دانلود تحقیق سرمت متریال

سرمت، نامی اختصاری که در تمام جهان برای ترکیبی همگن که از فلزها یا آلیاژها یا یک یا چند فاز سرامیکی است که متشکل از تقریباً 15 تا 18 درصد از حجم آن است و انحلال پذیری نسبتاً اندکی بین فازهای فلزی و سرامیکی در دمای آماده سازی وجود دارد به کار می رود.

تعریفی خوب از کلمه سرامیک را می توان در« فهرست سرامیکی» پیدا کرد .

هر نوع محصول غیر عادی، غیر فلزی که در طول ساخت یا استفاده در معرض دمای بالا قرار می گیرد.

بطور نمونه، اما نه منحصراً، سرامیک یک اکسید،براید،کاربید فلزی، یا ترکیب یا مخلوطی از چنین موادی است؛ که در آنها آنیونهایی وجود دارد که نقش مهمی در ساختار و خواص اتمی بازی می کند.» با داشتن منبعی خاص در مورد سرمت ها، این تعریف از جزء سرامیکی می تواند تا مرزی گسترش یابد که شامل نیتریدها، کربونیتریدها و سیلیسیدها نیز بشود.

در دیدی وسیع، سرمت ها همانند نوع خاص مواد سخت و دیرگداز موجود در طبقه کلی، زمینه فلزی کامپوزیت ها هستند.

در مقاله های علمی این موضوع پوشش خوبی داده شده است، به ویژه در طیف حجم شکستگی های خاص قابل مقایسه و اجزاء فلزی.

در مقام مقایسه با لایه های کامپوزیت،ترکیب فلز و غیر فلز در سرمت ها در مقیاس بسیار ریز اتفاق می افتد.فاز غیر فلزی معمولاً غیر رشته ای است اما تعدادی دانه های ریز غیر هم محور تشکیل یافته که به خوبی در هم پراکنده شده و به زمینه فلزی چسبیده اند.

در صورتی که جزء فلزی یا سرامیکی غالباً به صورت رشته‌ای می باشند، ماده باید به عنوان یک ماده ی کامپوزیتی در نظر گرفته شود.

اتصال بین فاز غیر فلزی و زمینه فلزی اثرات مهمی را در بین سرمت ها ایجاد می کند؛ این مورد به شدت بر ارتباطات فازی، انحلال پذیری و ویژگی های مرطوب شدن که در ارتباط با اجزاء سرامیکی و فلزی هستند، تاًثیر می گذارد.

تفاوت در بین اندازه ی جزء سرامیکی به سیستم و کاربرد آن مربوط است.

این میتواند ریزی 50 تا 100 میکرومتر باشد، همانگونه که در بعضی از انواع سرمت ها بر پایه ی دی اکسید اورانیوم(uo2) که برای عناصر سوخت راکتور هسته ای استفاده می شوند یا به ریزی 1 تا 2 میکرومتر، که در نوع ریز ذرات کاربیدهای سمانته شده وجود دارد.

می باشد.

در صورتی که جزء سرامیکی، کوچکتر و در اندازه های کمتر می باشد، ماده می تواند به عنوان طبقه ای از آلیاژ مقاوم شده تلقی شود و بنابراین از تعریف مورد قبول برای سرمت ها خارج می شود.

هدف اصلی از ترکیب فلز و سرامیک در مقیاس معمولی، دستیابی یه کیفیت مورد نظر و حذف خواص نا مناسب و نا خواستنی هر دو نوع ماده است.

مثال برجسته ای از خواص مطلوب که از مواد سرامیکی و فلزی حاصل می شود انواع فلزات سخت است که از کاربیدهای سمانته ساخته می شوند.

کاربیدهای سمانته شده از رشدی دائمی در 6 دهه ی گذشته برخوردار بوده اند.در طول این زمان، توسعه مواد ابزارهای ساخته شده از سرمت/ فلز سخت از کاربیدهای با پایه ی فلز تنگستن به مواد پیچیده ی کاربیدی و با پایه ی نیتریدی رفت(جدول 1)

جدول 1 :تاریخچه ای ا ز توسعه تولیدات سرمت وبازا ریابی آنها











بطور کلی سرمت ها برای کاربردهایی نظیر ابزار برش استفاده می شدند.

در حدود 45 سال پیش، آنها در کاربردهای دیگری نیز به ایفای نقش پرداختند همانند سیستم های پیشرانش(فشار به سوی جلو) از این مواد انتظار می رود که خواص سرامیک مانند رفتار دیرگدازی، مقاومت و پایداری در مقابل خوردگی، بطور مفیدی با بخش پایه ی فلزی که خواصی مانند شکل پذیری بالا، و هدایت حرارتی دارد همکاری نماید و دیگر اینکه بعضی از مواد عالی جدید برای کاربردهای با دماهای بسیار زیاد تولید شوند.

متاسفانه با وجود تلاش های بسیار در ایالات متحده و اروپا در طول دهه ی 1950 این اهداف حاصل نشدند.

میزان چکش خواری و سختی حاصل از بخش چسباننده ی فلزی برای بسیاری از کابردهای حیاتی نظیر موتور توربو جت(هواپیمای جت توربین دار)و پره های جت ایستگاه گازی یا تیغه های نازل ها، ناکافی باقی ماند.

هر چند که در موارد دیگر، سرمت ها، مواردی را برای مواد مورد استفاده در مهندسی بهبود بخشیدند، به خصوص در ابزاری که بر پایه ی کاربید تیتانیم(TiC) یا کربونیتراید تیتانیم(TiC,N) هستند، و نیز در بعضی از انواع عناصر سوخت هسته‌ای سرمت های بر پایه ی دی اکسید اورانیوم، به همان خوبی آنهایی که بر پایه ی کاربید اورانیوم(UC) هستند، امکان تبدیل شدن به سوخت هسته ای را دارند.

سرمت های بر پایه ی بورید زیرکونیوم(ZrB2) یا بورید سیلیکون(SiC) و بقیه که شامل اکسید آلومینیوم (Al2O3)، دی اکسید سیلیکون کاربید بور(B4C) یا ترکیبات دیرگداز همراه با الماس هستند، خواص یکسانی دارند.

بعضی ها بطور اقتصادی در طیف وسیعی از کاربردها که شامل ابزارهای ماشین کاری گرم، شفت ها و بدنه در پوش لوله های فلزی، اجزاء شیر فلکه و بخش های پوشاننده، لوله ها و فازل ها در معرض دماهای بسیار بالا، اجزاء موتور موشک، گیره های کوره و عناصر اصلی آن، چرخ های ساینده و سرمت های شامل الماس و دندانه های اره، می شود.

بکار می روند.

یکی از کاربردهای مهم سرمت ها شامل مواد ابزار برش می باشد که از TiC یا TiC,N به عنوان فاز به شدت دیرگداز استفاده می کند.

همچنین کاربید مولیبدن(MO2C) و دیگر کاربیدها بر اساس فرمول بندی این سرمت ها ساخته می شوند.

مقاومت به خوردگی و سایش لبه و دیواره مواد ابزار ساخته شده از سرمت TiC و TiC,N بهتر از همین خواص متعلق به ابزارهای کاربیدهای سمانته شده معمول(که کبالت مخلوط با کاربید تنگستن است) می باشد.

در مقایسه با ابزارهای برش سرامیکی، این سرمت ها اجازه ی برش سنگین را دارند که در سرعت بالا، نتیجه ی آن میزان بیشتری از فلز حذف شده در سطوح قابل مقایسه با عمر ابزار است.

به روشنی سرمت ها دارای ویژگی های مواد ابزار برش هستند که قادر است فاصله بین کاربیدهای سمانته شده معمولی و سرامیک ها را پر سازد.

یکی از کاربردهای صنعتی سرمت احیاگری مکانیکی است.

یکی از نتایج حاصل از بازرسی‌های CM و خصوصاً آنالیز روغن وجود درصد بالای فلز در روغن آنالیز شده و نشان از وجود خوردگی فلزی است که در سطوح درگیر رخ می دهد.

سرمت که ماده ی ترکیبی از سرامیک و فلز است طبق تکنولوژی نوینی که در چند کشور جهان به ثبت رسیده است ساخته شده که به محلهای خوردگی همراه روانکار(روغن یا گریس) تزریق می شود.در صورتی که محیط انرژی لازم یعنی دما و فشار مناسب را جهت واکنش ها داشته باشد، سرمت باعث می شود ذرات فلز موجود در ماده روانکار به سطوح خورده شده باز گشته وبه مرور زمان خوردگی ترمیم شده و علاوه بر آن سطحی بسیار صیقلی حاصل می شود.

در این روش نیازی به توقف تجهیز نبوده و تعمیر در حین کار و بهره برداری عادی تجهیز صورت می پذیرد.

اصطلاح "Revitalization" از واژه لاتین(vita) به معنی زندگی گرفته شده و به معنای احیای مجدد است.

کشف پدیده احیا گری مبتنی بر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انحصاری است که تحت شرایط ویژه ای در ناحیه ی دارای اصطکاک رخ می دهد.

سرمت که ترکیبی از دو نام سرامیک و فلز است و حاوی یک نوع ماده اولیه و یک کاتالیزور است، انرژی اضافی حاصل از اصطکاک گرما و فشار را صرف تشکیل سطحی جدید بر روی قطعات می کند.

فرایند احیاگری به محض آنکه شکل هندسی قطعه(یا قطعات دستگاه) ترمیم شده و به شکل اولیه بازگردد،پایان می یابد.

با انجام عملیات احیاگری قطعاتی که در تماس با یکدیگر هستند با هم کاملاً انطباق می یابد.

پس از احیاگری سطوح قطعات به مانند شیشه صیقلی می گردد.ضخامت این لایه های باز سازی شده بر روی قطعات فرسوده پمپها چند میکرون، در مورد موتور خودروها تا دهها میکرون و بر روی چرخ دنده ها تا صدها میکرون می رسد.

1 -2 – طبقه بندی:
سرمت ها می توانند بر طبق اجزاء دیرگدازشان طبقه بندی شوند.

در این سیستم، رده های اصلی سرمت ها با حضور شش جزء مشخص می شود.

کاربیدها، کربونیتریدها،نیتریدها،اکسیدها،بوریدها و انواع مواد کربن دار.

فاز چسباننده ی فلزی می تواند از عناصر گوناگونی تشکیل شود، به صورت تنها و یا بصورت ترکیبی، مانند نیکل،کبالت،آهن،کروم،مولیبدن و تنگستن؛همچنین می تواند شامل دیگر فلزات نیز مانند فولاد زنگ نزن، سوپر آلیاژها،تیتانیم،زیرکونیوم یا بعضی از آلیاژهای با نقطه ذوب پائین مس یا آلومینیوم نیز باشد.

حجم کل فاز چسباننده تماماً به خواص مورد نظر و استفاده نهایی مورد نظر از ماده بستگی دارد.

این حجم می تواند از 15 تا 85 درصد باشد، اما برای کاربردهای ابزار برش، بطورکلی،کمتر از نصف از مقدار کل نگهداشته می شود(برای مثال 10 تا 15 درصد از درصد وزنی)اتصال(پیوند) فلزی برای هر سرمت به منظور رسیدن به ساختار و خواص مورد نظر برای کاربردی خاص،انتخاب می شود.گروه فلزات آهنی و آلیاژهای آنها در طبقه ی فلزات سخت کاربید تنگستن سمانته شده غالب هستند؛نیکل و به میزان کمتر کبالت و آهن ترکیبات مطلوب را برای سختی بالا و چکش خواری خوب دارا می باشند.

با تمام این احوال، ماده چسباننده برای یک سرمت می تواند از گروهی از فلزات واکنش پذیر انتخاب شود مانند تیتانیم یا زیرکونیوم و یا می تواند از یک سری از فلزات دیرگداز که شامل کروم،نیوبیوم،مولیبدن و تنگستن می باشد، انتخاب شود.

فلزات و آلیاژهای کمتر ذوب شونده و در درجه اول آنهایی که بر پایه ی مس و آلومینیوم می باشند.از لیست چسباننده ها و از انتهای مقیاس حرارتی آن خارج هستند.

با این وجود اغلب آلومینیوم در کامپوزیت های با زمینه فلزی وجود دارد.

1-2-1- سرمت های با پایه ی کاربید: سرمت ها با پایه ی کاربید بزرگترین دسته از سرمت ها هستند، حتی اگر لغت سرمت بسیار سخت گیرانه بکار رود و گستره ی وسیعی از کاربیدهای سمانته شده بکار رفته در ابزار برش و بخش های پوشاننده بر پایه ی کاربید تنگستن(wc)را در نظر نگیرد.

از زمان تکنولوژی سرمت، مفهوم برجسته به این صورت بوده است که این مواد بر پایه ی TiC به عنوان بخش سخت اصلی و نیز بخش دیر گداز هستند که با اتصال به یکدیگر، هر نوع از فلزات یا آلیاژهای شکل پذیر دیرگداز را تشکیل می دهند(بیشتر از آنچه برای کاربیدهای سمانته شده تنگستن استفاده شده است).

سرمت های TiC کاربردهایی در ابزار و پوشش های مقاوم، همچنین در سیستم هایی که برای دماهای بالا و فشارهای زیاد بکار می روند همچنین در محیطهای خورنده استفاده می شوند.سرمت های با پایه ی SiC و B4C که عموماً به عنوان کامپوزیت زمینه فلزی طبقه بندی می شوند اهمیت ویژه ای در صنایع به خصوص در پوشش ها و قسمت های ضد سایش و ضد خوردگی بدست آورده اند؛همچنین این مواد در کاربردهای راکتور هسته ای نیز استفاده شده اند؛ موادی با پایه ی کاربید کروم(Cr3C2) برای انواع مختلفی از کاربردهای مقاوم به خوردگی و نیز به عنوان بلوک های مدرج و شاخص استفاده شده اند؛ با این حال به نظر می رسد که آنها بسیاری از استفاده های صنعتی خود را از دست داده اند.

1-2-2- سرمت های با پایه ی کربونیترید: سرمت های با پایه ی کربونیترید می توانند همراه با انواع مختلف کاربیدها یا بدون آنها تولید شوند(که MO2C مهمترین است)؛ آنهابا چسباننده های عادی کاربید سمانته شده به هم چسبیده اند.

در حال حاضر این مواد جزء اولین سرمت ها برای به کار برده شدن در ابزارها می باشند.

مقاومت افزایش یافته ی آنها، که این مواد را برای ابزارهای برش با سرعت بالا مناسب می سازد، به دلیل بهبود چسبندگی بین دانه های سخت کاربید و فلز چسباننده است.

بهبود چسبندگی نتیجه ای است از بهم آمیختن و اختلاط(بدون آنکه خواص آن تغییر کند) در سیستم های چهار گانه ی TiC، TiN، MOC، MON که سبب جابجایی بازگشتی در دو فاز هم ساختار می شود که بطور اساسی قابلیت مرطوب شدن چسب را بهتر می کند.

1-2-3- سرمت های با پایه ی نیترید: سرمت های با پایه ی نیترید یک طبقه ی خاص از مواد سازنده ی ابزار را تشکیل می دهند.

نیترید تیتانیم و به خصوص نیترید بور مکعبی(CBN) در صورتی که با یک ماده ی چسباننده ی سخت ترکیب شوند، ابزارهای برش بسیار عالی را تولید می کنند.نیترید تیتانیم و نیترید زیرکونیوم(ZrN) که خود را به عناصر سخت فلزی متصل کرده اند، برای مقاصد، مقاوم به فرسایش و نیز مقاوم به گرمای خاص تولید می شوند.

1-2-4- سرمت های با پایه ی اکسید: سرمت های با پایه ی اکسید دسته ای را