فازهای مختلف در نمونه های زیرکونیای زینتر شده، می باشد.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
برای آگاهی یافتن از استحاله های ایجاد شده در فاز تتراگونال شبه پایدار به مونوکلینیک، روش های سخت کاری رسوبی اعمال می شوند. نمونه های کوئنچ شده تحت عملیات های آنیل در دمای پایین قرار می گیرند. این مشاهده شده است که کوئنچ موجب افزایش میزان فاز تتراگونال می شود. جدول 1 نشاندهنده ی مشاهدات مربوط به اشعه ی X بر روی این نمونه هاست.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
آنیل در دمای 200 درجه ی سانتیگراد و به مدت 24 ساعت، منجر به استحاله ی یک میزان مناسب از فاز تتراگونال به فاز مونوکلینیک، می باشد. این مسئله نشاندهنده ی این استس که فرایند کوئنچ، منجر به یک میزان قابل توجه از ذرات تتراگونال با قابلیت استحاله، می شود. اثر عملیات های حرارتی مختلف بر روی تشکیل فاز تتراگونال، دانسیته و استحکام خمشی در جدول 2 آورده شده است.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
سختی مربوط به TTZ تحت تأثیر عملیات حرارتی است. شکل 8 نشاندهنده ی سختی ویکرز نمونه وار برای شرایط عملیات حرارتی مختلف است. حساسیت بار نسبت به مقادیر سختی می تواند به دلیل افزایش تافنس با استحاله ی TTZ باشد. همانگونه که قبلا گفته شد، TTZ می تواند موجب ایجاد تنشی شود که منجر به القای استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک، می شود. این مسئله نشاندهنده ی یک افت در مقدار سختی به میزان 100 تا 150 پوند می باشد. زمان آنیل نیز بر روی سختی نمونه های TTZ مؤثر است.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
 
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
 
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
 
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

شکل 9 نشاندهنده ی یک تغییر نمونه وار در سختی و زمان آنیل می باشد. افزایش در زمان آنیل، موجب کاهش در مقدار سختی می شود. افزایش و کاهش مشاهده شده در مقادیر سختی در حدود زمان آنیل 4500 دقیقه، می تواند مربوط به اثر ترکیبی استحاله ی القا شده با تنش، میکروترک ها و برهمکنش ذرات بالک، باشد.
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
 
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
زمان زینترینگ همچنین بر روی سختی اثرگذار است (شکل 10). در زمان زینترینگ 150 دقیقه، ماکزیمم سختی بدست می آید. بر اساس این مشاهده ها، تمام سری های از جنس TTZ که برای کاربردهای ماشین کاری استفاده می شوند، عملیات حرارتی زیر را تجزیه می کنند:
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP
کاربردهای سیستم های Y-TZP و Ce-TZP

استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.

منبع مقاله :
CERAMIC CUTTING TOOLS/ Materials, Development, and Performance/ E. Dow Whitney
 


مقالات مرتبط
ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
مقالات مرتبط
موارد بیشتر برای شما
رستوران و کافه نزدیک هتل لیلیوم کیش
رستوران و کافه نزدیک هتل لیلیوم کیش
فراخوان شصت و سومین سال جایزه (نخبگانی) سال 1404
فراخوان شصت و سومین سال جایزه (نخبگانی) سال 1404
حمله هوایی ارتش اسرائیل به یک خودرو در غزه
play_arrow
حمله هوایی ارتش اسرائیل به یک خودرو در غزه
رهبر انقلاب: روزی بخواهیم اقدام بکنیم احتیاجی به نیروی نیابتی نداریم
play_arrow
رهبر انقلاب: روزی بخواهیم اقدام بکنیم احتیاجی به نیروی نیابتی نداریم
رهبر انقلاب: فردای منطقه به لطف الهی از امروز بهتر خواهد بود
play_arrow
رهبر انقلاب: فردای منطقه به لطف الهی از امروز بهتر خواهد بود
نقشه شوم آمریکا برای جهان به روایت رهبر انقلاب
play_arrow
نقشه شوم آمریکا برای جهان به روایت رهبر انقلاب
پزشکیان: حضور زنان در آینده کشور مؤثر تر از من است که اینجا ایستاده‌ام
play_arrow
پزشکیان: حضور زنان در آینده کشور مؤثر تر از من است که اینجا ایستاده‌ام
اهدای جوایز به زنان موفق در مراسم آیین تجلیل از مقام زن
play_arrow
اهدای جوایز به زنان موفق در مراسم آیین تجلیل از مقام زن
رهبر انقلاب: مداحی یک رسانه تمام عیار است
play_arrow
رهبر انقلاب: مداحی یک رسانه تمام عیار است
رهبر انقلاب: مهم‌ترین کار حضرت زهرا(س) تبیین بود
play_arrow
رهبر انقلاب: مهم‌ترین کار حضرت زهرا(س) تبیین بود
سرود جمعی با اجرای نوشه‌ور در حسینیه امام خمینی(ره)
play_arrow
سرود جمعی با اجرای نوشه‌ور در حسینیه امام خمینی(ره)
مدیحه سرایی احمد واعظی در محضر رهبر انقلاب
play_arrow
مدیحه سرایی احمد واعظی در محضر رهبر انقلاب
مداحی اتابک عبداللهی به زبان آذری در حسینیه امام خمینی
play_arrow
مداحی اتابک عبداللهی به زبان آذری در حسینیه امام خمینی
مداحی مهدی ترکاشوند به زبان لری در محضر رهبر انقلاب
play_arrow
مداحی مهدی ترکاشوند به زبان لری در محضر رهبر انقلاب
خطر تخریب یکی از بزرگترین مساجد دوران قاجار
play_arrow
خطر تخریب یکی از بزرگترین مساجد دوران قاجار