بررسی ساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینیوم پوشش داده شده با تیتانیا تولید شده با فرآیند نورد تجمعی (ARB)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                      صفحه

فصل1                                                                                                                       1

• مقدمه …………………………………………………………………………………………………….2

فصل2 مروري بر منابع                                                                                         6 

2-1- آلومينيوم ………………………………………………………………………………………………..7

2-1-1- آلومينيوم خالص تجارى …………………………………………………………………7

2-2-  تيتانيم و دی اکسید تیتانیم………………………………………………………………………8

2-3- كامپوزيتها …………………………………………………………………………………………….10

2-3-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………..10

2-3-2- نقش مواد مورد استفاده در زمينه………………………………………………….12

2-3-3- شکل هاي مواد زمینه ……………………………………………………………………13

2-3-4- انواع مواد زمينه……………………………………………………………………………13

2-4- لایه نشانی با فرآیند اسپری پایرولیز …………………………………………………..14

2-4-1- فرآیند اسپری پایرولیز………………………………………………………………..14

2-5- تغییر شکل شدید پلاستیک ………………………………………………………………….16

2-5-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………….16

2-5-2- روش هاي توليد مواد با اندازه دانه نانومتري …………………………….17

2-5-3- مزایای فرآيند های تغییر شکل شدید پلاستیک …………………………….18

2-5-4-فرآیند نورد تجمعی……………………………………………………………………….21

2-6- اتصال ورق ها در فرآیند نورد تجمعی…………………………………………………….23

2-7- پارامترهای مؤثر در فرآيند نورد تجمعی………………………………………………….25

2-7-1- شبکه کریستالی مواد ………………………………………………………………….25

2-7-2- وضعیت سطح …………………………………………………………………………….25

2-7-3- زبری سطوح ……………………………………………………………………………….25

2-7-4- ضخامت اولیه ورق ……………………………………………………………………..26

2-7-5- میزان کاهش سطح مقطع ……………………………………………………………26

2-7-6- دمای نورد ………………………………………………………………………………….26

2-7-7- سرعت نورد ……………………………………………………………………………….27

2-7-8- فشار اعمالی از سوی غلتک ها …………………………………………………..27

2-7-9- اصطکاک بین غلتک و قطعه …………………………………………………………27

2-7-10- عملیات حرارتی بین سیکلی ………………………………………………………27

2-7-11- عملیات حرارتی پس از فرآیند ………………………………………………….28

2-8- تولید کامپوزیت ها توسط فرآیند نورد تجمعی…………………………………………..28

2-9- سایر فرآیندها………………………………………………………………………………………29

2-10- خواص مواد بعداز تغییرشکل پلاستیک شدید ……………………………………31

2-11- نمونه هایی از کاربرد مواد بعداز تغییر شکل پلاستیک شدید…………….32

فصل 3 مواد و روش تحقیق                                                                        37

3-1- ماده اولیه مورد استفاده ……………………………………………………………………..38

3-2- تهیه لایه های نازک اکسیدتیتانیم به روش اسپری پایرولیز………………….38

3-3- فرآیندتهیه لایه هاوشرایط لایه نشانی…………………………………………………..40

3-4- تهیه محلول مورد نیاز برای لایه نشانی پاششی…………………………………..42

3-5- شرح عملیات اسپری پایرولیز ………………………………………………………………42

3-6- شرح عملیات نورد تجمعی…………………………………………………………………….44

3-7- بررسی ریز ساختار ……………………………………………………………………………47

3-7-1- عملیات متالوگرافی………………………………………………………………………47

3-7-2- مشاهده ساختار میکروسکوپی……………………………………………………48

3-8- میکروسختی سنجی …………………………………………………………………………….48

3-9- آزمون کشش تک محور……………………………………………………………………….49

3-9-1- آماده سازی نمونه های آزمون کشش ……………………………………….49

3-9-2- انجام آزمون کشش تک محور ……………………………………………………50

فصل 4 نتایج و بحث                                                                                 51

4-1- تاثیر زبری سطح بر استحکام اتصال ………………………………………………….52

4-2- لایه تیتانیای تولید شده توسط فرآیند اسپری پایرولیز………………………..53

4-3- بدست آوردن درصد وزنی ₂TiO در ساخت کامپوزیت ₂TiO – Al…………..60

4-4- مشاهدات ریزساختاری ……………………………………………………………………….62

4-5- بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت ₂TiO Al-………………………………………..66

4-5-1- نتایج تست میکروسختی………………………………………………………………66

4-5-2- نتایج تست کشش تک محوری…………………………………………………….67

فصل 5 نتیجه گیری و پیشنهادات                                                               70

5-1- نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………….71

5-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………72

مراجع                                                                                                        73

فهرست اشکال

عنوان                                                                                          صفحه

فصل 2

(شکل2-1). نحوه آرایش هشت وجهی ها در ₆TiO……………………………………………….. 9

(شکل2-2). مقایسه 3 نوع از مواد مرکب الف)ذره ای ب)تقویت شده با الیاف

 ج)لایه ای …………………………………………………………………………………………………………. 11

(شکل2-3) . تغيير شكل در کانال‌هاي مشابه زاويه‌دار (ECAP)………………………….. 20

(شکل 2-4). فرآيند اکستروژن و فشار متوالي (CEC)………………………………………… 20

(شکل 2-5). تغيير شكل پيچشي تحت فشار زياد (HPT) ……………………………………. 20

(شکل 2-6). مراحل مختلف فرآیند نورد تجمعی………………………………………………………21

(شکل 2-7). تصویر شماتیکی از آزمون پوسته­کنی……………………………………………. 24

(شکل 2-8) . تغییر شکل در قالب ECAP بوسیله نورد(ECAR) …………………………. 30

(شکل2-9). فرآيند موج‌دار کردن و صاف کردن متوالي(RCS)……………………………. 30

(شکل 2-10). فورج سيکلي در قالب بسته(CCDF)………………………………………………. 30

(شکل 2-11). رابطه­ی تنش تسلیم قراردادی و اندازه­ی دانه آهن خالص ……………. 32

(شکل 2-12). پیچ­های ساخته شده از آلیاژ تیتانیم SPD شده …………………………….. 33

(شکل 2-13). پیچ­های ساخته شده از فولاد کربنی فوق­العاده دانه­ریز ECAP شده  33

(شکل 2-14).ورق فولادی C-Mn فوق العاده ریزدانه با قابلیت کشش عمیق عالی   34

(شکل 2-15). قطعات پیستونی شکل ساخته شده از1420Al  نانوساختاری……….. 34

(شکل 2-16). ایمپلنت­های ساخته شده از تیتانیم نانو ساختاری ………………………… 35

(شکل 2-17). خودرو نظامی خاکی-آبی ساخته شده از فلزات نانوساختاری………..36

(شکل 2-18). لوازم ورزشی ساخته شده از فلزات نانوساختاری ………………………..36

فصل 3

(شکل3-1). شماتیکی از عملکرد دستگاه لایه نشان پاششی …………………………………39

(شکل3-2). دستگاه اسپری پایرولیز با گاز حامل ازت ……………………………………….. 41

(شکل3-3). نحوه قرارگيري نمونه ها برروي صفحه داغ ……………………………………. 43 (شکل 3-4). دستگاه نورد …………………………………………………………………………………. 45   (شکل 3-5). انجام فرآیند اتصال نوردی ……………………………………………………………. 45 (شکل3-6). برس زنی ورق آلومینیوم ………………………………………………………………….46 (شکل3-7). کامپوزیت  ₂TiO – Al  تولید شده در پایان پاس 5 ……………………………..47  (شکل 3-8). دستگاه مانت …………………………………………………………………………………. 48  (شکل 3-9). دستگاه میکروسختی­سنجی ……………………………………………………………. 49   (شکل 3-10). تصویر شماتیک نمونه­آزمون کشش مطابق استاندارد  ASTM B 557M (ابعاد بر حسب mm) ………………………………………………………………………………………..49        (شکل 3-11). برش نمونه­های آزمون کشش توسط دستگاه Wirecut …………………..50

(شکل 3-12). نمونه­ی تست کشش ……………………………………………………………………..50

(شکل 3-13). انجام آزمون کشش تک­محور ……………………………………………………….50

فصل 4

(شکل 4-1).تصویر SEM از مورفولوژی سطحی لایه تیتانیا قبل و بعد از تمیز کردن با پارچه نرم ……………………………………………………………………………………………………53

(شکل4-2).تصویر شماتیک از لایه نشانده شده ₂TiO توسط فرآیند اسپری پایرولیز……………………………………………………………………………………………………………..54

(شکل4-3).تصاویر SEM از سطح پوشش یافته در حالت a) بدون بازپخت
b) بازپخت در دمای °C 400      c) بازپخت در دمای°C 500 ………………………………54

(شکل4-4).تصویر SEM از پیکره ریزساختاری فیلم تیتانیا ………………………………..55

(شکل4-5).تصویر SEM از پوشش₂TiO با کریستالهای سفیدکروی شکل گرانوله..55

(شکل4-6). الگویXRD  لایه های نازک ₂TiO در نمونه لام شیشه ای قبل از عملیات بازپخت ……………………………………………………………………………………………………………56

(شکل4-7). الگویXRD  لایه های نازک ₂TiO در نمونه لام شیشه ای بعد از عملیات بازپخت ……………………………………………………………………………………………………………56

(شکل 4-8). تصویر SEM  صفحه RD-ND لایه ₂TiO پوشش داده شده بر روی آلومینیوم در دو حجم مختلف محلول اسپری 50و100سی سی…………………………..57

(شکل 4-9).تصویر SEM از مورفولوژی سطحی از لایه نازک₂TiO………………………58

(شکل 4-10). آنالیز EDX از لایه نازک ₂TiO در حجم محلول 50 میلی لیتر………….59

(شکل 4-11). آنالیز EDX از لایه نازک ₂TiO در حجم محلول 100 میلی لیتر………..59

(شکل 4-12). تصاویر SEM ازتغییرات ریزساختاری کامپوزیت ₂TiO – Al   در طول پاس های 2، 5 و8 در حجم محلول35و 50سی سی ………………………………………….63

(شکل 4-13). تصاویر SEM ازتغییرات ریز ساختاری کامپوزیت ₂TiO Al- در طول پاس های2، 5 و8 درحجم محلول 100و135 سی سی ……………………………………….65

(شکل 4-14). نمودار سختی میانگین کامپوزیت ₂TiO Al- در حجم محلول اسپری35، 50 ، 100 و135سی سی……………………………………………………………………………………. 66

(شکل 4-15). منحنی تنش-کرنش مهندسی ₂TiO Al-  با حجم محلول اسپری
35 ، 50 و100سی سی ……………………………………………………………………………………… 67

فهرست جداول

عنوان                                                                                                  صفحه

فصل 3

(جدول3-1). نتیجه­ی آنالیز شیمیایی آلومینیوم استفاده شده در این تحقیق
(درصد وزنی عناصر) ……………………………………………………………………………………….. 38

فصل4

(جدول 4-1). خواص مکانیکی کامپوزیت های تولید شده توسط فرآیند نورد تجمعی
(در حجم های متفاوت محلول اسپری 50،35 و 100 سی سی) ………………………….. 68