فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1395 | دوره:10 | شماره:3 (پیاپی 38) |تعداد مقالات:12

در کاربردهایی مانند اتصالات الکتریکی کشویی، علاوه بر خواص مکانیکی قابل قبول به هدایت الکتریکی و حرارتی خوب نیاز است. گذشته از این، در این نوع کاربردها باید از جوش موضعی قسمت های مختلف قطعه جلوگیری شود. اگرچه افزودن ذرات سرامیکی به فلز هادی الکتریکی و حرارتی همچون مس موجب کاهش خواص فیزیکی فوق می شود، تولید کامپوزیت های زمینه مسی بهبود استحکام کششی، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر جریان الکتریکی با آمپر بالا را در پی دارد. از این رو، در پژوهش حاضر کامپوزیت های پایه مس حاوی 2، 3 و 5 درصد حجمی ذرات فوق ریزدانه زیرکونیای پایدار شده با ایتریا با استفاده از روش متالورژی پودر و تف جوشی پلاسمای جرقه ای تولید شد. چگونگی توزیع ذرات تقویت کننده در ریز ساختار با استفاده از میکروسکوپ الکترونی به دقت مطالعه شد. مقادیر چگالی و سختی برینل اندازه گیری و هدایت حرارتی نمونه ها تعیین شد. بر اساس نتایج، ذرات تقویت کننده به صورت قابل قبولی در زمینه توزیع شده اند و خوشه ای شدن ذرات در ریزساختار چندان فاحش نیست. چگالی نسبی بیشتر از %95 به علت نحوه تف جوشی برای همه نمونه ها بدست آمد. به دلیل حضور ذرات سرامیکی سخت زیرکونیای پایدار شده، افزایش 60 درصدی در سختی برینل نمونه کامپوزیتی Cu-5 vol.% YSZ نسبت به نمونه مس تقویت نشده مشاهده شد. همچنین، با افزایش مقدار زیرکونیای پایدار شده از صفر به 5 درصد حجمی، مقادیر هدایت حرارتی تعیین شده از 397 به 241W/m K کاهش یافت که این تغییرات می تواند به مشخصه های ریزساختاری از جمله درصد فاز تقویت کننده، درصد تخلخل، وجود ناخالصی ها و سایر عیوب ریزساختاری مربوط باشد.

منیزیم هیدرید (MgH2) به دلیل ظرفیت نگهداری هیدروژن (7.6 درصد وزنی)، هزینه پایین و وزن سبک به عنوان یک ماده جذاب در ذخیره سازی هیدروژن شناخته می شود. با این وجود، دمای واجذب بالا و واکنش پذیری بالای آن با اکسیژن کاربرد آن را با محدودیت هایی مواجه می سازد. در سال های اخیر، تلاش های بسیاری برای کاهش دمای واجذب هیدریدهای پایه منیزیم صورت گرفته است. این تلاش ها شامل تغییر ریزساختار هیدرید به وسیله آلیاژسازی مکانیکی و استفاده از کاتالیست مناسب است. در این تحقیق، عناصر V ,Mn ,Ti و Fe به دو صورت مخلوط پودری و پودر پیشآلیاژ به منیزیم هیدرید افزوده شدند و پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، خواص نانوکامیپوزیت های حاصل توسط تفرق اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز حرارتی بررسی گردید. نتایج نشان داد که افزودن پیش آلیاژ به هیدرید منیزیم و 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مخلوط حاصل در بهبود خواص دفع هیدروژن موثرتر است.

این مقاله به بررسی تاثیر پارامتر های مهم نیتروژن دهی پلاسمایی بر روی قطعات هندسه های متفاوت می پردازد. نمونه های تهیه شده با ابعاد هندسی متفاوت تحت اتمسفر حاوی 20%h2-80%n2، در دمای 520oc، در چرخه های کاری 30%، 50% و 80% و فرکانس 10 کیلوهرتز به مدت 6 ساعت نیتروژن دهی پلاسمایی شدند. سپس خواص سطحی و سایشی توسط آزمایشات SEM، ریزسختی سنجی و زبری سنجی و اندازه گیری سایش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که سطح کلیه نمونه های نیتروژن دهی پلاسمایی شده بوسیله ذرات نیتریدی گل کلمی شکل پوشیده شده است. تشکیل این ذارات نیتریدی گل کلمی شکل ناشی از کندو پاش سطح طی فرایند می باشد. با افزایش پهنای شیار و چرخه کاری، زبری سطوح افزایش می یابد. هم چنین ریز سختی سطح با افزایش پهنای شیار و چرخه کاری افزایش می یابد که علت آن افزایش در صد رسوبات نیتریدی تشکیل شده در سطح می باشد. اثر پدیده کاتد توخالی در شیار 2 میلی متر و چرخه کاری 80% در روش نیتروژن دهی پلاسمایی معمولی (CPN) اتفاق می افتد. که این امر موجب بیش گرمایش نمونه ها شده و باعث افزایش زبری و کاهش سختی سطح می شود. پس از اعمال فرایند نیتروژن دهی پلاسمایی، نتایج آزمایش سایش پین روی دیسک نشان داد که پوشش های نیتریدی تشکیل شده از مقاومت به سایش بهتری نسبت نمونه مرجع اولیه قبل از عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی برخوردار بوده است.

در این پژوهش، به بررسی تاثیر نوع تمپر حرارتی آلیاژ آلومینیوم بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات نفوذی آلیاژهای آلومینیوم 6061 (T6,O) و منیزیم AZ31 (o) پرداخته شد. فصل مشترک اتصالات توسط میکروسکوپ های نوری (OM) و الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیزهای نقطه ای (EDS) و خطی (linescane) بررسی شدند. خواص مکانیکی اتصال ها با استفاده از آزمون های میکروسختی ویکرز و استحکام برشی اندازه گیری شد. با توجه به نتایج، در اتصال Al 6061-O/Mg AZ31 تغییر فرم پلاستیک کمتر در آلیاژ منیزیم، نرخ نفوذ بیشتر اتم های منیزیم به سمت آلیاژ آلومینیوم و تشکیل ناحیه نفوذ با کمترین میزان میکروسختی (140HV) و بیشترین مقدار استحکام برشی (32MPa) نسبت به اتصال Al 6061-T6/Mg AZ31 رخ داد. بررسی سطوح شکست نشان دهنده وقوع پدیده شکست از فاز ترد Al3Mg2 بود.

در این تحقیق، به منظور بهبود خواص مکانیکی پلی استایرن (PS)، کربن نانوتیوب چند جداره MWCNT به عنوان عامل تقویت کننده انتخاب شد. نانو کامپوزیت پلی استایرن- کربن نانوتیوب(PS-MWCNT)  از طریق اختلاط کربن نانوتیوب با محلول پلی استایرن سنتز گردید. اثر 3 فاکتور شامل درصد وزنی کربن نانوتیوب چند جداره، دمای خشک شدن فیلم، مدت زمان همزدن محلول نانو کامپوزیت در سطوح مختلف با استفاده از طراحی باکس بنکن (روش رویه پاسخ) مورد بررسی قرار گرفت. مطابق این روش تعداد 15 آزمایش انجام گرفت. مقادیر ثبت شده برای استحکام کششی فیلم های نانو کامپوزیتی، به عنوان پاسخ برای تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از آنالیز واریانس مورد استفاده قرار گرفت. خطی بودن منحنی توزیع نرمال برای باقیمانده ها صحیح بودن مدل ارائه شده را اثبات نمود. نمودارهای دو بعدی و سه بعدی طرح رویه سطح و حالت بهینه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش درصد وزنی کربن نانوتیوب چند جداره و مدت زمان همزدن محلول نانو کامپوزیت استحکام کششی افزایش می یابد. در حالیکه با افزایش دمای خشک شدن فیلم استحکام کششی کاهش می یابد. همچنین برخی خواص فیزیکوشیمیایی فیلم نانوکامپوزیتی با استفاده از تکنیکهای اسپکتروسکوپی FT-IR و TGA مورد بررسی قرار گرفت.

امروزه در صنایع نیروگاهی به خصوص توربین های گازی از سوپرآلیاژهای مقاوم به خوردگی داغ و اکسیداسیون دما بالا استفاده می شود. این سوپرآلیاژها مقاومت خوبی در مقابل حمله و ورود گازهای داغ و نرمه خاکستر ناشی از احتراق سوختی و هم چنین خوردگی های اتمسفری از خود نشان می دهند. به همین دلیل استفاده از این سوپرآلیاژها در صنایع نیروگاهی امروزه مورد توجه بساری قرار دارند. از طرفی پوشش دهی پاشش حرارتی به روی این دسته از سوپرآلیاژها می تواند مقاومت به خوردگی داغ و اکسیداسیون دما بالا را افزایش دهد. در این تحقیق رفتار اکسیداسیون همدمای پوشش CoNiCrAlY وسینتیک رشد لایه اکسید حرارتی (TGO) مورد بررسی قرار گرفت. برای اعمال پوشش CoNiCrAlY Amdry 9954 بر روی زیرلایه سوپرآلیاژ پایه نیکل (اینکونل 738) از فرآیند پاشش سوخت اکسیژن سرعت بالا (HVOF) استفاده شد. نمونه های پوشش داده شده در دمای ℃1100 به مدت زمان های 5 تا 100 ساعت در کوره الکتریکی معمولی تحت اتمسفر هوا اکسید شدند. نمونه های مورد آزمایش به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز عنصری (EDS) و آنالیز تفرق اشعه X (XRD) مورد آزمون قرار گرفتند. مشخصات ریزساختار نشان دهنده رشد پوسته متوالی و پیوسته TGO یا همان Al2O3 بر روی پوشش می باشد. همچنین در فرآیند اکسیداسیون تشکیل اکسیدهای مخلوط مضر همانند اسپینل CoCo2O4 و NiAl2O4 وCrO3  و Y3Al5O12 بر روی Al2O3 (لایه TGO) مشاهده شد.

در پژوهش حاضر، تاثیر فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر آلیاژ آلومینیوم 2024 و تولید کامپوزیت سطحی آلومینیوم ـ نیکل بر سطح این آلیاژ با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور فرایند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت چرخشی ابزار 1250 دور بر دقیقه و سرعت خطی 24 میلی متر بر دقیقه بدون افزودن پودر و با اعمال پودر خالص نیکل انجام شد. سطح مقطع نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و سختی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت شناسایی نوع فازها و ترکیبات از آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) استفاده گردید. همچنین برای ارزیابی مقاومت به سایش نمونه ها، آزمون سایش رفت و برگشتی بکار برده شد. نتایج نشان می دهد اندازه دانه بعد از انجام فرایند اصطکاکی اغتشاشی به 0.3 برابر اندازه دانه فلز کاهش یافته است و سختی فلز پایه از حدود 54 ویکرز افزایش قابل توجه ای داشته است و در حالت بیشینه خود به 120 ویکرز رسیده است. نتایج در مورد کامپوزیت تولید شده نشان می دهد، ذرات تقویت کننده به صورت یکنواخت در نواحی نزدیک به سطح در زمینه توزیع شده اند و همچنین ترکیب بین فلزی Al3Ni به صورت درجا تشکل شده است به همین دلیل سختی در ناحیه اغتشاشی افزایش یافته و در حالت بیشینه خود به 129 ویکرز رسیده است. انجام فرایند اصطکاکی اغتشاشی و تولید کامپوزیت درجا با این روش موجب بهبود مقاومت به سایش فلز اولیه شده است.

در این پژوهش به بررسی رفتار سایشی فولاد پر منگنز آستنیتی با ترکیب اسمی Fe-17Mn-1.5Cr-0.6Si-1.2C تحت تاثیر کارسختی اولیه حاصل از اعمال دو فرآیند سخت کاری شامل ضربات یکنواخت پتک و شات پینینگ پرداخته شد. بدین منظور نمونه های حاصل از ریخته گری در قالب های ماسه ای تحت عملیات حرارتی آنیل انحلالی قرار گرفته و سپس نمونه سازی به کمک دستگاه وایرکات صورت پذیرفت. کار سختی اولیه شامل دو روش یکی با کمک ضربات یکنواخت پتک تحت نیروی 100 تن و دیگری شات کردن نمونه ها اعمال گردید. آزمون های سختی، کشش، ضربه و سایش به روش چرخ ساینده-ماسه خشک بر روی نمونه ها انجام شد. جهت بررسی ساختار از میکروسکوپ نوری و جهت بررسی سطوح کشش و سایش ازمیکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. بررسی ها نشان داد که فولاد مذکور در حالت کار سخت نشده در مقایسه با دیگر تحقیقات انجام شده از استحکام و مقاومت به ضربه بالاتری بر خوردار بوده، از طرف دیگر نتایج نشان از افزایش کار سختی در حضور درصد بالای عنصر منگنز و به طبع آن افزایش سختی از 290HV به 653HV و 698HV به ترتیب با اعمال 600 ضربه پتک و 30 دقیقه شات داشت. به طوری که بهترین مقاومت به سایش به علت سختی سطحی بالاتر و در نتیجه کاهش وزن کمتر در دقایق اولیه سایش در نمونه 30 دقیقه شات مشاهده گردید. بررسی سطوح سایش نشان از خراشان بودن مکانیزم سایش با حضور خطوط موازی در سطح سایش داشت. هم چنین با افزایش سختی در اثر اعمال کار سختی اولیه از عمق و تعداد شیارهای خراشان کاسته شده.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

نیاز روزافزون به مواد مغناطیسی در صنعت منجر به تولید کامپوزیت آلیاژهای مغناطیسی آهن-نیکل با ذرات سرامیکی شده است. در این تحقیق کامپوزیت نانوساختار FeNi-WC به روش رسوب دهی الکتریکی پالسی تولید شد. همچنین اثر عواملی چون pH و چگالی جریان و مقدار تقویت کننده بر ترکیب شیمیایی و مورفولوژی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای بررسی مورفولوژی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، و تعیین عناصر موجود و محاسبه درصد وزنی آن ها از آنالیز پراش سنجی انرژی (EDS) و بررسی ساختار نمونه از پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده گردید. نتایج نشان داد با افزایش pH، به مقدار کمی نیکل افزایش و آهن کاهش یافت و منجر به تغییر مورفولوژی از کروی به ستاره ای گردید. به دلیل اهمیت صرفه جویی در انرژی اثر این متغیرها بر پارامترهای راندمانی چون بازده جریان و انرژی مصرفی ویژه نیز مطالعه شد. مشاهده شد که با افزایش pH، بازده جریان افزایش و انرژی مصرفی ویژه کاهش یافت. افزایش چگالی جریان نیز بازده جریان را کاهش و انرژی مصرفی ویژه را افزایش داد. به طور کلی در چگالی جریان های بیشتر (100mA/cm2) و مقدار تقویت کننده کمتر (5g/L) مورفولوژی یکنواخت تری مشاهده شد.

هدف از پژوهش حاضر تعیین دمای استحاله دو آلیاژ Ti-6242 و بررسی تاثیر مقادیر مختلف عناصر بر پایداری فازهای آلفا و بتا با استفاده از بررسی های ریزساختاری و آزمایش پیچش گرم است. تعیین دمای استحاله بتا نقش مهمی در طراحی دقیق عملیات ترمومکانیکی و عملیات حرارتی در آلیاژهای تیتانیم دارد و از این رو عامل تاثیرگذاری بر خواص مکانیکی آلیاژهای دوفازی تیتانیم می باشد. برای این منظور، آزمایش پیچش گرم با نرخ کرنش 0.001s-1در بازه دمایی  960ocتا 1090oc و نرخ سرمایش 0.5oc/s انجام شد. هم چنین بررسی های متالوگرافی با هدف تعیین دمای جوانه زنی فاز آلفای مرزدانه ای و مشاهده تحولات ریزساختاری حین استحاله فازی روی نمونه های عملیات حرارتی شده در بازه دمایی 96oc تا 1090oc به مدت 40 دقیقه و کوئنچ در آب، صورت گرفت. بررسی ها نشان داد که با افزایش 10 درصدیAleq/Moeq ، دمای استحاله بتا در آلیاژ Ti-6242 به میزان حدود 5oc افزایش می یابد. به این ترتیب، دمای استحاله این دو آلیاژ بین 1000oc تا 1010oc تخمین زده شد. هم چنین دمای استحاله حاصل از آزمایش پیچش گرم دارای انحرافی حدود 10oc با نتایج حاصل از متالوگرافی است که این اختلاف ناشی از وقوع استحاله تسریع شده به دلیل اعمال کرنش است.

در این پژوهش تاثیر افزودن نانوکاربیدبوربر رفتار زینترپذیری و خواص مکانیکی کامپوزیت کاربید بور- دی بورید تیتانیوم بررسی گردید.مقدار صفر، 7، 14 و 20 درصد وزنی نانوکاربیدبور در ترکیب کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفت. زینتر بدون فشار در دمای 2200 درجه سانتیگراد انجام شد. تحت شرایط آزمایشی این پژوهش، ماکزیمم خواص کامپوزیت کاربید بور با 20 درصد وزنی نانوکاربیدبورحاصل شدبه طوری که دانسیته نسبی برابر با %97.2، میکرو سختی31.9GPa ، وچقرمگی شکست برابر با 3.59MPa.m1/2 شد. این نتایج را می توان به افزایش درصد نانوکاربیدبور نسبت داد به این صوت که با افزایش درصد نانوکاربید بور سطح ویژه و نیروی محرکه برای فرایند زینتر افزایش می یابد و نمونه های متراکم تری بدست می-آید.کاهش تخلخل بیشترین تاثیر را روی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی ایجاد کرد.