فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1399 | دوره:14 | شماره:4 (پیاپی 55) |تعداد مقالات:7

در پژوهش حاضر اثر متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فلز آلومینیوم 6061 با استفاده از لایه واسط و بدون لایه واسط انجام شده است. پس از انجام فرآیند جوشکاری، آزمون های میکرو سختی، کشش و بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. در بین نمونه های جوشکاری شده با لایه های واسط آلومینیوم 4043، 5556 و 2024 و بدون لایه واسط، نمونه جوشکاری شده با نسبت سرعت دورانی به خطی 25 دور بر میلی متر (سرعت دورانی 1250 دور بر دقیقه و سرعت خطی 50 میلی متر بر دقیقه) با لایه واسط آلومینیوم 2024 دارای بیشترین استحکام کششی به مقدار 192 مگاپاسکال و دارای بیشترین سختی با مقدار 154 ویکرز بود. کمترین استحکام کششی مربوط به نمونه جوشکاری شده با لایه واسط آلومینیوم 4043 با نسبت سرعت دورانی به خطی 25 دور بر میلی متر (سرعت دورانی 800 دور بر دقیقه و سرعت خطی 5/31 میلی متر بر دقیقه) به مقدار 166 مگاپاسکال بوده و با 96 ویکرز نیز دارای کمترین میزان سختی در قسمت دکمه جوش در بین تمامی نمونه ها بود. بررسی ریزساختاری نیز نشان دهنده درشت بودن دانه ها در نمونه های جوشکاری شده با لایه واسط و بدون لایه واسط با نسبت سرعت دورانی به خطی 32 دور بر میلی متر به نسبت بقیه نمونه ها بود. نمونه جوشکاری شده با لایه واسط آلومینیوم 4043 و در نسبت سرعت دورانی به خطی 25 دور بر میلی متر بر دقیقه دارای ریزترین اندازه دانه به مقدار 9 میکرومتر در بین نمونه های جوشکاری شده با لایه واسط بود. نتایج آزمون ها نشان می دهد استفاده از آلومینیوم 5556 و 2024 به عنوان لایه واسط باعث بهبود خواص مکانیکی ناحیه اتصال گردیده است.

فرآیند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی، روش اتصال حالت جامدی است که بسیاری از عیوب رایج در روش های ذوبی را ندارد. در این فرآیند برای ایجاد جوش بهینه باید پارامترهای مختلف جوشکاری از جمله هندسه ابزار، سرعت دورانی و سرعت پیش روی بهینه گردد. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر سرعت دورانی جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لبه روی هم آلیاژ 5456AA در حالت دوار است. بدین منظور، نمونه ها با سرعت های دورانی 300، 500، 700 و 900 دور بر دقیقه و سرعت جوشکاری 45 میلی متر بر دقیقه جوشکاری شدند. به طوری که ورق کارسرد شده 321H با ضخامت 5 میلی متر بر لوله ی آنیل شده به ضخامت 5/2 میلی متر در حالت Lap joint قرار داده شدند. در ابتدا درشت ساختار و ریزساختار مقطع جوش توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترون روبشی مورد بررسی قرار گرفت. سپس پروفیل سختی و آزمون کشش نمونه ها به دست آمد و با یکدیگر مقایسه گردید. در نهایت سطح مقطع شکست برای تعدادی از نمونه ها، توسط میکروسکوپ الکترون روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی های درشت ساختاری و ریزساختاری نشان می دهد که افزایش سرعت دورانی سبب افزایش سیلان عمودی مواد، ارتفاع عیب هوک و اندازه دانه در دکمه جوش و همچنین ریز شدن رسوبات می گردد و بالعکس. با افزایش سرعت دورانی سختی جوش کاهش ولی عرض ناحیه جوش افزایش می یابد. بر اساس نتایج، نمونه جوشکاری شده با سرعت دورانی 700 دور بر دقیقه دارای جوش بسیار تمیز و بدون عیب است که در آزمون کشش از فلز پایه شکسته می شود.

در تحقیق حاضر، به بررسی اثر متغیر سرعت پیشروی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد دوفازی DP700 جوشکاری شده به روش اصطکاکی همزدنی پرداخته شده است. جوشکاری در سرعت دورانی rpm 800 و سرعت های پیشروی 50 و mm/min 100 انجام شد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و ارزیابی خواص مکانیکی توسط آزمون های سختی سنجی و کشش صورت گرفت. نتایج ریزساختاری نشان داد منطقه همزده شامل فازهای بینیت، فریت سوزنی و فریت پلی گونال است. همچنین مشخص شد که منطقه متأثر از حرارت، با توجه به پیک دمایی در قسمت های مختلف، به سه ناحیه درونی (پیک دمایی بالاتر از دمای بحرانی Ac3)، ناحیه میانی (پیک دمایی بین دماهای بحرانی Ac1 و Ac3) و ناحیه بیرونی (پیک دمایی کمتر از دمای بحرانی Ac1) قابل تفکیک است. همچنین مشخص شد که در ناحیه متأثر از حرارت بیرونی فاز مارتنزیت تمپر شده و شدت تمپر در این منطقه با افزایش سرعت پیشروی ابزار، به دلیل کاهش نرخ حرارت ورودی، کم می شود. بررسی های سختی-سنجی نشان داد که افت سختی در منطقه ی نرم شده با افزایش سرعت پیشروی از 28 به 20 ویکرز کاهش پیدا می کند. بیشترین سختی اتصال مربوط به منطقه ی همزده بود که افزایش سرعت پیشروی مقدار متوسط آن از 345 به 375 ویکرز افزایش یافت. نتایج آزمون کشش نشان داد که استحکام نهایی اتصالات ایجاد شده کمتر از فلز پایه (MPa723) می باشد و با افزایش سرعت پیشروی از 662 به MPa671 افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که افزایش سرعت پیشروی از 50 به mm/min100 باعث بهبود 6/2% ازدیاد طول می شود.

ایجاد ترکیب سرمتی Cr3C2-NiCr توسط فرایند پاشش سوخت-اکسیژن سرعت بالا (HVOF) منجر به انحلال بخشی از فازهای Cr3C2 در آلیاژ NiCr و افت سختی و مدول الاستیک پوشش می شود. در این تحقیق، پودر Cr3C2-25wt% (Ni-20Cr) توسط فرایند HVOF روی زیرلایه هایی از جنس سوپر آلیاژ Hastelloy X اعمال شدند. تأثیر عملیات حرارتی بر بازیابی فاز Cr3C2و بهبود سختی و مدول الاستیک پوشش مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و بررسی ترکیب فازی توسط آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) روی پوشش قبل و بعد از عملیات حرارتی انجام شد. آنالیز تصاویر میکروسکوپی الکترونی برگشتی نشان داد که طی عملیات حرارتی تا 11 درصد فازهای کاربیدی حل شده در آلیاژ NiCr بازیابی می شوند. در الگوهای XRD پوشش عملیات حرارتی شده، نواحی آمورف محو شدند و پیک های NiCr باریک و با شدت بیشتری در الگوی فاز زمینه مشاهده شدند. همچنین سختی و مدول الاستیک پوشش پس از عملیات حرارتی به ترتیب به میزان HV0. 3 156 و GPa98 افزایش یافت.

یکی از بهترین روش های مؤثر برای بهبود مقاومت به سایش و سختی فولادهای زنگ نزن اعمال پوشش های سطحی است. از جمله این پوشش ها، پوشش های آلیاژی و کامپوزیتی پایه نیکل هستند. در این تحقیق، پوشش کامپوزیتی نیکل-فسفر-اکسیدتیتانیوم با استفاده از روش آبکاری الکتریکی بر روی فولاد زنگ نزن AISI 430 ایجاد شد. تأثیر pH آبکاری (3، 5/3 و 4) بر روی میکروساختار و میکروسختی و رفتار سایشی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تعیین فازهای موجود و محاسبه اندازه دانه، از روش آنالیز پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. مشخصه یابی پوشش به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت پذیرفت. میکروسختی نمونه های بدون پوشش و پوشش دار توسط دستگاه ریزسختی سنج ویکرز اندازه گیری شد. همچنین مقاومت سایشی نمونه های بدون پوشش و پوشش داده شده با کامپوزیت نیکل-فسفر-اکسیدتیتانیوم با استفاده از آزمون پین بر روی دیسک بررسی شد. نتایج آنالیز پرتو ایکس نشان داد که افزایش pH باعث افزایش اندازه دانه ها می شود. همچنین نتایج آزمون میکروسختی و پین بر روی دیسک نشان داد افزایش pH موجب کاهش میکروسختی و مقاومت سایشی می شود. بیشترین سختی (18/618 ویکرز) مربوط به پوشش ایجاد شده در 3pH=، با غلظت gr/L 40TiO2= بود. همچنین بیشترین مقاومت به سایش و کمترین کاهش وزن ( mg15/0) نیز مربوط به همین پوشش بود.

در این تحقیق ابتدا پوشش سپرحرارتی NiCrAlY/YSZ با روش پاشش پلاسمایی اعمال و سپس یک لایه سد نفوذی آلومینا با دو فرایند پاشش پلاسمایی محلول پیش ماده و پاشش شعله ای محلول پیش ماده بر روی YSZ لایه نشانی شد. آزمون های اکسیداسیون دما بالا و شوک حرارتی در دمای C˚ 1100 انجام گرفتند. مشخصه های ساختاری پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) بررسی شدند. مقایسه ی ساختاری نمونه ها نشان داد که اعمال پوشش آلومینا با فرایند پاشش شعله ای محلول پیش ماده سبب افزایش خواص حرارتی پوشش ها می شود. خواص اکسیداسیون دمای بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی پوشش های YSZ/Al2O3 با آلومینای ایجادشده به روش پاشش حرارتی محلول پیش ماده با ترکیب مشابه مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها نشان دادند که اعمال آلومینا به روش پاشش شعله ای محلول پیش ماده منجر به افزایش مقدار اسپلت های تشکیل شده می شود که تماس مناسب بین اسپلت ها، سبب کاهش نفوذ مولکول های اکسیژن می شود که در جهت کاهش ضخامت لایه TGO و همچنین افزایش مقاومت در برابر شوک حرارتی عمل می کند.

در این تحقیق پوشش سریم اکسید به روش رسوب دهی الکتروشیمیایی بر روی زیرلایه مس ایجاد شد. تأثیر دانسیته جریان اعمالی بر مورفولوژی، ساختار کریستالی، شیمی سطح، زبری سطح و رفتار ترشوندگی پوشش ها به ترتیب به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون تفرق اشعه ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه اشعه مادون قرمز، میکروسکوپ نیروی اتمی و اندازه گیری زاویه تماس آب بر روی پوشش ها بررسی شدند. نتایج حاصل نشان دادند که با افزایش دانسیته جریان اعمالی پوشش هایی ضخیم تر با میزان ترک سطحی و زبری بیشتر تولید می شوند. همچنین صفحات کریستالی (002) در پوشش های تولید شده در دانسیته جریان های کمتر، رشد بیشتری داشتند و این پوشش ها دارای اندازه بلور بزرگ تری بودند. با اعمال دانسیته جریان های بیشتر، رفتار آبدوستی پوشش های سریا بیشتر شد. اگرچه در ابتدا پوشش های سریا رفتاری آبدوست داشتند اما پس از قرار گرفتن در معرض هوا و جذب هیدروکربن آبگریز شدند. پوشش های ساخته شده در دانسیته جریان های بالاتر میزان جذب هیدروکربن بیشتری از خود نشان دادند.