فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1391 | دوره:6 | شماره:2 (پیاپی 21) |تعداد مقالات:12

در این تحقیق، نانوپودرهای زیرکونیایی با استفاده از هیدروکسید استات زیرکونیوم در یک فرآیند سل - ژل سنتز گردیده و در دماهای مختلف عملیات حرارتی شده اند. نانوپودرهای حاصله با استفاده از تحلیلگرهای طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR)، آنالیزهای توزین حرارتی و حرارتی افتراقی (TG/DTA)، پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی ((SEM مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان داده است که این فرایند منجر به تشکیل فاز زیرکونیای تتراگونال با درجه تبلوری بالا در دمای 800 oC شده و سپس درگستره دمایی 800-1200 oC ساختار به فاز زیرکونیای منوکلینیک تبدیل شده است. نتایج بدست آمده از تحلیلگر تعیین مساحت سطح ویژه (SBET) هم نشان می دهد که با افزایش دمای عملیات حرارتی، مساحت سطح نانوپودرها کاهش و در نتیجه اندازه متوسط ذرات افزایش می یابد. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی هم نشان دهنده آن بود که مورفولوژی نانوپودرهای زیرکونیایی بر اساس دماهای عملیات حرارتی تغییر می کند.

جوشکاری اصطکاکی اختلاطی (FSW) یک فرایند نوین جوشکاری حالت جامد می باشد که برای آلیاژهای آلومینیم به ویژه برای آن گروه از آلیاژهای آلومینیم که روش های جوشکاری ذوبی برای آنها مناسب نمی باشد، مانندآلیاژ آلومینیم 2024، کاربرد وسیعی دارد. حین جوشکاری FSW دانه های منطقه فلز جوش (منطقه اختلاط)، به صورت بسیار ریز و هم محور تشکیل می شوند. مکانیزم تشکیل این دانه ها، حین فرآیند جوشکاری از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این تحقیق علاوه بر تشخیص و ارائه مکانیزم تشکیل دانه های منطقه اختلاط، تاثیر سرعت دورانی ابزار و سرعت جوشکاری بر اندازه دانه های این منطقه از آلیاژ 2024 بررسی شده است. با افزایش سرعت جوشکاری اندازه دانه در منطقه اختلاط کاهش یافته و با افزایش سرعت دورانی ابزار اندازه دانه افزایش می یابد. مکانیزم غالب در شکل گیری دانه های منطقه اختلاط حین جوشکاری FSW، مکانیزم تبلور مجدد پیوسته (CDRX) تشخیص داده شد.

در میان آلیاژهای آلومینیم - منیزیم، آلیاژ 5083 به دلیل خواص مکانیکی بالا، جوش پذیری خوب و مقاومت به خوردگی بالا در آب دریا به طور وسیعی در ساخت تجهیزات و شناورهای دریایی به کار رفته است. یکی از روش های متداول جوشکاری این آلیاژ که برای ضخامت های بالا کاربرد بیشتری دارد روش جوشکاری GMAW می باشد. در هنگام جوشکاری این آلیاژ به منظور حذف رطوبت های سطحی و جلوگیری از تخلخل، ذوب ناقص و همچنین کاهش احتمال پیچیدگی به پیشگرم نیاز است. در این بررسی آلیاژAl-5083 H321  توسط روش جوشکاری GMAW و با فلز پرکننده ER 5183 در شش دمای پیشگرم مختلف جوشکاری گردیدند. سپس به منظور بررسی ریزساختار این آلیاژ از آزمون های متالوگرافی ماکرو و میکرو و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به EDS استفاده گردید و تاثیر تغییرات دمای پیشگرم براندازه دانه، رسوبات و منطقه متاثر از حرارت، در این آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. نهایتا سه نوع رسوب Al-Mg، Al-Mg-Si و Al-Fe-Mn در این آلیاژ مشاهده شد که با افزایش دمای پیشگرم مقدار رسوبات و اندازه دانه و پهنای منطقه HAZ افزایش یافت.

یکی از دقیق ترین و واقعی ترین روشهای تعیین خوردگی اتمسفری تهیه نمونه های استاندارد از آلیاژهای مورد نظر و نمونه گذاری در محیط است. بطور کلی سه عامل رطوبت نسبی و سرعت رسوب یونهای کلرید و سولفات موجود در هوا برخوردگی اتمسفری تاثیر بسزایی دارد. بر اساس استاندارد ایزو 9223 اگر طی یک سال عوامل فوق اندازه گیری شود، می توان نسبت به تعیین کلاس خورندگی محیط اقدام کرد. در این تحقیق در دو شهر تهران و آبادان نسبت به اندازه گیری پارامترهای فوق بصورت ماهیانه در طول یک سال اقدام و همزمان در همان محل ها نمونه هایی از فولاد ساده کربنی بدون پوشش در معرض محیط قرار گرفت. سپس سرعت خوردگی فولاد به دو روش نمونه گذاری و استفاده از اطلاعات آب و هوایی اندازه گیری شد. سپس نتایج بدست آمده با معادله سینتیکی تجربی C=ktn مقایسه و مشخص شد که مطابقت خوبی بین نتایج تجربی و معادله فوق وجود دارد.

فولادهای TWIP گروه خاصی از فولادهای آستنیتی منگنز بالا هستند که بهترین ترکیب استحکام و داکتیلیته را در بین فولادهای مورد کاربرد در خودرو دارا می باشند. در این مقاله تاثیر افزودن مولیبدن بر بهبود خواص مکانیکی فولاد Fe-33Mn-3Si-2Al مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور درصدهای مختلف مولیبدن به ترکیب شیمیایی فولاد اضافه شده و پس از ریخته گری، نورد گرم و آنیل، خواص مکانیکی و ریزساختار و فازهای تشکیل شده در فولاد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزودن مولیبدن به فولاد، خواص مکانیکی بهبود پیدا می کند، لیکن بالاترین استحکام با مقدار مولیبدن 0.3 درصد حاصل شد که منجر به حدود 50 درصد افزایش استحکام نهایی و حدود 40 درصد کاهش در اندازه دانه گردید.

اتلاف شدت نور تابشی در اثر اندازه بلورهای رشد کرده در ساختار و اختلاف بین ضریب شکست فازهای بلورین و شیشه ای باعث شده است تا از شیشه سرامیک های شفاف در کاربردهای اپتیکی کمتر استفاده شود. در این تحقیق تاثیر کریستال های نانومتری محلول جامد b- کوارتز و b- ایوکریپتایت بر میزان اتلاف پراکنشی نور تابشی در شیشه سرامیک های سیستم لیتیوم آلومینوسیلیکات با استفاده از تئوری های پراکنش نور Mie و Rayleigh بررسی شده است. مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات عملی و محاسبات تئوریکی تئوری های پراکنش نشان می دهد که وجود بلورهای نانومتری محلول جامد b- کوارتز که اختلاف ضریب شکست ناچیزی با زمینه شیشه ای دارند، میزان اتلاف از طریق پراکنش نور را به شدت کاهش می دهد. شیشه سرامیک های شفاف تولید شده در این تحقیق، بیش از 90% نور ورودی را عبور داده و به منظور استفاده در کاربردهای اپتیکی، میزان شفافیت بسیار بالایی دارند.

هیدروکسی آپاتیت به خاطر توانایی که در بازسازی استخوان دارد در مهندسی بافت استخوان نقش مهمی را ایفا می کند. در این تحقیق ابتدا پودر نانوکریستال هیدروکسی آپاتیت (HAp) به روش تجزیه گرمایی از استخوان ران گاو در دمای 900 oC تهیه و سپس داربست متخلخل سرامیکی هیدروکسی آپاتیت با درصدهای وزنی 40، 50 و 60 به روش تکرارپذیری اسفنج پلی یورتان ساخته شد. سپس داربست ها توسط محلول پلی هیدروکسی بوتیرات (P3HB) در زمان های 30 ثانیه و 1 دقیقه پوشش دهی شدند. برای مطالعات فازی، ریخت شناسی و تعیین گروه های عاملی به ترتیب از دستگاه های مشخصه یابی XRD، SEM، TEM و FT-IR استفاده شد، در نتیجه با توجه به وجود هیدروکسی آپاتیت طبیعی با اندازه ذرات 85 nm، داربستی با درصد وزنی 50 و درصد تخلخل حدود 90% و اندازه بین 100 تا 400 mm بدست آمد که می تواند در مهندسی بافت استخوان کاربرد داشته باشد.

در این پژوهش، خوردگی فولاد API 5L 42X در تماس با عایق گرمایی پشم سنگ در چهار دمای 20، 40، 60 و 80 درجه سانتیگراد بررسی شده است. بدین منظور از آزمون های پلاریزاسیون تافل، پلاریزاسیون سیکلی و کاهش وزن استفاده گردید. آزمون های الکتروشیمیایی و کاهش وزن بترتیب در مایع حاصل از شستشوی عایق و در تماس با عایق مرطوب به انجام رسیدند. علاوه بر این محصولات خوردگی حاصل از آزمون های کاهش وزن در دو دمای 20 و 80 درجه سانتیگراد بمنظور تایید نتایج بوسیله پراش پرتو ایکس مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آزمون های پلاریزاسیون تافل و کاهش وزن در دمای 20 درجه سانتیگراد نشان داد، عایق پشم سنگ دارای پتانسیل پایینی در ایجاد خوردگی است که این موضوع پیامدی از خصلت قلیایی محلول حاصل از شستن این عایق و غلظت پایین یون کلر موجود در آن می باشد. افزایش دما از 20 تا 80 درجه سانتیگراد در آزمون های کاهش وزن بدلیل شکل گیری یک سیستم بسته خوردگی موجب افزایش مداوم سرعت خوردگی نمونه های فولادی گردید، در حالیکه در آزمون های پلاریزاسیون تافل در محدوده دمایی 60 تا 80 درجه سانتیگراد بدلیل شکل گیری یک سیستم باز چنین رفتاری مشاهده نشد. آزمون های پلاریزاسیون سیکلی و مشاهدات میکروسکوپی سطح نمونه ها پس از آزمون های کاهش وزن نشان دادند، افزایش دما تمایل به خوردگی موضعی را افزایش داده است.

خواص ایده آلی از جمله نسبت استحکام به وزن بالا همراه با چقرمگی، انعطاف پذیری، استحکام خستگی، مقاومت سایشی و هدایت حرارتی بالا، قابلیت جذب ارتعاش عالی و حساسیت کم نسبت به اثر شیار در کنار هزینه تولید پایین باعث شده که چدن نشکن آستمپر شده (ADI) بعنوان یک ماده صنعتی مورد توجه مهندسین طراح و متالورژیست ها قرار بگیرد. آستنیت باقیمانده که در طول استحاله همدمای آستمپرینگ غنی از کربن می شود، عامل اصلی این خواص منحصر بفرد می باشد. با توجه به روش پیچیده و هزینه بر و با مقدار خطای بالای مرسوم برای تعیین میزان کسر حجمی آستنیت باقیمانده، هدف از این پژوهش ارائه یک مدل شبکه هوشمند عصبی مصنوعی برای برآورد این فاز با استفاده از بانک اطلاعاتی مبسوطی که از داده های علمی منتشر شده در مجلات معتبر علمی تهیه شده، می باشد. به این منظور از یک شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP-ANN) با تعداد سلول های متغیر در لایه پنهان استفاده شد که در آن ورودی ها شامل درصد وزنی کربن، سیلیسیم، منگنز، مولیبدن، نیکل، مس، دما و زمان آستنیته کردن، دما و زمان آستمپرینگ و خروجی شبکه نیز مقدار آستنیت باقیمانده بعد از عملیات حرارتی آستمپرینگ می باشد. آزمون عملکرد شبکه بهینه شده نشان می دهد که شبکه سنتز شده با خطای بسیار کم م تواند این مقدار را تخمین بزند. از رابطه نهایی گزارش شده می توان به راحتی و با دقت بسیار بالا مقدار آستنیت باقیمانده را در ترکیب های شیمیایی و سیکل های عملیات حرارتی مختلف این نوع چدن ها تعیین نمود.

شیشه سرامیک SiO2-CaO-MgO-Al2O3 با استفاده از افزودنی TiO2 به روش سینتر - تبلور تهیه شد. رفتار حرارتی شیشه توسط DTA مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر مقدار بهینه TiO2 بر سینترپذیری شیشه سرامیک با اندازه گیری درصد انقباض خطی و چگالی بررسی شد. سینترینگ در محدوده دمای 850-1150 oC انجام شد و با بررسی رفتار سینترپذیری دمای بهینه سینترینگ 1150 oC تعیین گردید. افزودن TiO2 تاثیر مثبتی روی سینترپذیری شیشه سرامیک نشان داد. فاز دایوپساید حاصله به عنوان فاز عمده بعد از سینترینگ با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) شناسایی شد. به علت اختلاف چگالی دایوپساید حین تبلور، تخلخل ناشی از تبلور ایجاد می شود. بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تشکیل تخلخل را نشان داد.

هدف از این مقاله تولید محصولات گچی مقاوم به آب می باشد. در ابتدا نمونه های ساخته شده با ترکیب گچ و افزودنی های مختلف تولید و سپس مطابق با شرایط استاندارد ASTM test 1396 میزان درصد آب جذب شده تعیین شد. سپس توسط دستگاه تست شکست، میزان استحکام شکست سرد آنها اندازه گیری شد و وزن مخصوص نمونه ها نیز تعیین گردید. با توجه به نتایج حاصل، مواد افزودنی مورد استفاده به دو دسته سبک کننده و استحکام دهنده تقسیم شده که در مرحله ساخت نمونه ها با انتخاب افزودنی از هر گروه به بررسی تاثیر افزودنی سوم پرداخته شد. حاصل بررسی ها شناسایی ترکیب برتر گچ به همراه پالپ و سیمان و سریشیم بود که با افزایش سریشیم خواص محصول به شدت بهبود می یافت. با بررسی نتایج حاصل از پرتونگاری اشعه X (XRD) ، با افزایش سریشیم در ترکیب، تغییر فازی در ترکیب مشاهده نشد ولی در تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تاثیر افزایش سریشیم بر ساختار ترکیب کاملا مشهود بوده ولی ترکیب ساخته شده بسیار کندگیر بوده که برای رفع این ایراد از ماده کلرید سدیم کمک گرفته و حاصل آن علاوه بر زمان گیرش مناسب، بهبود خواص محصول نیز شد. بهترین ترکیب شامل 100 گرم گچ، 15 گرم سیمان، 5 گرم پالپ، 15 گرم سریشیم و 20 گرم کلرید سدیم بدست آمد.

تیغه های فولادی مورد استفاده برای برشکاری انواع پلاستیک ها، لاستیک ها، چوب و فلزات در اکثر موارد فولادهای پرکربن (نظیر فولاد CK70) می باشند که با استفاده از عملیات حرارتی سخت کاری سطحی، لایه سخت و قابل برشی بر روی آنها ایجاد می شود. در این تحقیق، از فولاد St37، به عنوان ماده جایگزین فولادهای پرکربن استفاده شد و با استفاده از چهار الکترود مختلف و به روش جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی، لایه روکشی سخت بر روی این فولاد اعمال گردید. در مرحله بعد آزمونهای آ نالیز شیمیایی، متالوگرافی نوری، سختی و مقاومت به سایش بر روی نمونه ها انجام شد.نتایج آنالیز شیمیایی انجام گرفته از فلز رسوب جوش نمونه الکترودهای انتخابی نشان داد که حضور حدود 0.5 درصد کربن همراه عناصر آلیاژی کاربیدساز و سختی پذیری و با مقادیر مختلف تاثیر متفاوتی در میزان سختی و مقاومت به سایش داشتند بطوریکه در این تحقیق نمونه آلیاژ فلز رسوب Fe-Cr-Mo-V-W با کد WD دارای بهترین نتایج از نظر سختی و مقاومت به سایش بود. ساختار فلز رسوب نمونه حاصل از الکترود WD دارای ساختار مارتنزیت همراه با کاربیدهای آلیاژی با دانه بندی ریز به همراه کمی آستنیت باقی مانده بود. نتایج آزمون تیغه ها در شرایط کاربردی نشان داد که رسوب حاصل از الکترود WD دارای سختی و مقاومت به سایش مطلوب و نیز قابلیت برش بالاتری از نمونه فولاد CK70 عملیات حرارتی سخت کاری شده می باشد.