پایان نامه رشته مواد بـررسـی تنـش آسـتانـه ای بـر روی فـلـزات و آلـیـاژها

دانلود پایان نامه رشته مواد بـررسـی تنـش آسـتانـه ای  بـر روی فـلـزات و آلـیـاژها با فرمت ورد و قابل ویرایش تعداد صفحات 78

دانلود پایان نامه آماده

مقدمه :

با پیشرفت بشر وایجاد تکنولوژی جدید ،نیاز انسان به تولید موادی که در دماهای بالا خواص مکانیکی مناسبی از خود نشان می دهند ،افزایش پیدا کرده است.برای پاسخگویی به این نیاز شناخت مکانیزم هایی که درشرایط دمای بالا اتفاق می افتد لازم است.آزمایش خزش از جمله آزمایشاتی است که به خوبی می تواند جوابگوی این نیاز باشد.محققان با بررسی در آلیاژهای آلومینیوم به نتایج جالبی در مورد اثر تنش آستانه ای رسیده اند .در این پروژه سعی می کنیم با تفکیک اثرات این تنش برروی مواد مختلف نتیجه ای قابل لمس از مبحث مطروحه بدست آوریم . البته  مقالات در این زمینه بسیار انگشت شمار وپیوستگی این مقالات محدود هم کاری دشوار .هدف اصلی از این بررسی اثر بسیار مهم دما برتنش آستانه ای است که با توجه به این موضوع اهمیت بحث حاضر مشخص می شود.قبل از ورود به مبحث اصلی لازم است مروری بر فولادهای میکروآلیاژی داشته باشیم .

فولادهای کم آلیاژی:

فولادهای کربنی با یک یا چند عنصر کرم ، نیکل ، مس ، مولیبدن ، فسفر وانادیم، به مقادیر چند درصد یا کمتر از فولاد کم آلیاژی می نامند. مقادیر بالا از عناصر الیاژی معمولاً برای خواص مکانیکی و سختی پذیری است .

 اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده :

این بخش بر روی فولادهای پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده تاکید کرده است ، که از افزودنی های عناصر آلیاژ کننده مثل نیوبیوم و وانادیوم برای بالا بردن کربن و یا محتواهای منگنز استفاده می کند ( و به این ترتیب توانایی حمل بار بالا می رود ) بررسی های گسترده در طول دهه 1960 بر روی اثرات نیوبیوم و وانادیوم روی خصوصیات مواد یا مصالح درجه ساختمانی باعث کشف این موضوع گردید که مقادیر کم نیوبیوم، وانادیوم هر کدام (10/0% ) فولادهای استاندارد کربن – منگنز را بدون تداخل با بعمل آوری بعدی مستحکم و قوی می سازند مقدار کربن نیز می تواند کم شود تا هم قابلیت جوش را بالا ببرد و هم چقرمگی را ، چون اثرات مقاومت دهندگی نیوبیوم و وانادیوم بخاطر کاهش در استحکام ناشی از کاهش در مقدار کربن جبران می شوند .خصوصیات مکانیکی فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالای میکرو آلیاژ شده ، فقط در صورت افزایش عناصر میکرو آلیاژ کننده حاصل می شوند . لازمه ی وجود آستنیت که به اثرات پیچیده طرح آلیاژ و تکنیک های نورد کاری بستگی دارد ،  نیز یک فاکتور مهم در تصفیه دانه ای فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالای نورد گرم است . تصفیه دانه ای در صورت وجود آستنیت با روش های نورد کاری کنترل شده ، باعث چقرمگی بالا و استحکامهای تسلیم زیاد در رنج 345 تا 620 مگا پاسکال(ksi 90 تا 50) می شود.این توسعه فرآیندهای نوردکاری کنترل شده همراه با طرح آلیاژ، سطوح استحکام تسلیم بالایی را تولید کرده است که با پایین آمدن تدریجی مقدار کربن توام می باشد بسیاری از فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا میکروآلیاژ شده اختصاصی ، مقادیر کربن به کمی 60/0% و یا حتی کمتر دارند ، با این حال هنوز می توانند استحکام تسلیم حدود 485 مگا پاسکال (ksi 70) را توسعه داده و ایجاد نمایند . استحکام تسلیم بالا  ، با اثرات ترکیبی اندازه دانه ریز ایجاد شده و در طول نورد کاری گرم کنترل شده و استحکام دهندگی رسوب حاصل می شود که این خصوصیت ناشی از حضور وانادیوم ، نیوبیوم و تیتانیوم است .

فهرست مطالب
عنوان                                                                                                      صفحه

چکیده
فصل اول :مقدمه
1- مقدمه     1
1-1- فولادهای کم آلیاژی    1
1-1-1- اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده    1
1-1-2- انواع گوناگون فولادهای فریت – پرلیت میکروآلیاژ    2
1-1-2-1-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم     2
1-1-2-2-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم     5
1-1-2-3-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیوبیوم     6
1-1-2-4- فولادهای مولیبدن – نیوبیوم     7
1-1-2-5-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیتروژن     7
1-1-2-6-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم     8
1-1-2-7-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – تیتانیوم    11
1-2-نکته :    11
فصل دوم :مروری بر منابع
2-1- معرفی معادلات  خزش:    12
2-2- بررسی تنش آستانه ای در آلیاژAl-0/03wt%Sc    14
2-3_ بررسی تنش آستانه ای در آلومینیوم 5083 اصلاحی      16
2-3-1- وابستگی سرعت کرنش حالت پایدار به تنش    15
2-3-2- وابستگی تنش در حالت پایدار به دما    20
2-3-3- مشاهده ریزساختار    21
2-3-4-  آزمایش وجود تنش آستانه‌ای    23
2-3-5-  منشا تنش آستانه‌ای    25
2-3-6-  انرژی فعالسازی واقعی    26
2-3-7- نتایج      27
2-4- بررسی تش آستانه ای در کامپوزیت 5% حجمی Al 2124-Sic    27
2-4-1- ماده آزمایش     28
2-4-1-1- آزمایش مکانیکی    29
2-4-1-2- آزمایش ریزساختار    29
2-4-2- منحنی‌های خزش    30
2-4-3- آزمایش‌های سرعت کرنش ثابت    32
2-4-4- وابستگی سرعت خزش حداقل به تنش در دماهای مختلف    32
2-4-5- وابستگی سرعت خزش حالت پایدار به دما    33
2-4-6- تفسیر رفتار خزش به صورت یک تنش آستانه‌ای    34
2-4-7- منشأ تنش آستانه‌ای    36
2-5- بررسی تنش آستانه ای درکامپوزیتAl–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol.% SiCp    39
2-5-1 - وابستگی تنش آستانه‌ای به دما    43
2-5-2- نتایج    44
2-6-بررسی تنش آستانه ای برای خاصیت فوق خمیری درآلیاژهای Al-Mg-Zn    44
2-7-بررسی تنش آستا نه ای در سوپرپلاستیک     48
2-7-1- توضیحات ابتدایی برای ناحیه I    50
2-7-2- پیشرفت‌های تفسیر ناحیه I    51
2-7-3- تنش آستانه‌ای تحت ناخالصی    51
2-7-4- نتایج    54
2-8- روشهای اندازه گیری تنش آستانه ای    55
2 -8-1-روش عملی با استفاده از آزمایش خزش    55
2-8-2-روش تئوری با استفاده از مدلهای موجود    56
2-9-اثر دما برتنش آستانه ای     57
2-10-اثر تاریخچه بارگذاری برروی تنش آستانه ای     59
فصل سوم : نتیجه گیری
3-1-نتیجه گیری     62
3-2-پیشنهاد    63
منابع     64


فهرست اشکال
عنوان                                                                                                      صفحه
 
شکل (1-1): اثر میزان سرد کاری روی افزایش استحکام تسلیم ناشی از قوی ساختن رسوب در یک فولاد 15/0 درصد وانادیوم    3
شکل(1-2): اثر کاربید نیوبیوم روی استحکام تسلیم برای اندازه های متفاوت ذرات کاربیدنیوبیوم     5
شکل (الف 1-3):در زبری دانه آستنیت طی گرم کردن مجدد و بعد از نورد گرم برای نگهداری به مدت 30 دقیقه که مقدار تیتانیوم بین080/0% و 022/0% درصد می باشد    9
شکل (1-3-ب ): وابستگی استحکام دهی رسوب روی اندازه متوسط رسوب (X) و کسر آن مطابق با تئوری و مشاهدات آزمایشی برای افزودنی های میکروآلیاژ کننده ی داده شده    10
شکل (2-1):نمودار خزش –تنش آلیاژ Al-6Mg-2Sc-1Zr    12
شکل (2-2) :هندسه مدل صعود برای آلیاژ آلومینیوم    15
شکل (2-3):اثر تنش اعمالی بر سرعت حرکت نابجایی ها    15
شکل(2-4): منحنی‌های تنش واقعی- کرنش واقعی برای 5083Al    18
شکل(2-5): مثال آزمایش‌های افزایش تنش و منحنی خزش برای 5083Al     18
شکل (2-6):نمودار کرنش در برابر تنش جریانی در حالت پایدار درمقیاس لگاریتمی    19
شکل (2-7):مشاهدات TEM از  5083Al  تا کرنش واقعی 2.3در (a,b) 570=Tو  (C)450=Tکلوین    22
شکل(2-8)  :وابستگی تنش آستانه‌ای واقعی را به دما نشان می‌دهد    24
شکل (2-9):مدول برشی بر تنش موثر دربرابر معکوس دمای مطلق    26
شکل (2-10):(a)نمونه منحنی خزش برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM. (b) سرعت خزش به عنوان تابعی از کرنش خزش برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM (c ) تنش به عنوان تابعی از کرنش برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM    31
شکل2-11: (a) سرعت خزش حالت پایدار به عنوان تابعی از تنش اعمالی (مقیاس لگاریتمی) برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM در K 678 و 648 و 618 (b) توان تنش ظاهری برای خزش در کامپوزیت  Sic-2124 Al vol%5PM  به عنوان تابعی از تنش اعمالی در K 648 ؛ برای مقایسه مستقیم داده‌های Al2124PM هم آمده است.     33
شکل (2-12): انرژی فعالسازی ظاهری برای خزش Qa در کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM  به عنوان تابعی از تنش اعمالی؛ برای مقایسه مستقیم داده‌های Al2124PM هم آمده است    34
شکل(2-13) : مقادیر تخمینی (τ0/G)  به صورت لگاریتم (τ0/G) دربرابر1/T     37
شکل(2-14): نمودار جریان تنش با سرعت کرنش حداقل برای کامپوزیت Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC (نشانه‌های بسته نشان دهنده داده‌های خزش است درحالیکه نشانه‌های توخالی نشان دهنده داده‌های آزمایش کششی است.)    41
شکل(2-15): (a) نموداری که نشان دهنده تخمین تنش آستانه‌ای برای خزش نابجایی)5=n) است و (b) تغییرات سرعت خزش وابسته به دما با تنش موثر طبیعی برای کامپوزیت شکل یافته Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC    42
شکل( 2-16): تغییر تنش آستانه‌ای با دما برای کامپوزیت Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC و آلیاژ Al–6Mg–2Sc–1Zr که وابستگی دمایی را نشان می‌دهد    43
شکل (2-17):نمایش آهنگ کرنش در برابر تنش واقعی برای تعیین تنش آستانه ای (a,b)پودر متالورژی zk61وآلیاژهای مسلح zk60 و(c,d)آلیاژ AZ91 و(e,f) آلیاژ AZ61,(h,g ) آلیاژ AZ31    46
شکل (2-18)وابستگی تنش آستانه ای به دما     47
شکل (2-19): نمایش شماتیک رابطه s شکل بین تنش و سرعت کرنش (مقیاس لگاریتمی) که اغلب مشخصه رفتار تشکیل آلیاژهای ریزدانه سوپرپلاستیک است و (b) روابط شماتیک مربوط به این رفتار، شکل‌پذیری و نقش لغزش مرزی در کرنش کل    49
شکل( 2-20- ((a) نمودار لگاریتم τ0/G به عنوان تابعی از 1/T برای آلیاژهای مختلف Zn-22% Al. داده‌ها برای حاوی120و423و1460 و 40 ppm  (b) نمودار τ0/G به عنوان تابعی از مقدار Fe در Zn-22% Al در دمای 433 کلوین     52
شکل(2-21):روش برون یابی برای تنش آستانه ای    55
شکل (2-22):تاثیر دما بر تنش آستانه ای در دماهای 423و477و533 کلوین    58
شکل(2-23):اثر دما برروی منحنی نرخ کرنش – تنش    58
شکل (2-24) :نمودار تاثیر دما بر تنش آستانه ای از طریق تئوری وعملی     59
شکل (2-25): تغییرات نسبت کرنش با زمان آزمایش خزش    60
شکل(2-26):تغییرات  با تنش برای آزمایشهای متعارف ودر تنش متفاوت     61


فهرست جداول
عنوان                                                                                                       صفحه

جدول1-1:اثر مقدار منگنز روی قوی ساختن رسوب فولاد میکروآلیاژ شده وانادیوم با ترکیب پایه 08/0 درصد کربن و 30/0 درصد سیلیسیوم     5
جدول2-1:تنش آستانه¬ای در دماهای مختلف    24
جدول 2-2 :تنش آستانه¬ای بر حسب دما    36
جدول 2-3: مدلهای مختلف تنش آستانه ای    56
جدول 2-4: نتایج حاصل برای تنش آستانه ای در دماهای مختلف    56
جدول 2-5:تنش آستانه ای حساب شده با تفسیر تنش از نمودار  دربرابر      61