مجله مواد نوین
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 18، زمستان 1393)

در این پژوهش، آزمون های کشش تک محوری در دماهای مختلف در محدوده C° 350 -25 و نرخ کرنش های متفاوت در محدوده 1- s 2-10-4-10 برای ارزیابی رفتار سیلان ورق نوردشده آلیاژ Mg-4Sn-1Ca (TX41) انجام گردیده است. در محدوده تغییرشکل یکنواخت از معادله بنیادی Fields–Backofen برای بیان رفتار تغییرشکلی استفاده شده و در محدوده پسایکنواخت[1]، از پارامتر نرم شوندگی ماده برای محاسبه تنش سیلان و مقایسه آن با نتایج عملی آزمون های تنش-کرنش استفاده شده است. نتایج مبین آن است که رهیافت ارائه شده، می تواند به خوبی مرحله نرم شدن ماده در دماهای بالا را پیش بینی نماید.

شبه بلورها، مانند بلورها دارای ساختاری منظم اما غیر تناوبی هستند. این ساختارها در آلیاژهای پایه آلومینیوم، زیرکونیوم و تیتانیوم ایجاد می شوند. یکی از انواع این مواد پیشرفته سیستم آلیاژی Al-Cu-Ni بوده که دارای فازهای منظم تهی جای (VOP) می باشد و به عنوان شبه بلورهای تک بعدی شناخته می شوند. از آن جایی که تاکنون گزارش های انگشت شماری در زمینه ساخت آلیاژ Al-Cu-Ni به روش آلیاژسازی مکانیکی ارائه شده است، تولید ترکیب Al70Cu20Ni10 به وسیله آسیاکاری پودرهای عنصری و عملیات حرارتی بعدی مد نظر قرار گرفت. سپس نمونه های تهیه شده از پودرهای آلیاژی توسط پراش اشعه (X (XRD مورد مطالعه ساختاری قرار گرفت. در نهایت توسط آزمون پلاریزاسیون خطی، مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی ترکیبات تولیدی، مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل از آنالیز ساختاری، مشخص شد که با افزایش دما میزان فاز شبه بلور تک بعدی t3 افزایش یافته و از مقدار ترکیب بلوری بین فلزی (Al2Cu (θ کاسته می شود. هم چنین نتایج آزمون خوردگی حاکی از بهبود رفتار خوردگی ترکیب تولیدی با افزایش فاز شبه بلوری t3 می باشد.

فرآیند اتصال نوردی تجمعی به عنوان یک روش تغییر شکل شدید برای تولید ورق های کامپوزیتی با ریزساختار فوق ریزدانه مورد استفاده قرار گرفته است. این روش دارای دو مرحله اصلی شامل اضافه کردن ذرات بین ورق ها و توزیع ذرات در زمینه و تولید ریزساختاری فوق ریز دانه بوسیله تکرار مراحل فرآیند، می باشد در این پژوهش از فرآیند ARB به منظور تولید کامپوزیت های هیبریدی Mg-SiC-Al استفاده شده است. در این راستا در مرحله اول کامپوزیت SiC Al-1% Vol Mg-1% Vol توسط فرآیند اتصال نورد تجمعی ساخته شد. هم چنین فرآیند ARBبر آلومینیوم خالص1050 جهت مقایسه با کامپوزیت تولیدی اعمال شد. خواص مکانیکی کامپوزیت های تولیدی و نیز آلومینیوم خالص تولیدشده توسط فرآیند ARB توسط آزمون کشش و ریز سختی سنجی، مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که آلومینیوم خالص استحکام کششی نهایی آلومینیوم ARB شده و کامپوزیتAl-Mg-SiC تولیدشده با افزایش تعداد پاس فرآیندARB افزایش می یابد. اگرچه انعطاف پذیری کامپوزیت تولید شده و آلومینیوم خالص پس از اعمال مرحله اول فرایند ARB به شدت کاهش یافته و سپس با افزایش مراحل فرایند ARB به میزان جزئی افزایش می یابد.

تولید بیلت های آلومینیمی با قطر بالا و با حداقل عیوب ساختاری، یکی از خواسته های پژوهشگران و صنعتگران صنایع مرتبط است. در این پژوهش مدلی برای شبیه سازی روش ریخته گری تبرید مستقیم در حضور میدان الکترومغناطیسی با فرکانس پایین با حل توامان میدان های فیزیکی گوناگون توسعه یافته است. این مدل با نتایج تجربی اندازه گیری دما و میدان مغناطیسی در محدوده بیلت تولیدی مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار گرفته است. نتایج حل میدان های حرارتی، جریان سیال، پدیده انجماد و نیز میدان الکترومغناطیسی نشان داد که قرار دادن کویل در پشت قالب سبب رانده شدن مذاب از جلوی قالب به سمت مناطق مرکزی حوضچه مذاب می گردد. هم چنین بررسی پارامتری این فرایند مشخص کرد که کاهش فرکانس و افزایش شدت الکترومغناطیسی کویل به ترتیب موجب یکنواخت تر شدن توزیع نیروی الکترومغناطیسی و شدیدتر شدن آن می شود و به گونه کلی استفاده از مقادیر مناسب پارامترهای الکترومغناطیسی در این فرایند می تواند افزایش کیفیت سطحی و بهبود ویژگی های ساختاری در مناطق نزدیک به سطح در بیلت های با قطر بالا را در پی داشته باشد.

عملیات حرارتی تنش زدایی برای سازه های فولادی و مخازن تحت فشار از جنس فولادهای کوئنچ و تمپر شده، روش متداولی در میان استانداردهای ساخت می باشد که با هدف کاهش دامنه ی تنش های باقیمانده انجام می شود. در این پژوهش اثر تنش زدایی در دماهای مختلف، بر خواص مکانیکی (به ویژه مقاومت به ضربه ی) فولاد 517A، بررسی شده است. برای جوشکاری ورق فولادی 517A با ضخامت mm20، از فرآیند جوشکاری قوسی با الکترود پوشش دار (SMAW) استفاده شد. پس از برشکاری نمونه ها، تنش زدایی در دماهای 480، 560،620 و C°680 و به مدت 75 دقیقه روی نمونه ها انجام پذیرفت. سپس نمونه های ضربه از فلز جوش، منطقه متاثر از حرارت (HAZ) و فلز پایه تهیه شد و این آزمون در دمای °C 1±51- انجام شد. پس از انجام آزمایش ضربه، مقاطع شکست با میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند. هم چنین آزمایش کشش، سختی سنجی و متالوگرافی بر روی نمونه های عملیات حرارتی شده انجام شد و در نهایت نتایج همه ی آزمایش ها نمونه های تنش زدایی شده با حالت جوشکاری شده (AW) مقایسه گردید. هم چنین به منظور ارزیابی اثر تنش زدایی بر مقاومت به خوردگی نمونه ها، آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی سیکلی انجام شد. باتوجه به نتایج آزمایش ها در مجموع نمونه ای که در C°560 تنش زدایی شده بود، خواص مکانیکی مطلوب تری از خود نشان داد.

در این پژوهش خواص مکانیکی دو فولاد کم آلیاژ متالورژی پودر با باندهای نفوذی شامل Distaloy DH و Distaloy HP مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. تف جوشی نمونه ها در دمای 1120°C و اتمسفر حاوی مخلوط گازهای هیدروژن و نیتروژن و به مدت 35 دقیقه انجام پذیرفت. به منظور بررسی تاثیر سرعت سرد شدن بر خواص نهایی قطعات، نمونه ها از دمای تف جوشی با دو سرعت متفاوت تا دمای محیط سرد شدند. پس از ساخت نمونه ها آزمون های چگالی سنجی، سختی، کشش، خستگی، بررسی های ریزساختاری و شکست نگاری بر روی قطعات صورت پذیرفت. بررسی ها نشان داد که میزان حفرات، هم چنین مشخصات تخلخل ها (اندازه و شکل) تاثیر بسزایی بر خواص مکانیکی فولادهای تحت بررسی دارند. هم چنین افزایش حدود 4/5 % چگالی، منجر به بهبود استحکام کششی به میزان 44% و استحکام خستگی به میزان 55% در فولادDistaloy DH با 2/0 درصد کربن گردیده است. این مقادیر برای فولاد Distaloy HP به ترتیب 26% و 47% بدست آمده اند. نتایج حاصل از بررسی ریزساختاری و مقایسه نتایج تجربی حاصل از آزمون های این دو فولاد نشان می دهد که نوع ریزساختار و نحوه توزیع فازهای متالورژیکی نقش بسزایی بر خواص مکانیکی و به خصوص رفتار خستگی ایفا می کند. بهترین خواص مربوط به فولاد Distaloy HP با 0/5% کربن و چگالی gr/cm 7/2 با سرعت سرد کردن 1/2 درجه سانتی گراد بر ثانیه می باشد.

در این مقاله، کاربید بور با استفاده از دو نوع کربن (مزوپور کربنی CMK-1 وکربن سیاه)، اکسید بور و فرآیند احیاء منیزیوترمال سنتز شد. نقش نوع کربن بر روی تشکیل کاربید بور مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار، ابتدا مزوپور کربنی CMK-1 با استفاده از روش قالب گیری توسط پیش سازه سیلیکاتی MCM-48 سنتزگردید و در ادامه با بهره گیری از فرآیند منیزیوترمال، نمونه ها با نسبت وزنی12: 1/5: 11=C:MgB2O2 در محدوده دمایی C ̊750-700، با استفاده از مزوپور کربنی CMK-1 و کربن سیاه سنتز شد. برای جدایش ناخالصی های فلزی و غیر فلزی از روش اسید شویی توسط محلول اسید کلریدریک 2 مولار استفاده شد. جهت شاخصه یابی پودر پیش سازه و کاربید بورحاصل از آنالیزهای BET،XRD، SC-TGA به همراه بررسی های ریز ساختار توسطTEM، استفاده گردید. نتایج نشان داد، میزان سطح تماس مزوپور کربنی (CMK-1 (m2/g 659 نقش اساسی در تسهیل سنتز کاربید بور داشته است.

در این پژوهش از روش ریخته گری ژله ای جهت تولید بدنه متخلخل کاربید تنگستن استفاده گردید. برای این منظور از سیستم پلیمری متاکریل آمید- متیلن بیس آکریل آمید به عنوان منومر اصلی و شاخه ساز استفاده شد، در ابتدا منومر ها در آب مقطر حل شدند و پودر کاربید تنگستن به دوغاب اضافه شد. سپس آمونیوم پرسولفات به عنوان آغازگر و تترا متیل اتیلن دی آمید به عنوان کاتالیست به دوغاب افزوده شد، بلافاصله دوغاب بدست آمده درون قالب ریخته و قالب به مدت 30 دقیقه در دمای °C50 قرار داده شد تا ژل تشکیل شود. سپس نمونه های خام از قالب خارج و در دمای اتاق خشک شدند و در کوره تحت آرگون پیرولیز و در دمای°C 1450 تفجوشی شدند. بعد از بررسی رفتار رئولوژیکی دوغاب، مشخص شد میزان بهینه پراکنده ساز حدود wt% 0/2 پودر سرامیکی می باشد. هم چنین ارزیابی رفتار حرارتی پلیمر نشان داد که بعد از دمایC °600 پلیمری در ساختار باقی نمی ماند. بعد از تفجوشی نمونه ها، تاثیر میزان بار سرامیکی بر تخلخل و استحکام خمشی بررسی و نتایج نشان داد با افزایش بار سرامیکی (از10% تا30% حجمی) هر دوی این پارامترها کاهش می یابند (میزان تخلخل از 61/2% تا 50/41% و استحکام خمشی از MPa79 تا MPa 40/1) در پایان نیز از نمونه زینتر شده تصویر میکروسکوپ الکترونی تهیه شد.

در این پژوهش، خواص خستگی فولاد ابزار سردکار DIN 1.2210 با ریزساختارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور با اعمال سیکل های عملیات حرارتی مختلف، ساختارهای نرماله (N)، بینیت تمپر شده (TB)، دوفازی بینیت- مارتنزیت تمپر شده (TBM) و مارتنزیت تمپر شده (TM) با سختی تقریبا یکسان (32 HRC ~) از این فولاد ایجاد گردید و بر روی آنها آزمایشات سختی، خستگی خمشی چرخشی و کشش انجام شد. نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد که در بین ریزساختارهای TB، TBM و TM، با افزایش کسر حجمی مارتنزیت (Vm) در حالی که انعطاف پذیری کاهش می یابد، استحکام تسلیم و حد خستگی افزایش و استحکام نهایی تقریبا برابر است. مطالعات سطوح شکست با میکروسکوپ الکترونی SEM نشان داد که با کاهش استحکام تسلیم، اندازه متوسط دیمپل ها افزایش، تعداد آنها در بزرگنمایی ثابت کاهش می یابد و صفحات کلیواژ جایگزین ساختار دیمپلی می شوند، که این موضوع کاهش حد خستگی و افزایش رفتار تردی را توجیه می کند.

خواص مکانیکی و پایداری حرارتی از جمله مهم ترین جنبه های کاربرد تجاری فلزات شدیدا تغییرشکل یافته هستند. ریزساختار ماده کنترل کننده خواص مکانیکی نهایی است. پایداری حرارتی ریزساختار را می توان به صورت مقاومت به فرایندهای بازیابی و تبلورمجدد تعریف کرد که این فرایندها بازگرداننده ریزساختار تغییر شکل یافته هستند. نقش اصلی کنترل تحولات ریزساختاری بر عهده ی فرایندهای تبلورمجدد و بازیابی است که پدیده های فعال شده با دما بوده و باعث بازگردانی ریزساختار تغییرشکل یافته می شوند. در این پژوهش تبلورمجدد استاتیکی مس شدیدا تغییرشکل یافته با روش نوین اکستروژن برشی ساده (SSE) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، نمونه های تغییرفرم یافته با کرنش های مختلف در محدوده دمایی 180 تا 290 درجه سانتیگراد مورد آنالیز ریزساختاری و آزمایش سختی قرار گرفتند. سپس با محاسبه کسر نرم شدن، ثوابت معادله JMAK در شرایط مختلف تعیین گردیدند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش کرنش از 1/15 به 6/9، اندازه کریستال و پایداری حرارتی کاهش می یابد، هم چنین زمان لازم برای وقوع 50% تبلورمجدد در دمای C°210 که برای پاس اول 864 ثانیه بوده در پاس دوم به 299 ثانیه و در پاس ششم به 207 ثانیه تقلیل می یابد.

کامپوزیت های زمینه آلومینیوم با فاز تقویت کننده نانو منیزیا به دلیل دارا بودن خواص مطلوبی نظیر استحکام و مقاومت حرارتی در دمای بالا، در صنایع خاص مورد توجه قرار گرفته اند. در این پژوهش، علاوه بر روش بررسی پارامترهای مهم و موثر دما و درصد حجمی فاز تقویت کننده، به کارگیری روش فویل آلومینیوم (در جهت بهبود مشکلات موجود در فرآیند تولید) و هم چنین استفاده از ذرات منیزیا در مقیاس نانو را می توان به عنوان نوآوری های مقاله حاضر یاد کرد. کامپوزیت زمینه آلومینیوم با فاز تقویت کننده نانو منیزیا با استفاده از روش گردابی (اختلاط مستقیم) تهیه گردید. نانو ذرات منیزیا به قطر 80-60 نانومتر با استفاده از این روش به آلیاژ Al-356 مذاب افزوده شده و پس از هم زدن به مدت 13 دقیقه، مخلوط مذاب حاصله در قالب فلزی ریخته گری شد. تاثیر پارامترهای درصد حجمی نانو ذرات منیزیا شامل 1/5، 2/5 و 5 درصد در دماهای مختلف ذوب ریزی شامل 800، 850 و °C950، بر ریزساختار کامپوزیت طی 9 حالت متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله، نشان دهنده توزیع یکنواخت و مناسب نانو ذرات منیزیا در تمامی نمونه ها می باشد. هم چنین با وجود آگلومره های منیزیا در ساختار، توزیع آن ها به صورت همگن می باشد.

فرآیند اصطکاکی اغتشاشی به عنوان یکی از فرآیندهای بهبود ریزساختار سطحی مواد مورد توجه است. در این پژوهش تاثیر پارامترهای این فرآیند روی ریزساختار و خواص مکانیکی منطقه اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای مورد بررسی در این پژوهش سرعت چرخش و طراحی ابزار می باشد. از سه ابزار با پین مخروطی، پین بدون رزوه و پین رزوه دار استفاده شد. سرعت چرخش های مورد استفاده، 400، 500، 630، 800، 1000، 1250 و 1600 دور در دقیقه می باشد. بهبود سیلان مواد با افزایش سرعت چرخش موجب از بین رفتن حفرات ایجاد شده در حین فرآیند اصطکاکی اغتشاشی گردید. هم چنین در ابزار روزه دار به دلیل بیش ترین سیلان مواد بی عیب ترین حالت از نظر عدم وجود حفرات مشاهده گردید. هم چنین به دلیل تغییر شکل بیش تر مواد در حالت استفاده از ابزار رزوه دار، مکان های جوانه زنی تبلور مجدد بیش تر شده و در نتیجه کوچکترین اندازه در این حالت حاصل شد. هم چنین تغییر بافت کریستالی در اثر فرآیند اصطکاکی اغتشاشی حاصل گردید. این تغییر به صورتی بود که سطح مقطع نمونه اغتشاشی بیش تر شامل صفحه لغزش و دوقلویی می باشد.