پایان نامه ها و مقالات

تحولات ساختاری

۲-۲-۲ آلیاژهای ریختگی منیزیم ۶
۲-۳ خواص منیزیم ۶
۲-۴ اثر عناصر آلیاژی بر خواص منیزیم ۷
۲-۴-۱ اثر افزودن عنصر آلیاژی Alبر خواص منیزیم ۷
۲-۴-۲ اثر افزودن عنصر آلیاژیZn بر خواص منیزیم ۹
۲-۴-۳ اثر افزودن منگنز بر خواص منیزیم ۹
۲-۴-۴ اثر سایر عناصر آلیاژی بر خواص منیزیم ۹
۲-۵ کاربرد آلیاژهای موجود در سیستم Mg-Cu ۹
۲-۶ مکانیزم فرایند اصطکاک اغتشاشی ۱۰
۲-۶-۱ ابزار فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۱۱
۲-۷ سرعت چرخشی (ω) و سرعت حرکت خطی پین بر سطح قطعه کار (v) ۱۲
۲-۸ زاویه ابزار با سطح قطعه ۱۴
۲-۹ عملیات حرارتی جانبی ۱۴
۲-۱۰ تحولات ساختاری فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۱۵
۲-۱۰-۱ ناحیه‌ی اغتشاش(SZ) ۱۵
۲-۱۰-۲ منطقه‌ی تحت تأثیر عملیات ترمومکانیکی(TMAZ) ۱۶
۲-۱۰-۳ منطقه ی تحت تأثیر حرارت (HAZ) ۱۷
۲-۱۱ اثر تعداد پاس‌های فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر خواص و ریزساختار نهایی ۱۷
۲-۱۲ اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر سختی ۱۸
۲-۱۳ کاربردهای فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۲۰
۲-۱۴ سایش ۲۲
۲-۱۵ سایش چسبان ۲۲
۲-۱۵-۱ پارامترهای مؤثر در سایش چسبان ۲۳
۲-۱۶ سایش خراشان ۲۴
۲-۱۷ سایش ورقه‌ای ۲۵
۲-۱۸ تفاوت بین سایش چسبان و ورقه‌ای ۲۵
۲-۱۹ سایش نوسانی ۲۵
۲-۲۰ رفتار سایشی آلیاژهای منیزیم ۲۵
۲-۲۱ نقشه سایشی آلیاژ AZ91 ۲۶
۲-۲۲ تأثیر فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر رفتار سایشی آلیاژ AZ91 ۲۷
۲-۲۳ ترکیبات بین‌فلزی نمودار فازی Mg-Cu ۲۸
۲-۲۴ جمع‌بندی و هدف از اجرای پژوهش ۲۹
فصل سوم: مواد، تجهیزات و روش تحقیق ۳۰
۳-۱ مقدمه ۳۰
۳-۲ مواد اولیه ۳۰
۳-۳ آماده سازی نمونه‌ها ۳۱
۳-۴ بهینه سازی پارامترهای فرایند ۳۲
۳-۵ ارزیابی های متالورژیکی ۳۲
۳-۶ بررسی رفتار مکانیکی ۳۲
۳-۶-۱ آزمون سختی سنجی ۳۲
۳-۶-۲ آزمون کشش ۳۳
۳-۶-۳ آزمون سایش ۳۳
۳-۷ عملیات حرارتی T6 ۳۳
فصل چهارم: نتایج و بحث ۳۴
۴-۱ ساخت نانوکامپوزیت در سیستم‌های Mg/Cu وMg/CuO ۳۴
۴-۲ تعیین پارامتر بهینه ۳۴
۴-۳ بررسی اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی و کامپوزیت‌سازی بر ریزساختار آلیاژAZ91 ۳۶
۴-۴ بررسی فازی و میکروساختاری کامپوزیت AZ91/CuO قبل و بعد از عملیات حرارتی ۴۱
۴-۵ ارزیابی خواص مکانیکی ۴۳
۴-۵-۱ سختی سنجی ۴۳
۴-۵-۲ بررسی رفتار کششی ۴۴
۴-۵-۳ بررسی سطوح شکست ۴۶
۴-۶ شکل‌گیری ترکیبات بین‌فلزی طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۴۸
۴-۶-۱ سینتیک و ترمودینامیک تشکیل ترکیبات بین‌فلزی ۴۸
۴-۶-۲ مکانیزم تشکیل تقویت‌کننده‌ها طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۵۱
۴-۷ رفتار سایشی کامپوزیت‌های مختلف در سیستم‌های مختلف Mg-Cu و Mg-CuO ۵۴
۴-۷-۱ بررسی مکانیزم‌های حاکم بر سایش ۵۶
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات ۶۳
۵-۱ نتیجه‌گیری و جمع‌بندی نهایی ۶۳
۵-۲ پیشنهادها ۶۴

فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل۲-۱-جهات لغزشی در صفحه‌ی (۰۰۰۱) ۵
شکل۲-۲-صفحات لغزشی در ساختار هگزاگونال ۵
شکل۲-۳-میکروساختار قطعات ریختگی آلیاژ AZ91 در قالب ماسه‌ای ۷
شکل۲-۴-نمودار فازی Mg-Al ۸
شکل۲-۵-شمایی از فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۱۰
شکل۲-۶- طرح‌های ‌مختلف پین برای فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۱۱
شکل۲-۷-پین با سطح مقطع مثلثی ۱۲
شکل۲-۸-محدوده‌ی مجاز سرعت حرکت انتقالی بر حسب سرعت چرخشی برای ساخت نمونه‌ی بدون عیب AZ91/SiC ۱۳
شکل۲-۹-میکروساختار ناحیه اغتشاش کامپوزیت AZ91/SiC در سرعت پیشروی ثابت ۶۳ میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخشی به ترتیب از چپ به راست (a900، (b1120 و (c1400 دور بر دقیقه ۱۳
شکل۲-۱۰-نمودار توزیع سختی در الف) سرعت‌های خطی و ب) سرعت‌های چرخشی مختلف آلیاژ آلومینیوم ۸۰۸۳ ۱۴
شکل۲-۱۱-نواحی مختلف ایجاد شده در حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۱۵
شکل۲-۱۲-مکانیزم تبلور مجدد دینامیکی پیوسته در آلیاژ AZ91 ۱۶
شکل۲-۱۳-رسوبات ‘θ در فلز پایه در ناحیه‌ی دور از منطقه‌ی اغتشاش و ناحیه‌ی تحت اثر عملیات ترمومکانیکی (TMAZ) آلیاژ Al2519 ۱۷
شکل۲-۱۴-خشن شدن رسوبات θ در آلیاژ Al2519 در فلز پایه در ناحیه‌ی تحت اثر حرارت (HAZ) ۱۷
شکل۲-۱۵-منحنی توزیع سختی در آلیاژ Al 6063 ۱۸
شکل۲-۱۶-توزیع رسوبات در مناطق مختلف آلیاژ Al6063جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی ۱۹
شکل۲-۱۷ منحنی توزیع سختی در آلومینیوم ۵۰۸۳ جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی ۱۹
شکل۲-۱۸ منحنی توزیع سختی در آلومینیوم ۱۰۸۰ جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی ۲۰
شکل۲-۱۹-اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی و تعداد پاس‌های این فرایند بر اندازه‌ دانه ۲۰
شکل۲-۲۰- توزیع رسوبات β الف)قبل و ب) بعد از فرایند اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ AZ91 ۲۱
شکل۲-۲۱- اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی و فرایند پیرسازی پس از آن بر خواص مکانیکی آلیاژ AZ91 ۲۱
شکل۲-۲۲-سایش چسبان ۲۳
شکل۲-۲۳-منحنی مشخصه در سایش نوع ملایم. ۲۳
شکل۲-۲۴-تصویر SEM و منحنی مشخصه‌ در سایش اکسید. ۲۴
شکل۲-۲۵-سایش ورقه‌ای. ۲۵
شکل۲-۲۶-نقشه سایشی آلیاژ AZ91 ۲۷
شکل۲-۲۷- سایش چسبان شدید در سطح آلیاژ AZ91 ۲۷
شکل۲-۲۸-سایش خراشان ملایم به همراه ورقه‌ای شدن در کامپوزیت سطحیAl2O3/AZ91 ۲۸
شکل۲-۲۹-نمودار فازی Mg-Cu. ۲۹
شکل۳-۱- الگوهای پراش اشعه‌ی ایکس، مربوط به نمونه‌ی پودری مس. ۳۱
شکل۳-۲-ابزار مورد استفاده برای فرایند اصطکاکی اغتشاشی در این پژوهش ۳۱
شکل۳-۳- موقعیت اولیه و ابعاد نمونه‌ی اس
تاندارد آزمون کشش. ۳۳
شکل۳-۴- موقعیت اولیه و ابعاد نمونه‌ی استاندارد آزمون کشش۵mm ۳۳
شکل۴-۱-الف) نمونه‌ی پوسته‌ای شده ب) منطقه ایمن در فرایند اصطکاکی اغتشاشی………………………………………………… ۳۵
شکل۴-۲-منحنی دمای منطقه‌ی اغتشاش فرایند اصطکاکی اغتشاشی به ازای سرعت چرخشی ۱۰۰۰ دور بر دقیقه و سرعت خطی ۴۰ میلی‌متر بر دقیقه. ۳۵
شکل۴-۳-تصویر میکروسکوپ نوری از ریزساختار فلز پایه AZ91C. ۳۶
شکل۴-۴-ریزساختار ناحیه‌ی اغتشاشی آلیاژ AZ91C پس از فرایند اصطکاکی اغتشاشی. ۳۶
شکل۴-۵-نتایج مربوط به آنالیز EDS نقطه‌ی ۱ روی رسوبات قاز β در نمونه‌ی فلز پایه. ۳۷
شکل۴-۶-تصویر میکروسکوپ نوری از حفرات میکرونی ساختار فلز پایه.AZ91. ۳۷
شکل۴-۷-الگوی پراش اشعه‌ی ایکس الف) فلز پایه AZ91 و ب) بعد از انجام سه پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی روی این آلیاژ. ۳۸
شکل۴-۸-تصویر با بزرگنمایی بالا از کامپوزیت AZ91/Cu و تصاویر با بزرگنمایی بالاتر از جزئیات تشکیل‌دهنده‌ی آن ۳۹
شکل۴-۹-تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از منطقهی اغتشاش کامپوزیت AZ91/Cu بعد از الف) سه پاس ب) شش پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی. ۴۰
شکل۴-۱۰-الگوهای XRD مربوط به نمونه‌ی کامپوزیتی AZ91/Cu پس از الف)۴ پاس و ب)۶ پاس. ۴۰
شکل۴-۱۱-آنالیز EDS مربوط به ذره شماره ۱ در کامپوزیت AZ91/Cu پس از شش پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی. ۴۱
شکل۴-۱۲-الگوهای XRD مربوط به نمونه‌ی کامپوزیتی AZ91/CuO الف) قبل و ب) بعد از عملیات حرارتی T6 ۴۱
شکل۴-۱۳-آنالیز EDS نقاط ۱تا ۴ در راستای خط AB روی ذره‌ی تقویت‌کننده در کامپوزیت AZ91/CuO پس از عملیات
حرارتی T6 ۴۲
شکل۴-۱۵-تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی از ترک‌های تنشی در اطراف ذرات تقویت‌کننده در کامپوزیت AZ91/CuO پس از عملیات حرارتی T6. ۴۳
شکل۴-۱۶-توزیع سختی در کامپوزیت‌های AZ91/Cu، AZ91/CuO قبل و بعد از عملیات حرارتی T6. ۴۴
شکل۴-۱۷-منحنی تنش-کرنش مهندسی فلز پایه، آلیاژ خام FSP شده، کامپوزیت‌های AZ91/Cu و AZ91/CuO قبل و بعد از عملیات حرارتی T6. ۴۵
شکل۴-۱۸-تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست فلز پایه. ۴۶
شکل۴-۱۹-تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست فلز پایه بعد از فرایند اصطکاکی اغتشاشی ۴۷
شکل۴-۲۰- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست کامپوزیت‌های الف) AZ91/Cu و ب) AZ91/CuO پس از آزمون کشش. ۴۷
شکل۴-۲۱-مسیر رشد ترک از مرز ترکیبات بین‌فلزی و زمینه در کامپوزیت .AZ91/CuO ۴۷
شکل۴-۲۲-تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست کامپوزیت AZ91/CuO بعد از عملیات حرارتی T6. ۴۸
شکل۴-۲۳-نمودار تغییرات انرژی آزاد گیبس مؤثر برای ترکیبات بین‌فلزی در سیستم Mg-Cu. ۵۰
` شکل۴-۲۴-آنالیز EDS مربوط به ذره‌ی شماره ۱ در کامپوزیت AZ91/Cu پس از ۴ پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی. ۵۲
شکل۴-۲۵-روند تشکیل ترکیبات بینفلزی در کامپوزیت AZ91/CuO پس از شش پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی. ۵۳
شکل۴-۲۶-شماتیک روند تشکیل ترکیبات بین فلزی و رسوبات در حین عملیات حرارتی T6. ۵۴
شکل۴-۲۷-نمودار کاهش وزن نمونه‌ی فلز پایه و کامپوزیت‌های مختلف ۵۴
شکل۴-۲۸-نمودار نرخ سایش نمونه‌ی فلز پایه و کامپوزیت‌های مختلف در بار اعمالی ۱۵ نیوتون در آزمون سایش. ۵۵
شکل۴-۲۹-تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی الف) از سطح و ب) ذرات سایشی نمونه‌ی فلز پایه بعد از آزمون سایش. ۵۶
شکل۴-۳۰- الف) تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از ذره ی سایشی فلز پایه AZ91، ب)آنالیز EDS نقطه‌ی ۱ ۵۷
شکل۴-۳۱- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی الف) سطح سایش و ب) ذرات سایشی کامپوزیت AZ91/Cu حاصل از آزمون سایش در بار ۱۵ نیوتون. ۵۸
شکل۴-۳۲- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ذرات سایشی کامپوزیت AZ91/CuO حاصل از آزمون سایشی الف) بزرگ‌نمایی پایین (x200) و ب) بزرگ‌نمایی بالا (x20000). ۵۸
شکل۴-۳۳-الگوی پراش اشعه‌ی ایکس ذرات سایشی نمونه‌های الف)فلز پایه، ب)کامپوزیت AZ91/Cu و ج)کامپوزیت AZ91/CuO. ۵۹
شکل۴-۳۴- تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح نمونه‌ی AZ91/Cu، ب)نتیجه‌ی آنالیز EDS از سطح این کامپوزیت. ۶۰
شکل۴-۳۵-تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ذرات سایشی نمونه‌ی کامپوزیتی AZ91/CuO پس از عملیات حرارتی T6، ب)تصویر ترک‌ها بر سطح ذرات سایش ورقه‌ای. ۶۰
شکل۴-۳۶-تصویر میکروسکوپ نوری از اثر فرورفتگی روی سطح مقطع نمونه‌های‌‌ الف) فلز پایه، ب)کامپوزیت‌ ‌‌AZ91/Cu، ج) AZ91/CuO و د) AZ91/CuO عملیات حرارتی شده………………………………………………………………………………………۶۱

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول۲-۱- کامپوزیت‌های ایجاد ‌شده در آلیاژ منیزیم به روش اصطکاکی اغتشاشی…………………………………………………۲۲
جدول۳-۱- آنالیز کوانتومتری آلیاژ AZ91C…………………………………………………………………………………………………….30
جدول۳-۲- مشخصات دستگاه FSP به کار رفته در این پژوهش……………………………………………………………………………۳۲
جدول۴-۱- سختی متوسط نمونه‌های مختلف FSP شده………………………………………………………………………………………۴۴
جدول۴-۲-نتایج حاصل از آزمون کششی فلز پایه و کامپوزیت‌های AZ91/Cu و AZ91/CuO………………………………….. ۴۵
جدول۴-۳- محاسبه‌ی انرژی آزاد گیبس مؤثر در سیستم‌های آلیاژی مختلف Mg…………………………………………50

چکیده
در این پژوهش نانوکامپوزیت سطحی بر پایه‌ی ترکیبات بین فلزی سیستم Mg-Cu، با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی۱ (FSP) و به صورت درجا بر سطح آلیاژ منیزیم (AZ91C) ایجاد شد. سپس پودر مس و اکسید مس، درون شیارهای ایجاد شده بر سطح آلیاژ AZ91C اعمال گردید به منظور دست‌یابی به ساختار کامپوزیتی بدون عیب، واکنش بهتر ذرات مس با زمینه و توزیع مناسب ذرات تقویت‌کننده در زمینه، پارامتر سرعت چرخشی ۱۰۰۰ دور بر دقیقه و سرعت خطی ۴۰ میلی‌متر بر دقیقه طی شش پاس فرایند اصطکاکی اغتشاشی روی این آلیاژ اعمال گردید. به منظور بررسی تشکیل ترکیبات بین فلزی در کامپوزیت‌ها از آنالیز XRD استفاده شد. بررسی‌ها نشان داد که در نمونهی FSP شدهی AZ91/Cu ترکیب Mg2Cu و در نمونهی AZ91/CuO، به دلیل انجام شدن واکنش اکسید مس و منیزیم علاوه بر این ترکیب بین فلزی Mg2Cu ، ذرات تقویت‌کننده‌ی MgO و MgCu2 نیز تشکیل شد.سپس نمونهی فرایند شدهی AZ91/CuO تحت عملیات حرارتی T6 قرار گرفت. سختی نمونه‌ی AZ91/CuO بعد از عملیات حرارتی حدود ۱۶۵ ویکرز است که نسبت به سختی فلز پایه (۶۲ ویکرز) و نمونههای FSP شدهی AZ91/Cu و AZ91/CuO (به ترتیب ۱۱۴و ۱۲۸ ویکرز) افزایش بیشتری از خود نشان داد. مقایسه‌ی نتایج آزمون کشش و سایش نشان می‌دهد که در بین کامپوزیت‌های مختلف، نمونهی FSP شدهی AZ91/CuO دارای بهترین خواص کششی و سایشی است. استحکام کششی نهایی فلز پایه (AZ91C) از مقدار ۴/۱۱۲ مگاپاسکال، به حدود ۳۳۰ مگاپاسکال برای کامپوزیت AZ91/CuO افزایش یافت. بررسی سطح سایش نمونه‌ها، نشان‌دهنده‌ی وقوع مکانیزم سایش خراشان و ورقه‌ای در فلز پایه است. در کامپوزیت AZ91/CuO عمق و پهنای شیارهای ناشی از سایش، نسبت به نمونههای دیگر کمتر است؛ در نتیجه نرخ سایش این نمونه در مقایسه با نمونه‌های دیگر کاهش بیشتری یافته‌ است. بعد از انجام عملیات حرارتی T6 روی نمونه‌ی FSP شدهی AZ91/CuO، به دلیل تشکیل میکروترک‌ها میزان سایش ورقه‌ای و نرخ سایش نسبت به نمونه‌های عملیات حرارتی نشده افزایش یافت.
کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت سطحی، آلیاژ منیزیم، فرایند اصطکاکی

92

دیدگاهتان را بنویسید