مواد نوین
سال:1394 | دوره:6 | شماره:1 (پیاپی 21) |تعداد مقالات:12

در این پژوهش، توزیع تنش برشی گذرای ایجادشده در اثر شکسته شدن الیاف در ماتریس و چسب موجود در اتصال چسبی بررسی شده است. تنش گذرا، پاسخ دینامیکی سیستم در اثر ایجاد ناپیوستگی در الیاف، از لحظه گسسته شدن تا لحظه رسیدن به حالت تعادل می باشد. به منظور بررسی این رفتار، معادله های حاکم بر حرکت الیاف در اتصال چسبی با ابعاد محدود در حضور گسستگی استخراج شده و تاثیر تعداد الیاف شکسته شده بر توزیع تنش برشی گذرای سازه مرکب بررسی شده است. برای استخراج معادله های جابه جایی الیاف، از مدل شیرلگ و برای حل معادله های، از روش تفاضل محدود صریح استفاده شده است. در ادامه، تاثیر تغییر جنس الیاف و ضخامت لایه چسبی بر توزیع تنش نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش تعداد الیاف گسسته شده، ضریب تمرکز تنش و درنتیجه تنش برشی در سازه مرکب افزایش می یابد. افزون بر این، مقدار تنش برشی ایجاد شده در ماتریس و چسب با افزایش مدول الاستیسیته الیاف کاهش می یابد، به گونه ای که بیشینه تنش برشی در اتصال با الیاف از جنس شیشه (E= 74 GPa) و گرافیت (E= 130 GPa)، به ترتیب برای ماتریس 0.861 و 0.463 و برای چسب 3.192 و 2.409 مگاپاسکال می باشد.

این پژوهش بمنظور تعیین مقدار بهینه عنصر بور موثر بر انرژی ضربه در دماهای پایین فلز جوش فولاد ساده کربنی جوشکاری شده به روش زیرپودری انجام شده است. برای این منظور، ورق هایی از جنس فولاد ST37-2 به ابعاد 10×150×200 میلی متر تهیه و عملیات جوشکاری به روش زیر پودری با سیم جوش S2.50-12 به قطر 4 میلی متر انجام گردید و عنصر آلیاژی بور به صورت اکسید بور از راه افزودن به پودر فلاکس به فلز جوش انتقال داده شد. پس از جوشکاری نمونه هایی تهیه شد و سپس بررسی ریزساختار به وسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و آزمون های ضربه و میکروسختی روی نمونه های فلز جوش انجام گردید. نتایج آنالیز شیمیایی نمونه ها حضور 20، 30، 60، 70 و 110 ppm بور را در 5 نمونه متفاوت از لحاظ مقدار بور اولیه تایید کرد. بررسی ریزساختاری نمونه ها به کمک میکروسکوپ نوری افزایش فریت سوزنی، کاهش فریت ویدمن اشتاتن و فریت چندوجهی و فریت مرزدانه ای را در حضور 20 ppm بور مشخص کردند، در صورتی که با افزایش بور از 20 تا 110 ppm غالب ساختار از فریت های ویدمن اشتاتن و چندوجهی تشکیل شده بودند. با انجام آزمون میکروسختی مشخص گردید که نمونه حاوی 20 ppm بور با ساختار غالبا فریت سوزنی کم ترین سختی را نسبت به سایر نمونه ها داراست. نتایج آزمون ضربه بهترین مقاومت به ضربه را برای نمونه حاوی 20 ppm بور در سه دمای: محیط، صفر و -20 درجه سانتی گراد نشان داد و در باقی نمونه ها با افزایش بور کاهش انرژی ضربه نسبت به نمونه خام مشاهده گردید. هم چنین، بررسی های شکست نگاری نمونه های ضربه مشخص کرد که در دمای 20- درجه سانتی گراد سهم شکست ترد برای نمونه حاوی 20 ppm بور با بالاترین انرژی ضربه 10 درصد و برای نمونه حاوی 110 ppm بور با کم ترین انرژی ضربه حدود 50 درصد بوده است.

امروزه فوم های فلزی بویژه فوم های پایه آلومینیم به عنوان مواد پیشرفته پا به عرصه صنعت گذاشته اند و روز به روز فرآورده های متنوعی از آن ها وارد بازار مصرف می شود. لذا، بهبود خواص و دانش فنی این فوم ها به وسیله پژوهشگران در حال توسعه است. از این رو، در این پژوهش سعی شده است؛ ابتدا محصول فوم آلومینیم A356 به روش ذوبی تهیه شود. سپس با آلیاژ سازی آلیاژ A356 به وسیله 4 درصد وزنی مس خالص، این آلیاژ مستعد به عملیات پیرسازی شود. آنگاه فوم دیگری با این آلیاژ A355+4%wt.Cu ساخته شود. در مرجله دوم با طراحی و انجام آزمون های متفاوت عملیات حرارتی، سیکل بهینه پیرسازی برای آلیاژ اخیر بدست آمد. نتایج نشان می دهند عملیات محلول سازی فوم فلزی یادشده در دمای 510 درجه سلسیوس به مدت زمان 12 ساعت و سپس کوئنچ آن در آب سرد و در پی آن عملیات پیر سازی در دمای 160 درجه سلسیوس به مدت 3 ساعت، بهترین خواص مکانیکی را برای فومA356+4%wt.Cu  فراهم می آورد. در این شرایط استحکام تسلیم فشاری تک محوری فوم پیرسازی شده نسبت به نمونه خام تقریبا از 10 به  MPa 27تغییر یافته است که حدود 170 درصد افزایش استحکام تسلیم را نشان می دهد. هم چنین، نتایج آزمون جذب انرژی در بارگذاری فشاری تک محوری نشان می دهد نمونه پیر شده یاد شده حدود 160 درصد نسبت به نمونه خام عملیات حرارتی نشده، افزایش داشته است، اما مدول الاستیک مشخصه فوم یاد شده در مقایسه با سایر سیکل ها که زمان محلول سازی و پیرسازی آن ها کم تر بوده، تغییرات قابل ملاحظه ای نداشته و بین 10 تا 11 GPa تقریبا ثابت می ماند. بررسی ساختار سلولی فوم پیش و پس از آزمون فشار نشان می دهد حضور 4 درصد مس منجر با فاکتور کرویت نزدیک به واحد شده و ساختار سلولی فوم حاصله بسیار همگن تر از نمونه A356 تنها بوده و چروکیدگی سطح داخلی این فوم با افزودن 4 درصد مس کاملا از بین می رود.

در این پژوهش به بررسی اثر دو نوع جوانه زا به نام های لاک و پلی دی لاکتیک اسید با درصدهای وزنی متفاوت روی خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی پلی لاکتیک اسید (PLA) پلاستیزه شده با ماده OLA با استفاده از آزمون های Differential Scanning Calorimetry ,Dynamic Mechanical Thermal Analysis و کشش پرداخته شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که در حضور 20 درصد وزنی از OLA کرنش تا لحظه شکست به گونه قابل توجهی افزایش یافته و با این حال، باعث کاهش آنتالپی و درصد بلورینگی PLA می شود. برای مثال، در ترکیب 2.8 درصد لاک- 5 درصد پلی دی لاکتیک اسید- 20 درصد پلاستیزایزر، نرخ بلورینه شدن و آنتالپی در حدود نیمی از پلی لاکتیک خالص به ثبت رسید و برعکس با اضافه کردن عناصر جوانه زا هر دو پارامتر آنتالپی و بلورینگی به مقدار 14.75 J/g ژول بر گرم و %15.86 افزایش پیدا کردند. هم چنین پایین ترین زمان بلورینه شدن و دمای شیشه ای شدن مربوط به ترکیب 2.8 درصد لاک- 5 درصد پلی دی لاکتیک اسید- 20 درصد پلاستیزایزر با عدد 46 ثانیه بدست آمد.

در این پژوهش، خواص پوشش Ni-P/nano PTFE ایجاد شده به وسیله محلول تجاری بر زیرلایه آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، خصوصیات ریخت شناسی، سختی، ضخامت و زبری پوشش با تغییر در غلظت و دمای محلول حاوی نانوذرات PTFE مطالعه گردید. تاثیر عملیات حرارتی بر سختی و ساختار پوشش نیز بررسی شد. جهت سختی سنجی از معیار میکرو ویکرز و برای سنجش مقدار زبری، معیارهای Rz و Ra اندازه گیری شد. چگونگی توزیع ذرات در پوشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی و ترکیب پوشش با آنالیز تفکیک انرژی و طیف سنج پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند حضور نانوذرات PTFE، سختی پوشش نیکل را از 520 ویکرز به نصف کاهش می دهد و زبری سطح (Rz) پوشش با افزایش غلظت ذرات نانو از 2 g/l تا 14 g/l از 1.49 mm تا4.6 mm  تغییر می کند. هم چنین، با افزایش دمای محلول حین پوشش دهی از 75 تا 90 درجه سانتی گراد، سختی از 125 ویکرز به 210 ویکرز ارتقا یافت. نتایج نشان دادند که انجام عملیات حرارتی در دمای 300 درجه سانتی گراد و زمان چهار ساعت به دلیل ایجاد فاز سخت Ni3P در پوشش، سختی آن را تا 375 ویکرز افزایش می دهد.

در این پژوهش، نمونه هایی از فولاد زنگ نزن آستنیتی بدون نیکل و نانوساختار با ترکیب ASTM F2581: Fe-17Cr-10Mn-3Mo-0.4Si-0.5N-0.2C (wt%) به روش متالورژی پودر (آلیاژسازی مکانیکی و تفجوشی حالت مایع به کمک افزودنی آلیاژ یوتکتیک Mn-Si)، برای کاربردهای پزشکی تولید و سپس ساختار، سختی، ریزسختی و مقاومت سایشی آن ها بررسی گردید. برای بررسی ریخت شناسی پودرها و تعیین مکانیزم سایش نمونه های تفجوشی شده، از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. افزون بر این، اثر مقدار کمک سینتر بر چگالی، سختی، ریزسختی و مقاومت سایشی نمونه ها بررسی شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، سازوکار غالب سایش این نوع فولاد سایش چسبان تشخیص داده شد. با بررسی نمونه های تولید شده در حضور 0 تا 8 درصد وزنی افزودنی، کم ترین مقدار تخلخل و بالاترین دانسیته، سختی، ریزسختی و مقاومت سایشی برای نمونه حاوی 6 درصد کمک سینتر حاصل شد. خواص مکانیکی مناسب این نمونه در قیاس با سایرین، با داشتن کم ترین مقدار تخلخل (حدود 10%)، ساختار بلوری نانومتری و وجود نیتروژن و کربن در ساختار توضیح داده شد. در حضور این مقدار افزودنی، تفجوشی فاز مایع به خوبی فعال شد و با نفوذ افزودنی و زمینه در یکدیگر خواص مکانیکی بهبود نسبتا زیادی نسبت به نمونه بدون افزودنی پیدا کرد.

تحلیل شکست های ناشی از خستگی، یکی از مسایل مهم در صنایعی همچون نفت، گاز و پتروشیمی بشمار می رود. از سوی دیگر جوشکاری یکی از روش های متداول و اجتناب ناپذیر در اتصال قطعات بوده و به دلیل عیوب ذاتی موجود در این اتصالات، خطرات ناشی از شکست های خستگی، بیش از سایر نقاط، متوجه آن هاست. یکی از منابع ترک و به دنبال آن شکست در جوش، ناحیه پنجه جوش است که حاوی مکان های تمرکز تنش و تنش پسماند زیان بار کششی است. راه های متفاوتی جهت بهبود عملکرد این مناطق مورد استفاده قرار می گیرند؛ از جمله روش های کوبش، ذوب دوباره و سنگ زنی که به عملیات پس از جوشکاری موسوم اند. یکی از روش های نوین و در حال پیشرفت، روش عملیات ضربه فراصوتی است که می تواند عمر خستگی سازه های جوشکاری شده را به صورت قابل توجه افزایش دهد. از سوی دیگر، این روش می تواند تاثیرهای مثبتی بر مقاومت به خوردگی فلزات نیز داشته باشد. در این مقاله به بررسی تاثیر عملیات ضربه فراصوتی بر عمر خستگی خوردگی (خستگی در محیط خورنده) لوله های فولادی A106-B پرداخته شده است. هم چنین، تاثیر این عملیات پس از جوشکاری با استفاده از آزمون های ریز سختی سنجی، تحلیل تنش پسماند و اندازه گیری هندسه جوش به عنوان آزمون های تکمیلی، مورد بررسی قرار گرفته اند. اعمال عملیات ضربات فراصوتی به طور میانگین موجب افزایش 99.4 درصدی عمر خستگی شد. هم چنین، استحکام خستگی در 20000 چرخه را به مقدار 19.8 درصد بهبود بخشید.

در این پژوهش رفتار اکسیداسیون چرخه ای و خوردگی داغ پوشش های CoNiCrAlYSi نانوساختار اعمالی به روش پاشش حرارتی HVOF مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، پودر اولیه CoNiCrAlYSi برای رسیدن به ابعاد نانو مورد آسیاب کاری برودتی قرار گرفته و با استفاده از روش HVOF پوشش نانوساختار ایجاد شد. به کمک آزمون های اکسیداسیون چرخه ای و خوردگی داغ، مقاومت پوشش ها مورد ارزیابی قرار گرفت. هم چنین، تغییرات ریزساختار و آنالیز فازی پوشش ها حین آزمون ها به وسیله SEM و XRD بررسی شد. عمر مفید پوشش در آزمون های اکسیداسیون چرخه ای و خوردگی داغ به ترتیب 115 دوره و 700 ساعت تعیین شد. افزایش عمر پوشش های نانوساختار نسبت به پوشش های معمول به دلیل حضور ذرات اکسیدی a-Al2O3 در پودر آسیاب کاری برودتی شده و افزایش نفوذ آلومینیم از میان مرز دانه پوشش بوده که شرایط مساعدی را جهت تشکیل لایه پیوسته و محافظ a-Al2O3 روی سطح پوشش فراهم می آورد.

انتخاب مواد مناسب برای واحدهای پتروشیمی و صنایع نفت و گاز از جمله موردهای مهم تلقی می گردد. در انتخاب ماده مناسب، مقاومت به خوردگی، قابلیت نصب و جوشکاری باید مد نظر قرار گیرد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی به عنوان مواد مهندسی با مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون عالی، کاربرد شایان توجهی در صنایع گوناگون دارند. در این پژوهش، مقاومت به اکسیداسیون خط جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 AISI با فلز پرکننده AISI 347، در دمای 1050 °C و محیط خشک اکسید کننده، با استفاده از روش وزن سنجی حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. ریخت شناسی و ساختار لایه اکسید نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. مکانیزم واکنش و پارامترهای سینیتیکی فرآیند اکسیداسیون با استفاده از تحلیل نمودارهای وزن سنجی بدست آمد. نتایج بدست آمده حاکی ازآن است که فرآیند اکسیداسیون در آلیاژ پایه برخلاف آلیاژ پرکننده طی دو مرحله انجام شده و روی سطح آلیاژ پایه و پرکننده یک لایه اکسید نامحافظ تشکیل شده است. لایه اکسید تشکیل شده روی آلیاژ پایه اکسید دو تایی غنی از آهن و بر روی آلیاژ پرکننده یک لایه اکسید متخلخل کروم شکل گرفته است. هم چنین، فرآیند اکسیداسیون در خط جوش پیچیده است و از رفتار سنیتیک اکسیداسیون سهمی پیروی می کند. سرعت اکسیداسیون آلیاژ پایه در مقایسه با آلیاژ پرکننده بیش تر است. درنتیجه، با توجه به پایین بودن مقاومت به اکسیداسیون این خط جوش پیشنهاد می شود در این شرایط دمایی از این آلیاژ استفاده نشود.

در این پژوهش امکان ایجاد لایه کامپوزیتی حاوی ذرات کاربید سیلیسیوم بر روی فولاد ASTM A106 با استفاده از فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ذرات کاربید سیلیسیوم با درصد حجمی مشخص، روی سطح فولاد مورد نظر به صورت پیش نشست قرار داده شد و در ادامه عملیات ذوب سطحی با استفاده از فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز انجام گرفت. مطالعه ریز ساختار پوشش ایجاد شده به وسیله میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همراه با آنالیز نقطه ای و بررسی های فاز شناسی توسط پراش پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. نتایج نشان داد که پوشش حاصله ساختار دندریتی همراه با تقویت کننده کاربید سیلیسیوم را دارا است. افزایش سختی سطحی و بهبود رفتار سایشی پوشش ایجاد شده به تشکیل این ساختار مربوط گردید. ارزیابی خواص مکانیکی لایه های سطحی نیز به وسیله آزمون های ریزسختی سنجی و سایش به صورت رفت و برگشتی صورت پذیرفت. مشاهده شد که به واسطه حضور فاز SiC در لایه های سطحی، سختی پوشش های ایجاد شده بین 650 تا 1200 ویکرز به نسبت مقدار ذرات وارد شده در نوسان است که نسبت به نمونه بدون پوشش با سختی حدود 200 ویکرز افزایش بالایی را نشان داد. یافته های آزمون های سایش نیز نشان داد که مقاومت به سایش پوشش های ایجادشده در مقایسه با نمونه بدون پوشش به مقدار قابل توجهی بهبود یافته است.

در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی سه بعدی برای مطالعه اثر آرایش اتفاقی الیاف در زمینه بر مشخصه های مکانیکی مواد مرکب الیافی تک جهته ارائه می شود. المان حجمی نماینده مورد استفاده در مدل از c×r سلول تشکیل شده است که سلول های الیاف به گونه اتفاقی در سلول های زمینه توزیع شده اند. این تحلیل عمومی بوده و می تواند جهت استخراج خواص انعطاف پذیری تحت بارگذاری مکانیکی عمودی و برشی و بارگذاری حرارتی و هم چنین بررسی شروع خرابی پلاستیک شدن زمینه انجام شود. جهت بررسی چگونگی آرایش الیاف، مدل های گوناگون آماری توزیع، شامل توزیع نرمال، یکنواخت و بتا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از مدل برای خواص الاستیک که الیاف به گونه اتفاقی توزیع شده است، تطابق خوبی با داده های تجربی و مدل های موجود در دسترس نشان می دهد. با اعمال آزمون فرض و بر اساس قضیه حد مرکزی، تحلیل آماری وابستگی خواص انعطاف پذیری و استحکامی به آرایش الیاف در زمینه در هر یک از توزیع های نرمال، یکنواخت و بتا انجام گرفته و در هر مورد با توجه به نتایج عددی بدست آمده، تفسیر لازم انجام شده است. نتایج عددی اعمال آزمون فرض نشان داده است که خواص انعطاف پذیری ماده مرکب چندان تحت تاثیر آرایش الیاف نیست. این در حالی است که خواص استحکامی ماده مرکب بسیار تحت تاثیر آرایش الیاف درون زمینه است.

در این مقاله، ترکیبات نانو شبه بلوری آلومینیوم- نیکل- کروم به وسیله آسیاکاری مکانیکی پس از عملیات حرارتی و کوئنچینگ متعاقب، با موفقیت ساخته شدند. اثر دمای عملیات حرارتی بر تشکیل فازهای بلوری و شبه بلوری به وسیله پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ تونلی روبشی مطالعه شد. اندازه بلور فاز شبه بلوری به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری در بزرگنمایی بالا بررسی شد. افزون بر این، رفتار خوردگی ترکیبات تولیدشده، به وسیله آزمون پلاریزاسیون با استفاده از پتانسیواستات 3-الکتروده در دو محلول سولفات سدیم یک مولار و کلرور سدیم 3.5% وزنی، ارزیابی شد. مشخص شد که ساختار ترکیبات آلیاژی، به گونه قابل ملاحظه ای متاثر از دمای عملیات حرارتی می باشد به این ترتیب که فاز شبه بلوری فقط در دماهای عملیات حرارتی نسبتا بالا قابل تولید است. بر این اساس، فاز سه تایی z (با ساختار هگزاگونال)، دو فاز دوتاییg2 و d (به ترتیب با ساختارهای رومبوهدرال و هگزاگونال) و فاز شبه بلوری ده وجهی D3 به ترتیب در دماهای 900، 1000 و 1100 درجه سانتی گراد، تشکیل شدند و مشاهده شد که فاز شبه بلوری در مقیاس نانو می باشد. هم چنین، مشخص شد که فاز شبه بلوری می تواند مقاومت به خوردگی نمونه های تولیدشده را در هر دو محلول کلرور سدیم و سولفات سدیم، به گونه چشمگیری بهبود بخشد.