نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 6 (پاییز 1387)

امکان تولید کامپوزیت TiC-NiAl به روش سنتز احتراقی (انفجارحرارتی) و با استفاده از پودر آلیاژ NiTi2 (که نسبت به پودرهای عنصری بسیار ارزان قیمت است) مورد بررسی قرار گرفت. از پراش پرتو X جهت شناسایی فازها و از SEM جهت بررسی ساختار تولید شده استفاده شد. نتایج نشان داد تولید کامپوزیت فوق به روش سنتز احتراقی با استفاده از پودر نیکل تیتانیوم به عنوان منبع Ni و Ti به همراه پودر Al و C امکان پذیر می باشد. با افزایش میزان فاز زمینه تا 68% واکنش سنتز احتراقی به صورت انفجار حرارتی انجام پذیر است. با حفظ نسبت نتایج XRD نشان می دهد فاز زمینه ترکیب بین فلزی NiAl است. با افزایش میزان فاز زمینه دمای احتراق کاهش یافته و بررسی های میکروسکوپی نشان می دهد اندازه ذرات استحکام دهنده (TiC) در کامپوزیت کاهش می یابد.

شرر با به دست آوردن فرمول() که در آنL اندازه دانه (نانومتر)، K ثابت، λ طول موج اشعه ایکس (نانومتر)، β عرض در نصف ارتفاع پیک (قله فاز) و θ زاویه پراش می باشد، توانست با استفاده از داده های به دست آمده از پراش پرتو ایکس اندازه کریستال های موجود در دانه های مواد را محاسبه کند. اما در این مقاله اثبات می گردد که رابطه شرر برای تمامی پیک های یک فاز اندازه کریستال دانه ثابتی را نمی دهد. تا کنون جهت گزارش اندازه کریستال های دانه که به اصطلاح عمومی اندازه دانه نامیده می شود، از میانگین اندازه های به دست آمده از چند پیک شاخص استفاده می شده است. در این تحقیق تلاش شده است تا روشی دقیق تر برای به دست آوردن اندازه دانه گزارش شود. بر طبق محاسبات صورت گرفته بر روی نانو هیدروکسی آپاتیت شناخته شده به دست آمده از استخوان گوسفند، نتیجه گرفته شد که می توان با استفاده از رسم نمودار Lnβ در مقابلLn(1/cosθ) به روش کمترین مربعات خطا و استفاده از عرض از مبدا این نمودار (براساس معادله شرر) اندازه دانه دقیق تری را گزارش کرد. عدد به دست آمده برای این نانوکریستال طبیعی برابر 43 نانومتر و در محدوده مورد انتظار است. بر همین اساس محاسبات بر روی 2 نمونه اسپینل در 2 دمای 1150 و 1400 درجه سانتی گراد انجام گرفته و نتیجه گردید که اندازه دانه اسپینل تشکیل شده در دمای پایین تر برابر 21 نانومتر و در دمای بالاتر 68 نانومتر است.

در عملیات پیرسختی به روش معمول، از آنجایی که به توزیع ریز و پراکنده رسوبات نیازمندیم، ناچار به انجام عملیات پیرسازی در دمای پایین، به منظور تشکیل مناطق GP به عنوان مکان جوانه زنی رسوبات پایدارتر می باشیم. از سوی دیگر در ماکزیمم سختی به دست آمده، با افت مقاومت به خوردگی تنشی مواجه هستیم. در این تحقیق تاثیر انجام نورد سرد پیش از پیرسازی بر خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی تنشی آلیاژ آلومینیوم 7075 بررسی شده است. این عملیات ترمومکانیکی با ثابت نگه داشتن درصد ازدیاد طول یکنواخت و کاهش زمان پیرسازی، باعث افزایش استحکام و ارتقاء قابل ملاحظه مقاومت به SCC آلیاژ شد. نابجایی های ایجاد شده طی مرحله نورد، جایگزین مناسبی برای مناطق GP به عنوان مکان جوانه زنی رسوبات فاز ثانویه بوده و امکان انجام پیرسازی در دماهای بالاتر از دمای انحلال مناطق GP که منجر به تشکیل رسوبات پایدارتر و مناطق عاری از رسوب کوچک تر را فراهم می آورد و در نتیجه باعث بهبود مقاومت به SCC و کاهش قابل ملاحظه زمان پیرسازی می شود.

در این پژوهش براساس نتایج طیف پراش اشعه ایکس و اسپکتروسکوپی مازباور، فاز فریت کبالت نانو بلوری پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودرهای خالص اکسید آهن و فلز کبالت با نسبت مولی کبالت به هماتیت 1:2 و 1:6، تشکیل شد. سپس نمونه های سنتز شده به مدت 30 دقیقه در دمای °C500 به منظور تنش زدایی تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. تاثیر عملیات حرارتی بر تحولات فازی و خواص مغناطیسی نانو پودرهای سنتز شده بررسی شد. نتایج پراش اشعه ایکس نمونه عملیات حرارتی شده نشانگر افزایش کریستالیزاسیون و مقدار فاز فریت کبالت و افزایش اندازه ذرات بود. مغناطش ماکزیمم (در میدان kOe17) و نیروی پسماندزدای مغناطیسی برای نمونه عملیات حرارتی شده با نسبت مولی 1:6 به emu/g3 و kOe5/1 و برای نمونه عملیات حرارتی شده با نسبت مولی 1:2 به emu/g30 و kOe07/1 افزایش یافت.

کامپوزیت های پلی پروپیلن-هیدروکسی آپاتیت با مقادیر متفاوت پودر سرامیکی هیدروکسی آپاتیت به روش پرس گرم تولید شد. هیدروکسی آپاتیت مورد استفاده در این کامپوزیت ها شیمیایی نبوده و از مواد بیولوژیکی به منظور ایجاد زیست سازگاری بیشتر تهیه شده است. از این کامپوزیت ها نمونه های استاندارد آزمایش های مکانیکی کشش، ضربه و خمش ساخته شد. نتایج آزمایشات مکانیکی انجام شده بروی این نمونه ها نشان می دهد که با افزایش درصد وزنی هیدروکسی آپاتیت، استحکام کششی کامپوزیت به طور ملایم از MPa38 تا MPa24 و استحکام ضربه ای کامپوزیت به طور شدید از j5/30 تا j5/2 کاهش یافته است. مدول یانگ ماده تولیدی با افزایش درصد وزنی جزء استحکام دهنده به طور خطی افزایش نشان می دهد. پس از آنیل کردن کامپوزیت ها در دمای °C130 به مدت 30 دقیقه مقدار و نحوه تغییر خواص مکانیکی کامپوزیت ها تغییرات قابل ملاحظه ای را نشان می دهد، به نحوی که مقاومت به ضربه کامپوزیت ها کاهش ملایمی را نشان می دهد و لی استحکام کششی و خمشی کامپوزیت ها بعد از آنیل افزایش می یابد. همچنین شیب کاهش استحکام کششی و خمشی در کامپوزیت ها با افزایش درصد هیدروکسی آپاتیت، کاهش قابل ملاحظه ای می یابد. مدول یانگ و خمشی کامپوزیت ها نیز افزایش مناسبی نشان می دهد. تصاویر سطح شکست نمونه های آزمایش کشش و ضربه که بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی گرفته شده است تاثیر آنیل کردن کامپوزیت ها را بر مورفولوژی سطح شکست نمونه ها نشان می دهد.

ریزدانه کردن آلیاژهای آلومینیم از متداول ترین عملیات در صنایع شمش ریزی و ریخته گری آلیا‍ژهای آلومینیوم است. این کار به طور معمول با اضافه کردن جوانه زا به مذاب صورت می گیرد. لذا استفاده از جوانه زای مناسب جهت ریزدانگی آلیاژهای آلومینیومی می تواند تاثیر زیادی بر کیفیت این گونه قطعات داشته باشد. پژوهش حاضر به بررسی تاثیر نوع جوانه زا بر ریزشدن دانه ها و پارامترهای انجماد آلیاژهای آلومینیوم به کمک آنالیز حرارتی منحنی های سرد شدن می پردازد. به این منظور نمونه هایی از آلیاژ A356 را بدون افزودن جوانه زا به مذاب و سایر نمونه ها را با افزودن انواع مواد جوانه زا به مذاب تحت عملیات جوانه زایی قرار داده و پس از ذوب ریزی به داخل قالب، منحنی های سرد شدن آنها ترسیم گردید. با محاسبه و رسم منحنی مشتق اول و منحنی صفر، پارامترهای انجماد در قطعات بررسی شد. بررسی های صورت گرفته نشان داد که جوانه زنی و نوع جوانه زا تاثیر چندانی بر درجه حرارت شروع و پایان انجماد و میزان گرمای نهان انجماد ندارد. همچنین بررسی های متالوگرافی و آنالیز حرارتی نشان داد که در نمونه های جوانه زنی شده بیشترین ریزدانگی در فراسردی ‍c°4 به دست می آید.

در تحقیق حال حاضر، برای بهینه سازی خواص سایشی آلیاژهای Al-Si از عملیات حرارتی پیرسازی استفاده گردید. برای رسیدن به این هدف، منیزیم در هنگام ریخته گری به آلیاژ مربوطه افزوده شد و بعد از همگن سازی، عملیات حرارتی رسوب سختی در آلیاژ Al-4Si-1Mg انجام گرفت، نمونه های مورد نظر بعد از عملیات محلول سازی در دمای °C540 تحت عملیات پیرسختی در دماهای°C240- 180 و زمان 8-1 ساعت قرارگرفتند. نمونه ها در دو حالت ریختگی (as cast) و عملیات حرارتی شده مورد تست سایش قرارگرفتند. تست سایش از نوع پین و دیسک می باشد و بار اعمالی در محدوده N30-5 انتخاب شد. از سطح سایش تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی به عمل آمد و مشاهده گردید که نمونه های رسوب سخت شده نرخ سایش پایین تری نسبت به نمونه ها بدون عملیات حرارتی دارند و تغییرات قابل ملاحظه ای در مکانیزم های سایش ایجاد شده است که دلیل آن ازبین رفتن ساختارهای بین دندریتی و تشکیل رسوبات پایدار و نیمه پایدار در حالت عملیات حرارتی می باشد که در نتیجه آن سختی و استحکام به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. بهترین خواص سایشی در دمای پیرسختی °C210 و زمان 8 ساعت به دست آمد. همچنین، پیک های پراش اشعه ایکس در اثر تغییر فرم پلاستیک و افزایش دانسیته نابجایی ها در سطوح زیرین سایش پهن تر شدند.

عملیات حرارتی یکی از فرآیندهای تمام کاری قطعات فولادی و چدنی است که تاثیر قابل ملاحظه ای بر خواص نهایی محصول دارد. از مهمترین عیوب ناشی در عملیات حرارتی تنش های حرارتی ایجاد شده در حین فرآیند می باشد که تاثیر منفی بر تلرانس ابعادی داشته و در صورت عدم کنترل می تواند باعث ایجاد ترک و اعوجاج در نمونه گردد. شبیه سازی انتقال حرارت و آنالیز تنش های ایجاد شده در ضمن عملیات حرارتی، به عنوان یک ابزار توانمند می تواند در بهینه سازی شرایط عملیات حرارتی جهت کنترل عیوب مربوطه کمک نماید. لذا تحقیق حاضر با هدف مدل سازی انتقال حرارت و بررسی اعوجاج و تنش های ایجاد شده در نمونه های سیلندر فولادی انجام گردیده است.
در این پژوهش ضمن توسعه یک مدل سه بعدی انتقال حرارت و آنالیز تنش برای استوانه فولادی کربنی ساده با ترکیب معین با استفاده از نرم افزار ABAQUS و مقایسه نتایج به دست آمده با مدل حاضر با نتایج موجود در منابع، تاثیر ابعاد نمونه بر عیوب ناشی از فرآیند، مورد بررسی قرار می گیرد.