دوفصلنامه دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی
سال بیستم شماره 2 (پیاپی 39، 1387)

در این تحقیق، کامپوزیت Cu-Al2O3 حاوی درصدهای متفاوتی Al2O3 به روش مکانوشیمیایی و از مخلوط اولیه CuO، Al وCu با آسیاکاری کم انرژی تولید شد. استفاده از مس فلزی در مخلوط اولیه، امکان کنترل دمای آدیاباتیک، کنترل اندازه ذراتAl2O3 و میزان نهایی آن را در کامپوزیت تولیدی فراهم کرده است. مطالعات ریز ساختاری با میکروسکوپ SEM و بررسی الگوهای پراش اشعه ایکس نمونه های آسیاکاری شده نشان داد که در مرحله اول آسیاکاری آگلومره شدن ذرات اتفاق می‎‎افتد وبا انحلال Al در شبکه مس محلول جامدی به شکل Cu(Al) تشکیل می‎‎شود. در مرحله بعدی واکنش بین Al حل شده و CuO به تشکیل ذرات Al2O3 منجر شده و شکست ذرات باعث ریز شدن آنها می‎‎شود. بررسی الگوهای پراش اشعه ایکس حاکی از آن است که در کامپوزیت حاصل ذرات Al2O3 بسیار ریز بوده و مس زمینه دارای ساختار نانومتری می‎‎باشد؛ به طوری‎ که پس از 72 ساعت آسیاکاری اندازه کریستالیت‎های مس به کمتر از 30 نانومتر کاهش می‎‎یابد.

در این پژوهش رفتار تغییر شکل گرم آلیاژ آلومینیوم 5083 مورد بررسی قرار گرفته است. هدف بررسی شکل پذیری در حین کشش گرم, تحت شرایط تبلور مجدد دینامیکی می باشد. برای این منظور ابتدا ماده تحت یک عملیات مکانیکی- حرارتی قرار می گیرد. سپس آزمایش کشش گرم در دماها و سرعت های کشش متفاوت انجام می شود. منحنی های تنش- نرخ کرنش در دماها و کرنش های مختلف با استفاده از آزمایش جهش سرعت به دست می آید. همچنین ریزساختار ماده با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM) بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که عملیات مکانیکی- حرارتی منجر به توزیع رسوب های ریز و یکنواخت در ماده می شود و تبلور مجدد دینامیکی حین تغییر شکل اتفاق می افتد. بیشترین ازدیادطول در حدود 250% در دمای oC 450 و نرخ کرنشs-1 005/0 به دست می آید. تحت این شرایط بیشترین ضریب حساسیت نرخ کرنش در حدود 3/0 است. سطح نمونه در منطقه شکست باریک است و شکست بر اثر گلویی شدن رخ می دهد.

در پژوهش حاضر، تاثیر میزان کرنش اعمالی بر مکانیزم تشکیل و تکامل دانه های فریت فوق العاده ریز Ultra fine ferrite (UFF) دارای اندازه کمتر از 3 میکرون، در جریان وقوع استحاله آستنیت به فریت ناشی از کرنش Strain-induced transformation (SIT)، در فولاد کم کربن میکروآلیاژی دارای Nb-Ti مورد مطالعه قرار گرفت. تغییر شکل گرم با استفاده از آزمایش فشار گرم تک مرحله ای در منطقه دو فازی (محدوده دمایی) با نرخ کرنش0.001-1/s بر روی نمونه ها اعمال شد. از روی منحنی های سیلان گرم آستنیت/ فریت به دست آمده از آزمایش های مکانیکی، مشاهدات ریزساختاری حاصل از میکروسکوپ نوری، نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. ریزساختار نهایی به دست آمده شامل دانه های فریت با مورفولوژی Equiaxed fine grains (EFG) و دارای اندازه دانه 1.6 میکرون است. منحنی های سیلان هیچ نوع رفتار نرم شدن دینامیکی نشان نمی دهند. ظهور این دانه های ظریف به وقوع استحالهSIT در پایان تغییر شکل نسبت داده می شود. همچنین افزایش کرنش اثری مثبت بر پیشرفت استحاله SIT دارد. بطوریکه با افزایش کرنش؛ اولا- اندازه دانه های فریت EFG حاصل از SIT کوچکتر و کسر حجمی آنها بیشتر شده و ثانیا- از میزان فریت کار سخت شده نیز کاسته می شود. افزون بر این، برای شروع استحاله SIT، اعمال کرنش حداقل در حدود نیاز است.

هدف پژوهش حاضر ارائه فرایندی نو برای تولید قطعات چدنی است. بر پایه این پژوهش، یک قطعه چدنی را می‎توان به صورت دو لایه مجزا، شامل یک لایه بیرونی (پوسته قطعه) و یک لایه داخلی (مغز قطعه)، براساس خواسته طراح، ریخته‎گری نمود. برای مثال در حین تولید (ریخته‎گری و انجماد)یک قطعه چدنی می‎توان با استفاده از روش ارائه شده در این پژوهش ساختار قسمت بیرونی(پوسته) قطعه را از جنس چدن خاکستری با گرافیت ورقه‎ای و ساختار قسمت داخلی آن را (از زیر پوسته مذکور تا مرکزآن) کاملا از جنس چدن داکتیل با گرافیت کروی طراحی نمود. از این رو سعی شده است با طراحی یک قطعه پیچیده و به کار گیری فرایند یاد شده، فناوری این روش استخراج و تدوین گردد. در این فرایند سعی شده است که محفظه مواد کروی کننده و محفظه تغذیه در یکجا ادغام شوند؛ به عبارت دیگر عملیات کروی نمودن در تغذیه انجام شود. نتایج نشان داد که برای قطعات چدنی با تغذیه گذاری از نوع تقلیل فشار، مذاب تلقیح شده از تغذیه به داخل قطعه برگشت نمود و پوسته اولیه به صورت چدن خاکستری منجمد شد؛ اما مذاب باقی مانده در مغز قطعه کاملا به چدن داکتیل تبدیل گردید.

آلیاژ Cu-Cr با روش ریخته گری ثقلی در یک قالب مسی گوه ای شکل در اتمسفر کنترل شده تولید گردید. ساختار و ترکیب آلیاژ با استفاده از میکروسکپ الکترونی روبشی(SEM)، پراش اشعه ایکس(XRD) و آنالیز EDS بررسی شد. تاثیر سرعت سرد کردن بر رفتار رسوب سختی، خواص مکانیکی و فیزیکی آلیاژ به طور مفصل مورد تحقیق قرار گرفت. تغییرات پارامتر شبکه، سختی و هدایت الکتریکی در سه منطقه کاملا متمایز از گوه به میزان کرم محلول و رسوبی در حالت ریختگی نسبت داده شد. این نتایج ایجاد یک مرحله پیرسازی را پس از فرایند انجماد نشان داد. با اندازه گیری پارامتر شبکه مس، افزایش کرم محلول فوق اشباع در زمینه تا 7/1 درصد اتمی در نوک گوه محاسبه شد. هدایت الکتریکی و سختی نمونه های کار شده در شرایط ریختگی و پیرسازی در درصدهای مختلف کاهش سطح مقطع اندازه گیری گردید. کار مکانیکی باعث افزایش سرعت رسوب گذاری و کاهش زمان استحکام بخشی شده و بازه زمانی عبور از حالت پیر شده به فراپیر شده را کاهش داد.

نمودارهای حد شکل دهی (FLD)، محدوده شکل دهی ورق را برای حالت های مختلف تغییر شکل در فرایند های گوناگون شکل دهی ورق نشان می دهند. در عمل تعیین تجربی یک منحنی حد شکل دهی (FLC) بسیار زمان بر بوده و احتیاج به تجهیزات خاص و گرانقیمت دارد. تحت این شرایط روش اجزاء محدود می تواند به عنوان ابزار جایگزین برای پیش بینی نمودارهای حد شکل دهی مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق با استفاده از روش اجزاء محدود اثر کارسختی و ناهمسانگردی بر منحنی حد شکل دهی یک نوع ورق فولادی کششی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. بدین منظور آزمون کشش خارج از صفحه هکر با سنبه نیم کروی با استفاده از نرم افزار ABAQUS 6.4 شبیه سازی گردیده است. لحظه گلویی شدن موضعی که نشان دهنده حد کرنش می‎باشد، به وسیله ردیابی کرنش ضخامتی ورق بر حسب زمان در نازکترین گره و همچنین بررسی مشتقات اول و دوم آن مشخص شده است. با انجام این روش برای نمونه های مختلف آزمایش منحنی حد شکل دهی کرنش به دست آمده است. برای تایید نتایج، منحنی حاصل با نتایج تجربی و تحلیلی مقایسه گردیده است. سپس منحنی حد شکل دهی تنش با محاسبه تنش های اصلی در گلویی موضعی به دست آمده است. در نهایت اثر کارسختی و ناهمسانگردی بر منحنی حد شکل دهی کرنش و تنش بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش توان کارسختی منحنی حد شکل دهی کرنش افزایش می یابد، اما منحنی حد شکل دهی تنش تغییر قابل توجهی نمی نماید. این در حالی است که افزایش مقدار ناهمسانگردی نرمال منجر به افزایش منحنی حد شکل دهی تنش شده ولی منحنی حد شکل دهی کرنش تغییر قابل توجهی نمی کند.

هدف از انجام این تحقیق بررسی رفتار تغییر شکل فشاری فولاد چند فازی با آستنیت باقی مانده در دماهای مختلف بوده است. با انجام عملیات حرارتی مناسب بر روی فولادی کم آلیاژ با 3/0 درصد وزنی کربن، فولاد چند فازی با مقدار قابل ملاحظه ای فاز آستنیت باقی مانده تولید شد. از دو روش مختلف برای اندازه گیری کمی میزان فاز آستنیت در ریزساختار فولاد مورد آزمایش استفاده شد؛ الف) روش تحلیل تصویری ساختارهای به دست آمده با میکروسکوپ نوری و ب) روش تفرق اشعه X. میزان فاز آستنیت باقیمانده با هر دو روش حدود 18 درصد تعیین شد. رفتار تغییر شکل فولاد مورد آزمایش در آزمون فشار در دمای محیط و دماهای بالاتر از آن مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نسبت استحکام فولاد یاد شده (نسبت استحکام آن در کرنش بالا به استحکام تسلیم) در دمای محیط مقدار بسیار بالایی به دست آمد که به استحکام تسلیم پایین و نرخ کار سختی بالای آن نسبت داده شد. دلیل به دست آمدن چنین نسبت استحکام بالایی با توجه به وجود فاز آستنیت باقی مانده در ریزساختار فولاد و امکان تغییر حالت آن به فاز سخت مارتنزیت حین بارگذاری، اثر استحکام بخشی فاز مارتنزیت ایجاد شده (اثرTRIP، (Transformation Induced Plasticity عنوان شد. رفتار تغییر شکل فشاری فولاد مورد آزمایش در دماهای بالاتر از محیط غیر معمول به دست آمد. هم تنش سیلان و هم نرخ کار سختی فولاد با افزایش دما سیر صعودی یافته و در بالاترین دمای تغییر شکل به بیش ترین مقدار خود رسیدند. این رفتار غیر معمول با توجه به افزایش پایداری فاز آستنیت در ریزساختار فولاد با افزایش دما، به فراهم شدن امکان شکل گیری محصولی غیر از فاز مارتنزیت حاصل از تغییر حالت آستنیت حین تغییر شکل نسبت داده شد، با این ویژگی که محصول به وجود آمده برای تاثیر استحکام بخشی در فولاد، از سختی و استحکام کافی برخوردار باشد.