مواد نوین
سال:1395 | دوره:7 | شماره:2 |تعداد مقالات:9

این پژوهش به تحلیل اجزای محدود فرآیند سخت گردانی استحاله ای سطحی در مجاورت ناپیوستگی در عمق نمونه به صورت حرارتی و متالورژیکی به کمک نرم افزار اجزای محدود ABAQUS می پردازد. به منظور پیش بینی جزء حجمی فازهای ایجادشده و سختی نهایی در حین سرمایش پیوسته، از یک زیرروال که به وسیله کاربر بر اساس مدل سینتیکی Kirkaldy تعریف گردیده است در گردش اطلاعات نرم افزار استفاده شد. افزون بر آن، تاثیر راهبرد کنترل توان و اعمال محیط خنک کننده در سطح ناپیوستگی بررسی گردید. بر اساس نتایج بدست آمده، این راهبردها که بر مبنای کنترل توان ورودی منبع حرارتی است، امکان دستیابی به یک تاریخچه حرارتی یکنواخت تر را در سطح میسر می کنند. با این وجود، با توجه به اینکه اعمال این راهبرد، قادر به کنترل نرخ سرمایش در اطراف ناپیوستگی ها نمی باشد، استفاده از یک محیط سرد کننده با قدرتی بهینه جهت دستیابی به یک لایه یکنواخت سخت شده در عمق نمونه به همراه این راهبردها ضروری است.

در این پژوهش به بررسی تاثیر عملیات حرارتی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال انفجاری ورق های فولاد زنگ نزن 304 به فولاد کربنی Ck45 که با بار انفجار ثابت و فاصله توقف متفاوت اتصال یافته پرداخته شده است. برای بررسی تاثیر دما و زمان بر روی نمونه های جوشکاری شده، نمونه ها در دماهای 350°C ،250 °C و  زمان های دو و چهار ساعت در کوره، عملیات حرارتی شدند. بررسی های آزمایشگاهی با استفاده از آزمون های میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون های ریزسختی سنجی و استحکام کششی برشی انجام شد. میزان نفوذ عناصر، آهن، نیکل، منگنز، کروم و ترکیب مناطق مذاب موضعی با استفاده از آنالیز EDS در نمونه ها مشخص شدند. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله توقف از 4 به 5 میلی متر، انرژی جنبشی برخوردی افزایش یافته و تغییر شکل پلاستیکی شدیدتری در فصل مشترک اتصال ایجاد شده است. نتایج متالوگرافی، نمایانگر موجی- گردابه ای شدن فصل مشترک با افزایش میزان فاصله توقف بوده است. همچنین انجام عملیات حرارتی دردمای 350°C و زمان 2 ساعت باعث افزایش ضخامت ترکیبات بین فلزی فصل مشترک شده است. سختی نیز با انجام عملیات حرارتی دردمای 350°C و زمان 2 ساعت در نمونه های با فاصله توقف 4 و 5 میلی متر، نسبت به قبل از عملیات حرارتی به ترتیب از 270.91 به 171.00 ویکرز و از 279.00 به 195.00 ویکرز کاهش یافته است. همچنین استحکام نمونه ها به ترتیب از 449.21 به 370.80 مگاپاسکال و از 510.57 به 432.83 مگاپاسکال کاهش یافته است. تغییرات سختی و استحکام به دلیل تغییرات ضخامت منطقه بین فلزی و همچنین افزایش اندازه دانه ها بوده است.

رنگ های راکتیو به طور گسترده ای در صنایع نساجی مورد استفاده قرار می گیرند. حذف این رنگ ها به دلیل حلالیت بالا در آب توسط روش های متداول تصفیه پساب ها بسیار مشکل و اغلب مواقع غیرممکن است. از این رو توجه زیادی بروی تکنیک های نوین که منجر به تخریب کامل این آلاینده ها می شوند، متمرکز شده است. یکی از این روش ها اکسیداسیون پیشرفته بر اساس فرایند فتوکاتالیستی است که سبب تخریب کامل این آلاینده ها می شود. در این تحقیق، نانو کامپوزیت دی اکسید تیتانیم- کربن فعال با درصدهای وزنی مختلف (0، 1، 5، 10 و 15) به روش سل- ژل تهیه شد. خواص ساختاری و مورفولوژی نانوکامپوزیت توسط تکنیک های پراش اشعه ایکس و میکروسکوب الکترونی روبشی گسیل میدانی ارزیابی شد. خواص فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت تحت تابش نور ماورای بنفش به وسیله میزان تخریب رنگ راکتیو قرمز 198 به عنوان یکی از مواد موجود در پساب های صنایع نساجی و رنگرزی و یکی از عوامل آلودکننده آب های سطحی و زیرزمینی بررسی شد. نتایج نشان داد نانوذرات دی اکسید تیتانیم دارای ساختار کریستالی آناتاز بوده و اندازه متوسط نانوذرات حدود 35 نانومتر است. نتایج تست فتوکاتالیستی نشان داد با افزایش میزان کربن فعال در نانوکامپوزیت، ابتدا فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات دی اکسید تیتانیم افزایش و سپس کاهش یافت. بالاترین فعالیت فتوکاتالیستی برای نانوکامپوزیت دی اکسید تیتانیم-5 درصد وزنی کربن فعال به دست آمد. میزان تخریب رنگ راکتیو قرمز 198 در حضور نانوکامپوزیت دی اکسید تیتانیم-5 درصد وزنی کربن فعال و نانوذرات دی اکسید تیتانیم بعد از 210 دقیقه تابش به ترتیب حدود 42 و 35 درصد اندازه گیری شد.

در پژوهش حاضر، کامپوزیت Al- Al2O3 به روش SPS که یکی از روش های نوین تف جوشی پودرهای فلزی است، تولید شد. ریز ساختار نمونه های تولید شده با استفاده از میکروسکوپ نوری بررسی شد و تشخیص عناصر و ترکیبات حاضر در ساختار کامپوزیت با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به سیستم EDS صورت گرفت. هم چنین به منظور بررسی اثر مقادیر Al2O3، آزمون های استحکام فشاری، سختی و بررسی دانسیته نسبی بر روی نمونه های حاوی (15-0) درصد وزنی Al2O3 انجام شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد Al2O3 سختی برینل نمونه ها تا حدود 95% افزایش یافته است. در نمونه با 5 درصد وزنی Al2O3 استحکام نسبت به نمونه آلومینیوم خالص حدود 40 درصد افزایش پیدا کرده است و توزیع یکنواخت ذرات Al2O3 در زمینه Al مشاهده می شود؛ اما با افزایش درصد وزنی ذرات Al2O3 در نمونه های حاوی 10 و 155 درصد، کاهش استحکام دیده می شود که دلیل آن، با توجه به بررسی های ریزساختاری و کاهش دانسیته نسبی از 0.98 به حدود 0.88، مربوط به عدم فشرده شدن مناسب و ایجاد تخلخل در این نمونه ها است.

در بین ذرات هم رسوبی پوشش های کامپوزیتی الکترولس نیکل فسفر، نانوالماس دارای پایداری شیمیایی بالا، خواص خودروانکاری خوب و مقاومت به سایش عالی است. در این پژوهش، نانوذرات الماس با غلظت های 0.6-2-6-12 گرم بر لیتر به محلول آبکاری اضافه شده و فرایند پوشش دهی روی زیرلایه های فولادی انجام گرفت. تاثیر اضافه شدن نانوالماس و عملیات حرارتی بر تغییرات مورفولوژی، ساختار کریستالی، سختی و مقاومت به سایش به ترتیب باFESEM ، XRD، میکروسختی و روش پین روی دیسک بررسی شدند. نتایج نشان داد که پوشش ایجاد شده از محلولی با غلظت 0.6 گرم بر لیتر حداکثر مشارکت نانوذرات الماس، سختی و مقاومت به سایش را در بین پوشش های کامپوزیتی داشته است. با انجام عملیات حرارتی در دمای 400 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت سختی و مقاومت به سایش افزایش چشم گیری یافت.

در این پژوهش روش پلاسمای الکترولیتی به عنوان یکی از جدیدترین فرایندهای پوشش دهی سطح برای ایجاد پوشش نانو ورق گرافنی بر زیرلایه نیکل مورد مطالعه قرار گرفت. در این روش با اعمال ولتاژ بالا بین دو الکترود با نسبت سطح متفاوت در محلول، پلاسما در اطراف کاتد ایجاد می شود و در یک مرحله و در مدت زمان بسیار کوتاه در فشار اتمسفر، نانو ورق گرافن از الکترولیت حاوی اتانول به عنوان پیش ماده کربنی، تهیه شده و بر زیرلایه نیکل رسوب می کند. کیفیت این پوشش با استفاده از طیف سنجی رامان و تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد بررسی قرار گرفته است. شدت و محل باندها در طیف رامان، ایجاد پوششی از نانو ورق های گرافن توربواستراتیک با حداکثر 10 لایه را تایید می کند. افزایش در زمان فرایند، منجر به افزایش محدودی در تعداد لایه های گرافنی و کاهش در عیوب ساختاری آن ها می شود. هم چنین در بررسی تاثیر طول موج لیزر تهییج رامان بر شدت و مکان باندهای مشاهده شده در طیف رامان این نمونه ها، با استفاده از رامان با دو طول موج لیزر 633 nm و 785 nm افزایش در شدت پراکندگی باندهای مرتبه اول رامان، مانند باندهای D و G و کاهش در شدت پراکندگی مرتبه دوم، مانند باندهای2D  و D" مشاهده شد.

در این پژوهش، تاثیر نانولوله های کربنی و تک لایه های گرافیت (گرافن) بر خصوصیات الکترومغناطیسی اپوکسی بررسی و با هم مقایسه گردید. برای انجام این کار، نمونه های نانوکامپوزیت های اپوکسی- گرافن و نانوکامپوزیت های اپوکسی- نانو لوله کربن تا 0.5 درصد وزنی (0.266 درصد حجمی) با استفاده از روش ریخته گری ساخته شدند. پس از آن، مورفولوژی و نحوه پخش تقویت کننده ها در زمینه به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. سپس خصوصیات الکترومغناطیس نمونه ها در باند X امواج الکترومغناطیس (8 تا (12GHz به وسیله شبکه آنالیزکننده اسکالر اندازه گیری و مقایسه گردید. نتایج نشان داد که بخش حقیقی نفوذپذیری الکتریکی اپوکسی خالص با اضافه کردن 0.5 درصد وزنی گرافن و نانو لوله کربنی به ترتیب به طور متوسط 36 و 16 درصد افزایش می یابد. مقدار متوسط بخش موهومی نفوذپذیری الکتریکی نمونه نانوکامپوزیت با 0.5 درصد وزنی گرافن به 0.5 رسیده است که 3 برابر نمونه نانوکامپوزیت با درصد برابر نانو لوله کربن و 12.5 برابر اپوکسی خالص است. فاکتور اتلاف نمونه نانوکامپوزیت با 0.5 درصد وزنی گرافن برابر 0.13 و نمونه نانوکامپوزیت با 0.5 درصد وزنی نانو لوله کربن برابر 0.045 به دست آمده است. همان گونه که نتایج نشان می دهند، گرافن به مراتب بیش تر از نانولوله کربن خصوصیات الکترومغناطیس و فاکتور اتلاف اپوکسی را بهبود می بخشد.

در این پژوهش، اختلاط پودرهای آلومینیم خالص و گرافیت برای تولید کامپوزیت های پایه آلومینیم تقویت شده با ذرات پودر گرافیت، از روشی جدید به نام همگن سازی در مایع استفاده شد. میزان گرافیت در این پژوهش از صفر تا 4.5 درصد وزنی در نظر گرفته شد. ابتدا پودر گرافیت در استون ریخته و آلتراسونیک گردید و نیز پودر آلومینیم به محلول اضافه و آلتراسونیک ادامه پیدا کرد. سپس مخلوط حاصل فیلتر و در دما و زمان مناسب در اتمسفر خلا خشک گردید. هم چنین از پودرهای خشک شده حاصل به روش پرس سرد- تف جوشی در کوره خلا تحت دما و زمان مناسب نمونه های کامپوزیتی تولید شد. به منظور بررسی ریزساختار، نمونه های حاصل به وسیله میکروسکوپ نوری و SEM بررسی و تحلیل شدند. هم چنین به منظور بررسی خواص مکانیکی، نمونه ها تحت آزمون های سختی سنجی (برینل) و سایش قرار گرفتند. با توجه به نتایج و مشاهدات، توزیع ذرات گرافیت در زمینه ی آلومینیم در این روش نسبت به روش های دیگر بهبود چشمگیری را نشان داد که همین امر سبب بهبود خواص مکانیکی شده است. هم چنین، افزودن گرافیت تا 2.5 درصد وزنی به طور بسیار یکنواخت در زمینه و بدون کلوخه شدن رخ داد. در حالی که درصد بهینه توزیع گرافیت برای این کامپوزیت با سایر روش های اختلاط حداکثر یک درصد بوده است. در این روش اختلاط، با افزودن گرافیت تا درصد بهینه، سختی و مقاومت به سایش افزایش یافت. با توجه به نتایج آزمون سایش، میزان مقاومت به سایش به دست آمده از این روش اختلاط، نسبت به سایر روش های تولید این کامپوزیت افزایش داشت.

عملیات زیرصفر، عملیات تکمیلی است که بر روی انواع فولادهای ابزار، فولادهای کربن دهی شونده، تندبر، با هدف بهبود مقاومت سایشی و سختی انجام می گردد. در این پژوهش تاثیر عملیات زیرصفر عمیق بر روی رفتار سایش سرد، سختی و ریزساختار فولاد گرم کار 1.2344 مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور نمونه ها پس از پیشگرم در دمای 800 °C به مدت 20 دقیقه و سپس عملیات آستنیته در دمای 1050 °C به مدت زمان 50 دقیقه در روغن کوئنچ گردیدند. برای بررسی تاثیر عملیات زیرصفر، بعضی از نمونه ها تحت عملیات زیرصفر در محیط نیتروژن مایع به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. نتایج نشان داد، میزان آستنیت باقیمانده از 8% در نمونه کوئنچ به میزان بسیار کم در نمونه زیرصفر شده می رسد. همچنین نتایج نشان داد که عملیات زیرصفر عمیق، منجر به افزایش سختی و افزایش مقاومت در برابر سایش به ترتیب به میزان 25% و 49% در مقایسه با نمونه کوئنچ- تمپر می گردد. دلیل بهبود سختی و مقاومت به سایش در نمونه های زیرصفر شده کاهش در مقدار آستنیت باقیمانده، رسوب کاربیدهای ریز و نانومتری، توزیع بهتر کاربیدها و افزایش درصد کاربیدها است. همچنین بررسی سطوح سایش حاکی از آن است که مکانیزم غالب سایش، چسبان و تریبوشیمیایی است و ذرات جداشده از سطح در نمونه زیرصفر شده ریزتر می باشند.