مهندسی متالورژی
سال:1398 | دوره:22 | شماره:3 (پیاپی 75) |تعداد مقالات:7

آلیاژهای حافظه دار نیکل-تیتانیم به دلیل دارا بودن دو خاصیت ویژه ی حافظه داری و سوپرالاستیک بسیار مورد توجه قرار گرفته و کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف مانند پزشکی، هوافضا و به عنوان حسگر در سیستم های میکرو الکترو مکانیکی پیدا کرده اند. رفتار حافظه داری و سوپرالاستیک به شدت وابسته به ترکیب شیمیایی، دما و ساختار آلیاژ می باشد. در این پژوهش برای اولین بار تاثیر عنصر هافنیم به مقدار کم (حدود 3 درصد اتمی) بر روی ریزساختار، دماهای استحاله، خواص حافظه داری و خواص سوپرالاستیک آلیاژ نیکل تیتانیم با ترکیب اسمی Ni-47/2%at. Ti-3%at. Hf بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهند که حضور هافنیم می تواند مکانیسم تغییر شکل حین بارگذاری را تغییر دهد و در نتیجه منجر به بروز رفتار حافظه داری دو طرفه در نمونه می گردد. رفتار حافظه داری دو طرفه در این نمونه تنها پس از 12 درصد کشش ساده دیده شد. نمونه پس از باربرداری، حین بازیابی حرارتی از خود رفتاری زنگوله ای نشان می دهد.

ساختارهای های الیاف-فلز با نام اختصاری FML (Fiber Metal Laminates) در ساختارهای کامپوزیت شناخته می شوند. این ساختارها به دلیل خواص خوبی از جمله صرفه جویی وزنی و همچنین خواص صنعتی دیگری نظیر مقاومت در برابر آتش، حد تحمل بالا و مقاومت در برابر پایداری استاتیکی، ضربه و خوردگی به طور گسترده در صنایع هوایی کاربرد دارند. این مواد دارای خصوصیات خاصی همچون مقاومت بالا و وزن کم می باشند. بحث رفتار کمانشی یکی از مهم ترین بحث های علم مکانیک است. بنابراین، مقاوم سازی و افزایش استحکام سازه ها در برابر پایداری استاتیکی یا رفتار کمانشی، بخش وسیعی از مطالعات پژوهشگران را تشکیل داده است. پژوهش پیش رو، به تاثیر نانوذرات رس بر روی پایداری استاتیکی یا رفتار کمانشی فلز-مواد مرکب بازالت اپوکسی به صورت تجربی می پردازد. چند لایه الیاف-فلز بازالت اپوکسی ساخته شده، از دو رویه آلومینیومی 2024 ساخته شده که بین آنها هسته نانوکامپوزیتی بازالت اپوکسی حاوی نانورس قرار گرفته است. هسته نانوکامپوزیتی شامل الیاف بازالت با وزن واحد سطح 300 گرم بر متر مربع، رزین EPR1080، سخت کننده EA1080 و نانوذرات رسی بنتونیت با درصدهای 0، 1، 3 و 5 می باشد. تمام نمونه های تحت آزمون کمانش با روش لایه چینی دستی انجام گرفته است. آزمایش های کمانش با استفاده از دستگاه تست کشش با سرعت 5/0 میلیمتر بر دقیقه انجام گرفت. نتایج حاصل از آزمایش های کمانش نشان دهنده این است که، تیر FML با 5 درصد وزنی نانورس نبست به سایر درصدهای وزنی دارای بار بحرانی به مراتب بالاتری است. همچنین با افزایش درصد وزنی نانو ذرات رس، میزان جذب انرژی افزایش می یابد.

Fe5C2 یکی از انواع کاربیدهای آهن است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ماده با توجه به مغناطش اشباع بالا و خنثی بودن از لحاظ شیمیایی می تواند در حوزه های مختلف مهندسی و پزشکی کاربرد داشته باشد. یکی از مهمترین چالش ها در عمل، پایداری حرارتی نانوذرات Fe5C2 است. در این تحقیق، نانوذرات Fe5C2 توسط یک روش شیمی تر سنتز شدند. تکنیک های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به ترتیب برای بررسی خواص شیمیایی و مورفولوژی نمونه در دمای محیط مورد استفاده قرار گرفتند. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نمایانگر مورفولوژی کروی و میانگین اندازه 30 نانومتر برای نانوذرات بود. آنالیز توزین حرارتی (TGA) برای مطالعه رفتار حرارتی این کاربید مغناطیسی انجام شد. مقدار محاسبه شده برای انرژی اکتیواسیون تخریب حرارتی فاز با استفاده از روش Flynn-Wall-Ozawa، 51/139 کیلوژول است. پس از گرمایش نمونه، تست XRD مجددا تکرار شد تا تغییرات فازی در دمای بالا بررسی شود. در نهایت، الگوی پراش پرتو ایکس، تبدیل کاربید مغناطیسی آهن به آهن و مگنتیت پس از فرایند گرمایش را تایید کرد.

در این پژوهش تاثیر افزودن نایوبیم و دمای آستنیته بر خواص مکانیکی و ریزساختار فولادی کم کربن پس از اعمال فرآیند مارتنزیتی مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها پس از ریخته گری و نورد داغ؛ در دماهای 900، 1000، 1100 و  C 1200 به مدت یک ساعت آستنیته و سپس در آب کوینچ شدند که حاصل آن ریزساختار مارتنزیتی (همراه مقدار کمی فریت ویدمن اشتاتن) بود. بیشینه سختی در نمونه حاوی نایوبیم آستنیته شده در دمای  C 1200 حاصل شد. سختی این نمونه 238 ویکرز و استحکام کششی آن نیز MPa 859 بود. با این حال، این نمونه افزایش طول نسبی ناچیزی در حد 1 درصد از خود نشان داد. در مرحله بعد، کاهش 50 درصدی ضخامت نمونه های بدون نایوبیم و حاوی نایوبیم به وسیله نورد سرد و آنیل آنها به مدت min 90 در دمای  C 600 انجام گرفت. بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که ریزساختار نمونه بدون نایوبیم کاملا آنیل و دانه ها هم محور شده اند و تاثیر کل فرآیند مارتنزیتی در آن خنثی شده است. آزمون کشش نیز نشان دهنده مشابهت استحکام نمونه آنیل شده و نورد داغ شده بود. از طرف دیگر، در نمونه حاوی نایوبیم، ساختاری ریزدانه حاصل شد که سختی آن (در مقایسه با حالت کوینچ شده) تا حد زیادی حفظ شده بود. بررسی نتایج آزمون کشش نیز نشان داد که فرآیند مارتنزیتی در نمونه نایوبیم دار بسیار موثر بوده به گونه ای که پس از آنیل، استحکام کششی همچنان بیش از MPa 700 بود. علیرغم استحکام بالا، افزایش طول نسبی این نمونه در سطحی بیش از 15 درصد حفظ شد.

در این تحقیق پودر کامپوزیتی Co3O4 حاوی 15 درصد وزنی Fe2O3 به دو روش کلی شامل الف-آسیاکاری هم زمان (0، 1 و 16 ساعت) مخلوط اکسید ها و ب-آسیاکاری جداگانه اکسید کبالت (0، 1 و 16 ساعت) و اکسید آهن (0، 5/0 و 7 ساعت) و سپس مخلوط کردن آنها، تهیه و از نظر اندازه متوسط ذرات، مورفولوژی ذرات، نحوه پخش ذرات فاز ثانویه (اکسید آهن)، آنالیز فازی و ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی به روش های FE-SEM، XRD و ترموگراویمتری مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که روش آماده سازی تاثیر محسوسی بر اندازه ذرات ماده و ظرفیت ذخیره اکسیژن (معادل ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی) دارد و افزودن اکسید آهن و نیز کاهش اندازه ذرات آن به عنوان فاز ثانویه موجب افزایش ظرفیت ذخیره ماده نسبت به اکسید کبالت اولیه می شود. نتایج نشان داد که به طور کلی نمونه های تهیه شده به روش الف ظرفیت ذخیره انرژی پایین تری نسبت به نمونه های تهیه شده به روش ب دارند. علاوه بر این مشخص شد که پودر کامپوزیتی تهیه شده به روش ب در زمان آسیا کاری کوتاه تر فاز زمینه (اکسید کبالت) منجر به ایجاد اندازه های ذرات کوچکتر در طی فرایندهای احیا-اکسیداسیون می شود. همچنین نتایج نشان داد که کاهش اندازه ذرات پودر کامپوزیتی الزاما هم جهت با بهبود ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی ماده نمی تواند باشد و سایر عوامل مانند تشکیل فاز اسپینل (Fe2O3. CoO) نیز از عواملی است که تاثیر زیادی در کاهش ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی در ماده دارد.

در این تحقیق تاثیر ضریب کارسختی بر روی نحوه سیلان فلز و توزیع کرنش، فاکتور تخریب و نیروی لازم برای پرس نمونه با استفاده از تحلیل المان محدود مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد در مورد ماده پلاستیک ایده آل منطقه پر نشده از فلز در محل تقاطع کانالها ایجاد نمی شود و کرنش اعمالی به ناحیه پایینی نمونه از سطح بالایی بیشتر است. در حالیکه با افزایش ضریب کارسختی اندازه ناحیه پر نشده افزایش یافته و کرنش کمتری به قسمت پایینی نمونه اعمال می شود. همچنین فاکتور تخریب در نمونه با رفتار پلاستیک ایده آل در سطح بالایی نمونه نسبت به نواحی دیگر بالا بوده و در این ناحیه تنشهای کششی نیز اعمال می شود. برعکس درمورد نمونه ای با رفتار کارسختی، بیشترین فاکتور تخریب مربوط به ناحیه نیمه پایینی نمونه است. از طرفی مشاهده شد با افزایش ضریب کارسختی میزان نیروی لازم برای پرس نمونه کاهش می یابد.

در این پژوهش اثر تغییرات حرارت ورودی بر ریزساختار و خواص مکانیکی مقطع جوش ورق فولادی از گرید فوق مستحکم کم آلیاژ را در شرایط کوینچ و تمپر شده (AISI4340) بررسی می شود. جوشکاری توسط فرایند دستی GTAW و با استفاده از فیلر کم کربن و با اعمال عملیات حرارتی پیشگرم و تنش زدایی انجام شد. نتایج ماکروگرافی نشان داد که با افزایش حرارت ورودی، ضمن گسترده شدن ناحیه HAZ، موجب رشد اندازه دانه های آستنیت اولیه می شود. ریزساختار جوش شامل فازهای مارتنزیت و فریت است و با افزایش حرارت ورودی میزان کسر حجمی فریت افزایش می یابد. بدلیل کاهش سرعت سرد شدن موفولوژی فریت به سوزنی تغییر می کند، ریزساختار مارتنزیت به همراه بینیت بلوکی شکل در منطقه HAZ مشاهده می شود. سختی منطقه HAZ با افزایش حرارت ورودی کاهش می یابد. با افزایش حرارت ورودی، استحکام کششی از MPa 1078 تا 970 کاهش می یابد. علاوه بر این، انرژی ضربه با افزایش حرارت ورودی در منطقه جوش افزایش می یابد و در HAZ کاهش می یابد. بنابراین، برای دست یابی به خواص مکانیکی بهینه در مقاطع جوشکاری سازه های کوینچ و بازپخت شده، استفاده از فیلر کم کربن به همراه حرارت ورودی کم موثر است.