دوفصلنامه دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی
سال بیستم شماره 1 (پیاپی 38، 1387)

آلیاژهای بر پایه Al3Ti به خاطر نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت خزشی مناسب در دماهای بالا، در صنایع هوا - فضا بسیار مورد توجه قرار گرفته اند، ولی مقاومت به اکسایش ضعیف آنها کاربردشان را در دماهای بالا محدود کرده است. آلیاژ Si(at.%)9/0-Nb11-Al23-Ti از مهمترین آلیاژهای این گروه می باشد. در تحقیق حاضر به منظور افزایش مقاومت به اکسیداسیون آلیاژ یاد شده, عملیات پوشش دهی نفوذی از طریق غوطه وری در مذاب Si%wt7Al- همراه با عملیات آنیل نفوذی درC °850 به مدت های 5, 10 و 15 ساعت بر روی آن انجام شد. سپس رفتار اکسایشی آلیاژ پایه و نمونه پوشش داده شده مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی ساختمان بلوری و مورفولوژی پوشش و لایه اکسید تشکیل شده بر روی آن به ترتیب ازدستگاه پراش سنجی پرتو X (XRD) و میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیزگرEDX، استفاده شد. پوشش نفوذی ایجاد شده در اثر عملیات آنیل نفوذی شامل یک لایه خارجی بر پایه 3TiAl و یک لایه داخلی بر پایه TiAl بود. نتایج اکسایش تکدما نشان دهنده تشکیل لایه محافظ 3O 2α-Al درسطح نمونه های پوشش داده شده بود. همچنین نتایج آزمایش های اکسایش سیکلی نشان داد که نمونه های پوشش داده شده از مقاومت به اکسایش بیشتری نسبت به آلیاژ پایه برخوردار بودند.

هدف از این پژوهش بررسی خواص سایشی کامپوزیت فروتیک زمینه مارتنزیتی حاوی مقادیر متفاوتی از کاربید تیتانیم می باشد. سنتز کامپوزیت ها به صورت درجا در مذاب فولادی با اضافه کردن فلز تیتانیم خالص تجارتی و گرافیت (به نسبت وزنی 4 به 1) انجام گرفت. پس از آن برای ایجاد زمینه مارتنزیتی نمونه ها در°C 980 آستنیته و سپس در آب سردایش شدند. از میکروسکوپ الکترونی روبشی، نوری و کوانتومتری برای مطالعات ریزساختاری، تعیین نوع، مقدار، شکل، نحوه توزیع فاز دوم در زمینه استفاده گردید. آزمایش سایش به روش پین روی دیسک و سختی سنجی برای ارزیابی مقاومت به سایش و سختی نمونه ها انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش ذرات فاز ثانویه مقاومت به سایش نمونه ها در هر دو حالت ریختگی و سردایش شده افزایش می یابد. در مقادیر کم از ذرات فاز دوم نمونه های سردایش شده و در مقادیر بالا نمونه های ریختگی مقاومت سایشی بهتری از خود نشان دادند.

در متالورژی پودر برای رسیدن به چگالی های بالاتر روش های متعددی وجوددارد. روش فشردن و تف جوشی دو مرحله ای باعث دستیابی به چگالی تا حدود 7/3 گرم بر سانتیمتر مکعب برای قطعات آهنی می شود، اما به دلیل هزینه ی بالا و ملاحظات ابعادی روشی محدود است. فشردن گرم روش جدیدی است که باعث افزایش چگالی قطعات در یک مرحله فشردن و تف جوشی می شود. با این روش می توان به چگالی و خواص مکانیکی قابل مقایسه با فشردن و تف جوشی دو مرحله ای دست یافت. در این تحقیق خواص مکانیکی قطعاتی از جنسAstaloy CrM که پودری پیش آلیاژی و تولید شده به روش افشانش آبی است، مورد مطالعه قرارگرفت. قطعاتی به دو روش فشردن گرم و فشردن و تف جوشی متداول تهیه شدند و خواص آن ها بررسی شد. تاثیر دمای قالب بر خواص مکانیکی قطعات تولیدی نیز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج آزمایش ها به خوبی برتری روش فشردن گرم را نسبت به روش فشردن و تف جوشی متداول نشان می دهند. همچنین مشاهده شد بهترین خواص مکانیکی قطعات هنگامی به دست می آید که دمای قالب °C150 باشد.

امروزه فولادهای زنگ نزن دیوپلکس کاربرد وسیعی در محیط های خورنده طبیعی از جمله آب دریا پیدا کرده اند. آب دریا افزون بر پیچیدگی های بیولوژیکی، به خاطر دار بودن یون های مهاجم کلراید و بروماید باعث وقوع خوردگی موضعی در فولادهای زنگ نزن می شود. در این تحقیق خوردگی حفره ای فولادهای زنگ نزن دیوپلکس در حضور یون های یاد شده به منظور بررسی تاثیر همزمان این یون ها مد نظر بوده است. آزمون های پلاریزاسیون با پتانسیل متغیرو پلاریزاسون با پتانسیل ثابت در پتانسیل های آندی 150، 300 و450 mV نسبت به الکترود مرجع کالومل در محلول های 0.01، 0.1 و 1 مولار NaCl و همچنین، محلول های با غلظت یکسان از مجموع یون های کلراید و بروماید (Cl-+ Br-) در مقایسه با محلول های تنها حاوی یون کلراید به منظور تاثیر همزمان این یون ها بر خوردگی حفره ای این فولاد در دماهای 25 و 45°C انجام پذیرفته است. نتایج نشان می دهد که حضور یون بروماید در کنار یون کلراید تاثیر مخرب بر خوردگی حفره ای در مقایسه با محلول تنها حاوی یون کلراید دارد. این تاثیر منفی در افزایش اندازه و طول عمر حفره های ناپایدار و کاهش پتانسیل حفره دار شدن فولاد دیده شده است. بررسی مورفولوژی حفره های ناپایدار و پایدار با میکروسکوپ الکترونی روبشی در محلول حاوی یون بروماید تاییدی بر اثر تخریبی یون بروماید در مقایسه با یون کلراید بر خوردگی حفره ای این فولادها را نشان می دهد.

چسبندگی پوشش های هیدروکسی آپاتیت پلاسما اسپری شده به زیرلایه آلیاژ تیتانیمی زبر شده در شرایط متفاوت، اما با زبری سطحی یکسان، به کمک دو روش آزمون کششی استاندارد و فرورفتگی ویکرز در فصل مشترک مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج اندازه گیری با روش استاندارد، نشان دهنده پراکندگی ارقام استحکام و هم چنین، ایجاد انواع شیوه های جداشدگی پوشش (چسبنده، پیوسته و مخلوط) بود. با افزایش بعد فرکتال سطح زبر شده، استحکام کششی چسبندگی افزایش یافت. ارزیابی چسبندگی پوشش به زیرلایه از طریق روش فرورفتگی در فصل مشترک بر مبنای تعیین میزان بار بحرانی نشان داد که مابین روند تغییرات استحکام چسبندگی استاندارد و میزان بار بحرانی روش فرورفتگی ویکرز برای پوشش های با مورفولوژی سطحی متفاوت، یک رابطه مستقیم وجود دارد. در روش فرورفتگی ویکرز با بزرگتر شدن بعد فرکتال سطح زبر شده، مقدار بار بحرانی و چقرمگی شکست ظاهری فصل مشترک افزایش می یابد. روش فرورفتگی ویکرز در فصل مشترک می تواند به خاطر دستیابی به یک تک مقدار مشخص برای بار بحرانی، شیوه جایگزین مناسبی برای آزمون استحکام کششی استاندارد به شمار آید. در ارزیابی چسبندگی پوشش های هیدروکسی آپاتیت پلاسما اسپری شده به روش فرورفتگی، مقدار بار بحرانی یا چقرمگی شکست ظاهری فصل مشترک را می توان به عنوان شاخص چسبندگی در نظر گرفت.

با توجه به تاثیر منفی روانساز بر خواص مکانیکی قطعات تولیدی به روش متالورژی پودر از یک سو و تاثیر مفید و مؤثر فرایند فشردن گرم بر افزایش چگالی و در نتیجه خواص مکانیکی این گونه قطعات از سوی دیگر، تاثیر همزمان کاهش روانساز از 6/0 درصد وزنی تا صفر درصد، و نیز، تاثیر فشردن در دمای محیط و دماهای 130، 150 و 165 برای قالب و در فشار 650 مگاپاسکال بر روی آلیاژ پایه آهن بررسی شد. از امولسیون 5/1 درصد وزنی استئارات لیتیم برای روانسازی جداره قالب استفاده گردید. بررسی ها نشان داد که کاهش روانساز در مخلوط پودر تا صفر درصد و افزایش دمای فشردن گرم تا 165 باعث افزایش خطی چگالی و استحکام خام قطعات می گردد. در مقایسه با نمونه های حاوی 6/0 درصد روانساز و فشرده شده در دمای محیط تحت فشار MPa650، حذف روانساز و استفاده از فشردن گرم قطعات در 165 با روانسازی جداره قالب، چگالی خام به اندازه g/cm3 35/0 افزایش می یابد. چگالی قطعات تف جوشی شده وخواص مکانیکی با افزایش دمای فشردن تا 150 روند صعودی دارد. در فشردن گرم افزایش دمای قالب به بالاتر از 150 موجب کاهش چگالی و خواص مکانیکی در نمونه های تف جوشی شده حاوی روانساز و افزایش در نمونه های روانسازی شده جداره قالب می شود. بررسی های میکروسکوپی بهبود در مورفولوژی حفرات و تصاویر SEM از مقاطع شکست نمونه ها افزایش سطح مقطع مؤثر بار را با کاهش روانساز نشان می دهد.

هدف از پژوهش حاضر امکان سنجی ساخت صنعتی کامپوزیت های AA6061/SiCP بر مبنای متالورژی پودر توسط فرایند مخلوط جامد مایع می باشد. به علت ویژگی های منحصر به فرد آلیاژ آلومینیم AA6061، کامپوزیت یاد شده کاربردهای گسترده ای در صنایع هوا - فضا و خودرو پیدا نموده است. در این پژوهش مخلوطی از 33% پودر SiCP و پودرآلیاژ AA6061 برای ساختن کامپوزیت فوق تهیه شد. سپس دستگاه اکسترودی که به سیستم ثبت اطلاعات برای رسم منحنی فشار- زمان مجهزبود، رفتار کامپوزیت مذکور را در فاصله بین خطوط لیکوئیدوس و سالیدوس ثبت نمود. در انتها با غوطه ور نمودن نمونه ها در آب، بعد از خنک شدن, با برش مقطع نمونه ها به کمک آزمایش های XRD, SEM، اثر دمای مخلوط نگهداری در محدوده مخلوط مایع- جامد، درصد فاز مایع و زمان نگهداری در کوره بر توزیع ذرات SiCP و اتصال آن با زمینه آلیاژی و همین طور ریزساختار کامپوزیت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می دهد در تولید کامپوزیت های یاد شده، عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی که در تشکیل فاز مضر Al4C3 دخالت دارند، عامل اصلی کاهش خواص این کامپوزیت بوده و اصلی ترین این عوامل دمای بالا و زمان نگهداری طولانی فرایند تولیدکامپوزیت می باشد. براین اساس در پژوهش حاضر، مرحله HIP در فرایندهای رایج متالورژی پودر، که بسیار هم انرژی بر است حذف شده و با جایگزین نمودن روش شکلدهی مخلوط جامد – مایع، البته در دمای پایین و نزدیک به خط سالیدوس، با کاهش دو عامل زمان و دمای فرایند، می توان به کامپوزیت هایی با ساختار مطلوب و با انرژی مصرفی بسیار کمتر از روش های معمولی متالورژی پودر، دست یافت.

در این تحقیق پودرهای سرب و آلومینیوم (25 درصد وزنی سرب) توسط دستگاه آسیای گلوله ای ماهواره ای به صورت مکانیکی آلیاژ سازی شدند. سپس پودر به دست آمده با میکروسکوپ الکترونی روبشی وآنالیز EDS مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی خواص حرارتی، آزمایشات DSCبر روی نمونه ها انجام گرفت و تغییرات نقطه ذوب سرب در اثر آسیاکاری بررسی گردید. همچنین به بررسی اثر آسیاکاری بر میزان انحلال سرب در آلومینیوم و تغییرات نقطه ذوب سرب در اثر ریز شدن ذرات پرداخته شد. علی رغم اینکه بر طبق دیاگرام تعادلی Al-Pb دو عنصر هیچ حلالیتی در هم ندارند نتایج به دست آمده، انحلال سرب در آلومینیوم و همچنین کاهش نقطه ذوب آن در اثر آسیاکاری را نشان داد. در هنگام گرم کردن نمونه های آسیاکاری شده، ذرات خیلی ریز سرب در دمایی حدود 300 درجه سانتیگراد رسوب کرده و باعث کاهش نقطه ذوب سرب می شوند؛ به طوری که نقطه ذوب سرب از 25/327 درجه سانتیگراد در نمونه آسیا نشده به 316 درجه سانتیگراد در نمونه 48 ساعت آسیاکاری شده کاهش یافته و از طرفی میزان سرب حل شده در زمینه آلومینیوم از 65/0 درصد وزنی برای نمونه 5 ساعت آسیاکاری شده به 89/0 درصد وزنی برای نمونه 48 ساعت آسیاکاری شده رسید.