فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1389 | دوره:4 | شماره:1 (پیاپی 12) |تعداد مقالات:8

در این تحقیق کاربید تیتانیم و نانوکامپوزیت TiC-Al2O3 با استفاده از روتیل به عنوان یک ماده اولیه ارزان قیمت، آلومینیوم و گرافیت به روش سنتز احتراقی همراه با فعال سازی مکانیکی تولید شد. به منظور مشخصه یابی محصولات از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM استفاده شد. مخلوط اولیه با نسبت استکیومتری به مدت زمان های 8، 10، 20 و 60 ساعت آسیاب کاری شدند. پس از 10 ساعت آسیاب کاری پیک های مربوط به فاز TiC و Al2O3 در نمودار پراش پرتو ایکس مشاهده گردید. با اندازه گیری اندازه دانه های فاز TiC مشخص شد که متوسط اندازه دانه ها در حد 36 نانومتر می باشند. با افزایش زمان آسیاب کاری به 20 ساعت پیک های مربوط به فاز TiC پهن شدند که نشان دهنده ریز شدن کریستال های کاربید تیتانیم تشکیل شده می باشد. نانوکامپوزیت TiC-Al2O3 در نمونه های 20 ساعت آسیاب کاری شده، در دماهای 800 و 1200 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شد و مشاهده شدکه هیچ گونه تغییر فازی در ساختار به وجود نیامده و اندازه دانه ها در مقیاس نانو باقی ماندند.

فولادهای ماریجینگ گروهی از فولادها هستند که دارای استحکام و چقرمگی شکست بالایی می باشند. به منظور پایین نگهداشتن عناصر ناخالصی در این فولادها که برای ایجاد استحکام و چقرمگی بالا ضروری می باشد و همچنین به دلیل وجود عناصر آلیاژی فعال در آنها، استفاده از روش های ذوب، تصفیه و ریخته گری پیشرفته نظیر فرآیندهای تحت خلا همواره در تولید فولادهای ماریجینگ مورد توجه بوده است. در این تحقیق فرآیند ذوب مجدد قوسی تحت خلا بر روی دو فولاد ماریجینگ حاوی مقادیر 0.65 و 1 درصد وزنی تیتانیم که به روش ذوب القایی تحت خلا تولید شده بودند، انجام شد. این فرآیند باعث شد علاوه بر کاهش اتم های گازی (تا میزان 14%)، بر میزان داکتیلیته به اندازه 30% و بر مقدار مقاومت به ضربه فولاد در حدود 47% افزوده شود. همچنین با مقایسه دو فولادC300  حاوی 0.65 و 1 درصد وزنی تیتانیم که به روش ذوب دوگانه (VIM+VAR) تولید شده اند، مشخص شد که افزایش تیتانیم از 0.65 به 1 درصد وزنی باعث افزایش اندکی در مقادیر استحکام و سختی و نیز کاهش ناچیزی در مقادیر انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه فولاد می شود.

در این تحقیق با استفاده از یک نوع سیم جوش توپودری حاوی مواد فروآلیاژی عملیات روکش کاری سخت توسط فرآیند FCAW با گازهای محافظ مختلف آرگون و نیتروژن بر روی فولاد ساده کربنی انجام گردید. آزمایش آنالیز شیمیایی حکایت از جذب نیتروژن در نمونه جوشکاری شده با گاز نیتروژن دارد. نتایج آزمایش های پراش پرتو(XRD) X ، متالوگرافی SEM و آنالیز نقطه ای EDX بیانگر حضور رسوبات کربونیترید تیتانیم (TiCN) در فلز جوش نمونه جوشکاری شده با گاز نیتروژن و همچنین رسوبات کاربید تیتانیم (TiC) در نمونه جوشکاری شده با گاز آرگون در زمینه فریتی می باشند. نتایج سختی سنجی بیانگر بالاتر بودن سختی نمونه جوشکاری شده با گاز نیتروژن در مقایسه با نمونه جوشکاری شده با گاز آرگون می باشد. همچنین آزمون سایش انجام گرفته (ASTM G65) نشان می دهد که نمونه جوشکاری شده با گاز نیتروژن مقاومت به سایش بالاتری نسبت به نمونه جوشکاری شده با گاز آرگون دارد، بررسی SEM سطوح ساییده شده مشخص نمودکه مکانیزم سایش نمونه های جوشکاری شده با گاز محافظ نیتروژن و با گاز محافظ آرگون شخم زنی بوده است ولی خطوط شیار در سطح نمونه جوشکاری شده با گاز نیتروژن از عمق کمتری نسبت به نمونه جوشکاری شده با گاز آرگون برخوردار هستند که این امر مربوط به مقدار و توزیع فازهای TiCN و TiC در نمونه ها می باشد.

در ریخته گری به روش مدل های فومی فدا شونده، مدل و سیستم راهگاهی از فوم قابل تبخیر (عموما پلی استایرن) تهیه شده و پس از پوشش دهی داخل ماسه بدون چسب قرار می گیرد. با ورود مذاب به قالب، مدل تجزیه حرارتی و از قالب خارج شده و مذاب جای آن را می گیرد. در ریخته گری فولادها به این روش به علت دمای بالای مذاب، مدل فومی عمدتا به محصولات گازی تجزیه شده و به صورت گاز از قالب خارج می شود. اعمال فشار برگشتی توسط محصولات گازی تجزیه فوم روی سطح آزاد مذاب باعث تغییراتی در جریان مذاب داخل قالب می شود. اما در ریخته گری آلومینیوم به علت حرارت کمتر مذاب، فوم دچار تجزیه کمتر می شود و عمدتا به فرم مایع از قالب خارج می شود. در این پژوهش از تکنیک فتوگرافی (قالبی با یک وجه شیشه ای) برای بررسی نحوه جریان مذاب و طول فاصله گازی در ریخته گری فولاد و آلومینیوم به روش مدل های فومی فدا شونده استفاده شده است. نتایج فشارسنجی طول فاصله-گازی نشان می دهد که با افزایش ضخامت پوشان، دانسیته فوم و ارتفاع لوله راهگاه فشار برگشتی بر سطح آزاد مذاب فولاد افزایش می یابد. مقایسه نتایج فتوگرافی آلومینیوم و فولاد نشان می دهد که در ریخته گری فولاد، شدت واکنش ها در طول فاصله گازی و حجم محصولات گازی نسبت به ریخته گری آلومینیوم بسیار بیشتر می باشد.

در این تحقیق نانوپودر آلومینا به روش سل- ژل سنتز شد. سل بوهمیت از هیدرولیز نیترات آلومینیوم در pH=8 و دمای 80 درجه سانتی گراد تهیه و سل به دست آمده به دو قسمت تقسیم شد. قسمتی از آن پس از حرارت دهی در دمای 100 درجه سانتی گراد به ژل تبدیل و ژل خشک شده در دمای 1100 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت در کوره تحت عملیات حرارتی قرار گرفت و پودر آلفا آلومینا با سطح ویژه12m2/g ، متوسط اندازه450nm  و اندازه بلورک35nm  سنتز شد. قسمت دیگر سل پس از حرارت دهی و تشکیل ژل در مایکروویو حرارت داده شد که پس از 20 دقیقه عملیات حرارتی آلفا آلومینا با سطح ویژه 35m2/g و اندازه بلورک 25nm به دست آمد.

در این تحقیق سنتز احتراقی و مکانوشیمیایی کاربید کروم Cr3C2 با استفاده از پودرهای اکسید کروم، آلومینیوم و کربن انجام گردید. مشخصه یابی محصولات تشکیل شده با استفاده از دستگاه پراش اشعه ایکس (XRD) صورت پذیرفت. بررسی ها در مورد سنتز احتراقی نشان داد که بدون فعال سازی مکانیکی، تنها واکنش آلومینوترمی احیای اکسید کروم انجام می گردد و محصول نهایی کروم و آلومینا می باشد. در شرایطی که پودرهای اولیه به مدت دو ساعت فعال سازی مکانیکی (آسیاب کاری) شوند، واکنش ها کامل شده و کاربید کروم (Cr3C2) تولید می شود. نتایج سنتز مکانوشیمیایی نشان داد که حین سنتز، واکنش آلومینوترمی به صورت تدریجی انجام می شود به طوریکه پس از 5 ساعت آسیاب کاری به دلیل احیای اکسید کروم توسط آلومینیوم و انحلال کربن در شبکه کروم فلزی، پیک های ضعیفی مربوط به کاربید کروم مشاهده گردید. نتایج فازیابی نشان داد که محصول کاربید کروم Cr3C2 پس از حدود 7 ساعت آسیاب کاری تشکیل می گردد. آلومینا که محصول جانبی این واکنش می باشد به صورت آمورف تشکیل شد که پس از زینترکردن پودر در دمای 1100 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت به صورت کریستالی در نمودار پراش اشعه ایکس ظاهر گردید.

در تحقیق حاضر، ابتدا کامپوزیت آلومینا- اسپینل به صورت درجا به روش ریخته گری ژلی با استفاده از دو ماده اولیه مختلف، استات منیزیم (محلول در آب) و هیدروکسید منیزیم (نامحلول در آب) به همراه آلومینا سنتز و شکل داده شد و سپس خواص هر کدام به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمایش مقدار رسوب پراکنده ساز مصرفی برای پایدارسازی سیستم حاوی استات منیزیم را بیشتر از هیدروکسید منیزیم نشان می دهد. همچنین استحکام نمونه های حاوی هیدروکسید منیزیم بالاتر از قطعات شامل استات منیزیم به دست آمد. اثر زمان زینتر بر تشکیل فاز اسپینل به کمک پراش اشعه ایکس بررسی گردید. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز گویای تخلخل های بیشتر در سیستم حاوی استات منیزیم می باشد.

فولاد API 5CT T95 محدوده وسیعی از کاربرد را در صنایع نفت دارد. ساخت تجهیزاتی که قبلا در شرکت های فولادسازی خارجی انجام می گرفت، اخیرا در شرکت های فولادسازی داخل کشور شروع شده است و با توجه به کاربرد بسیار حساس و بحرانی این فولاد، مطالعه و تحقیق در زمینه موضوع مورد بحث از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. این فولاد پس از ذوب، شمش ریزی و شکل دهی جهت حصول خواص مکانیکی عالی تحت عملیات حرارتی سخت کاری و بازپخت قرار می گیرد. رسم نمودار بازپخت فولاد مذکور (تاثیر دمای بازپخت بر سختی، استحکام کششی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول نسبی ودرصد کاهش سطح مقطع نسبی) که در منابع مختلف موجود نیست، هدف این تحقیق است. بدین منظور تعدادی نمونه کشش از جنس فولاد فوق الذکر تهیه گردید. تمام نمونه ها در دمای 890 درجه سانتی گراد آستنیته و پس از کوئنچ در آب، هر نمونه در یک دمای ثابت (شامل 570، 600، 620، 635، 650، 660، 670، 680 و 700 درجه سانتی گراد) بازپخت شد. آنگاه نمونه های مذکور تحت تست کشش قرار گرفتند و سختی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج منجر به رسم نمودار تمپر فولاد که راهنمای اصلی عملیات حرارتی است، گردید.