پیروزی را به من بچشانی

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………1

فصل 1  مقدمه                                                                                                                             2 

1-1مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………3

فصل 2  مروری بر منابع                                                                                                               5

2-1 کامپوزیت هاي زمینه فلزي………………………………………………………………………………………….6

2-2- کامپوزیت Al-Mg₂Si……………………………………………………………………………………………….7

2-3-Mg₂Si………………………………………………………………………………………………………………….9                   2-4-نمودارفازی Al-Mg₂Si………………………………………………………………………………………………9

2-5- بررسی ریزساختار Al-Mg₂Si…………………………………………………………………………………..11

2-6- انجماد کامپوزیت Al-Mg₂Si…………………………………………………………………………………….12

2 -7 تاثیر عوامل مختلف بر خواص متالورژیکی کامپوزیت هاي Al-Mg₂Si……………………………………14

2-7-1 تاثیر دمای فوق گداز………………………………………………………………………………..14

2-7-2تاثیر دمای نگهداری………………………………………………………………………………….17

2-7-3اصلاح ریزساختار کامپوزیت Al-Mg₂Siتوسط عناصر آلیاژی…………………………………21

2-7-3-1 بهسازی با فسفر (P) ………………………………………………………………..22

2-7-3-2 بهسازی با نیکل (Ni) ………………………………………………………………28

2-8 بررسی خواص کششی کامپوزیت Al-Mg₂Si………………………………………………………………….33

2-8-1 رفتار پلاستیک غیر یکنواخت………………………………………………………………………34

2-8-2 رفتار شکست کامپوزیت………………………………………………………………………….35

2-8-2-1 به هم پیوستن ریز حفرات…………………………………………………………..35

2-8-2-2شکست کلیواژي…………………………………………………………….36

2-8-2-3 شکست بین دانه ای……………………………………………………….36

2-8-2-4 شکست ذرات …………………………………………………………………36

2-8-3 تاثیر عیوب بر رفتار کششی……………………………………………………………………….38

فصل 3  مواد و روش پژوهش                                                                                                     40          

3-1 تهیه ی کامپوزیت Al-15%Mg₂Si……………………………………………………………………….41

3-2 تهیه ي نمونه جهت بررسی ریزساختاري و  خواص مکانیکی………………………………………….41

3-2-1 افزودن عناصر Zn و Ni………………………………………………………………………..43

3-3 آزمایش کشش…………………………………………………………………………………………………43

3-4 عملیات حرارتی………………………………………………………………………………………………..44

3-5 آنالیز مواد……………………………………………………………………………………………………….44

فصل 4 نتایج و بحث                                                                                                                 45

4-1 نتایج بررسی هاي ریز ساختاري ………………………………………………………………………………….46

4-1-1 تاثیر روی بر ریزساختار کامپوزیت Al-15%Mg₂Si…………………………………………….47

4-1-2 تاثیر نیکل بر ریزساختار کامپوزیت .…………………..……….Al-15%Mg₂Si-%5Zn  52

5- بررسی ریز ساختاری پس از عملیات حرارتی …………………………………………………………………..60

5-1 بررسی اثر نیکل بر ریز ساختار کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn پس از عملیات حرارتی …60

6- خواص کششی………………………………………………………………………………………………………….66

6-1 بررسی اثر روی بر خواص کششی کامپوزیت Al-%15Mg₂Si……………………………………….66

6-2  اثر نیکل بر خواص کششی کامپوزیت %5Zn-Al-%15Mg₂Si…………………………………….67

6-3 اثر نیکل بر خواص کششی کامپوزیت %5Zn-Al-%15Mg₂Si پس از عملیات حرارتی………..72

7-شکست نگاری…………………………………………………………………………………………………………..75

فصل 5  نتیجه گیری                                                                                                                 83

[1]               پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………..  86

[2]               فهرست منابع لاتین…………………………………………………………………………………………………………87

ABSTRACT……………………………………………………………………………………………………………..90

[3]               جدول2-1. تغییرات در استحکام کششی سه آلیاژ هایپر یوتکتیک Al-Mg₂Si پس از بهسازي با ترکیب نمکی]28]…………………………………………………………………………………………………………………..34

[4]               جدول4-1. تاثیرغلظت های متفاوت روی بر مقدار درصد ازدیاد طول و استحکام کششی نهایی کامپوزیت Al-%15Mg₂Si………………………………………………………………………………………………………….. 67

[5]               جدول4-2. تاثیر  مقادیر متفاوت نیکل بر مقدار درصد ازدیاد طول و استحکام کششی نهایی کامپوزت Al-%15Mg₂Si-%5Zn………………………………………………………………………………………………………69

[6]               جدول4-3. تاثیر مقادیر متفاوت نیکل بر مقدار درصد ازدیاد طول و استحکام کششی نهایی پس از عملیات حرارتی  درکامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn………………………………………………………………………72

[7]

[8]               شکل 2-1. دیاگرام شبه دو تایی محاسبه شده Al-Mg₂Si ]12[……………………………………………….10

[9]               شکل 2-2. مقطع عمودی نمودار سه تایی Al-Mg-Si که بر روی خط چین قرار دارد]1[…………………10

[10]           شکل 2-3 . مقطع عمودی از دیاگرام تعادلی Al-Mg-Si از Al-15% Mg₂Si ]12[……………………….11

[11]           شکل 2-4.  ساختار انجمادی آلیاژ .Al-x%Mg₂Si a)x=15  ، b) x=20 ، c) x=30 ]12[………………..12

[12]           شکل 2-5. میـکروگراف SEM کامپوزیت Al-25 %Mg₂Si[1] ……………………………………………….13

[13]           شکل 2-6. ریز ساختار کامپوزیت Al-Mg₂Si-Si-Cu با فوق گدازهای مختلف ، (a)  C̊720، ، C̊ (b) 820 ،(c)  C̊920 و C̊ (d) 1020 [23]………………………………………………………………………………………15

[14]           شکل 2-7. تصویر SEM نمونه ی Mg₂Si اولیه که شدیداً حکاکی شده است. در درجه فوق گدازهاي مختلف C̊ (a) 720 و (b) C̊1020[23]……………………………………………………………………………….16

[15]           شکل 2-8. ساختار کامپوزیت Al-Mg₂Si [25]…………………………………………………………………..17

[16]           شکل 2-9 .ریز ساختار Semi Solid کامپوزیت Al-Mg₂Si ناشی از عملیات حرارتی در درجه حرارتهاي مختلف  (a)   ᵒC 545، (b)  ᵒC   555 ،(c)  ᵒC   565  ،(d) ᵒC    575  [25]………………………………18

[17]           شکل 2-10. الگوي توزیع اندازه ي دانه هاي α-Al  ناشی از عملیات حرارتی در درجه حرارت هاي مختلف(a)    545،(b)  ᵒC555 ،(c)  ᵒC565  ، (d) ᵒC575  [25]……………………………………………..19

[18]           شکل 2-11  .تصاویر نمادین از رشد تدریجی ساختار نیمه جامد طی عملیات حرارتی: (a) دندریت هاي اولیه ، (b) ذوب، ترکیب ونفوذ مایع،(c)  دور شدن و (d) انعقاد و کروي شدن[25]………………………………….20

[19]           شکل 2-12.  ميکروساختار اصلاح نشده کامپوزيت Al-Mg₂Si (a) قالب فولادي (b) قالب ماسه­اي، اصلاح شده با P: (c)  قالب فولادي (d) قالب ماسه­اي[5]…………………………………………………………………..22

[20]           شکل 2-13. ریزساختار SEM از کامپوزيت Al-Mg₂Si با ريخته­گري در قالب فولادي[5]………………..23

[21]           شکل2-14. مورفولوژي يوتکتيک کامپوزيت Al-Mg₂Si ريخته­ شده در قالب فولادي (a) بدون P (b) با P [5]…………………………………………………………………………………………………………………………..24

[22]           شکل 2-15. کسر حجمي فاز Mg₂Si اوليه (I) قالب فولادي (II) قالب فولادي با افزودن P (III) قالب ماسه­اي (IV) قالب ماسه­اي با افزودن P [5]…………………………………………………………………………25

[23]           شکل 2-16. شماتيکي از کريستال اوليه Mg₂Si (I) بدون اضافه کردن P (II) با اضافه کردن P [5]…………………………………………………………………………………………………………………………..25

[24]           شکل 2-17. مورفولوژي ذرات اوليه Mg₂Si. (a) بزرگنمايي پايين و بزرگنمايي بالا (b) اکتاهدرال کامل (cوd) تتراکایدکاهدرون [5]……………………………………………………………………………………………..26

[25]           شکل 2-18. کريستال قیفی شکل[5]……………………………………………………………………………….26

[26]           شکل 2-19. تصویر میکروسکوپ نوری از کامپوزیت Al-15%Mg₂Si که مقادیر متفاوتی از Ni به آن اضافه شده است a)5/0درصد وزنی b)1 درصد وزنی c)3 درصد وزنی  d) 5 درصد وزنی[26]……………………..30

[27]           شکل 2-20 . نشان دهنده  اندازه ذرات Mg₂Si اولیه قبل و بعد از فرآیند اکستروژن را با در نظر گرفتن مقادیر اضافه شده Ni به کامپوزیت را نشان می دهد[26]…………………………………………………………31

[28]           شکل 2-21 .مقادیر استحکام کششی نهایی کامپوزیت Al-15%Mg₂Si قبل و بعد از فرآیند اکستروژن با در نظر گرفتن مقادیر اضافه شده Ni به کامپوزیت را نشان می دهد[26]……………………………………….32

[29]           شکل 2-22. درصد ازدیاد طول کامپوزیت Al-15%Mg₂Si قبل و بعد از فرآیند اکستروژن با در نظر گرفتن مقادیر اضافه شده Ni به کامپوزیت را نشان می دهد]26]………………………………………………..33

[30]           شکل 2-23. شکل کلی سطح شکست در آلیاژ هایپر یوتکتیک Al-20%Si : (a) بهسازي نشده و (b) بهسازي شده توسط Al-P-Ti-TiC-Nd₂O₃  و (c) تصویر بزرگنمایی بالا از منطقه ي مشخص شده در تصویر (a) [31]…………………………………………………………………………………………………………………….37

[31]           شکل 2-24. (a) حفره ي انقباضی همراه با فیلم اکسیدي و (b) حضور دندریتها در حفره ي انقباضی [33]…………………………………………………………………………………………………………………………38

[32]           شکل 3-1 .الف) تصویر قالب مورد استفاده براي مقاطع نازك و ب) تصویر نمادین نمونه ي مورده استفاده براي تست کشش………………………………………………………………………………………………………….42

[33]           شکل 4-1. ریزساختار کامپوزیت ریختگی Al-15%Mg₂Si  بدون حضور عنصر بهساز[17]……………….46

[34]           شکل4-2.  ساختار یوتکتیک Mg₂Si در کامپوزیت  Al-15%Mg₂Si :الف) اچ شده با محلول کلر وب) اچ عمیق با محلول  NaOH…………………………………………………………………………………………………..47

[35]           شکل 4-3. میکروساختار کامپوزیت Al-%15Mg₂Si با مقادیر مختلف روی الف) 0 درصد روی ب) 3 درصد روی ج) 5 درصد روی د) 7 درصد روی ه) 10 درصد روی و) 15 درصد روی…………………………48

[36]           شکل4-4. تاثیر مقادیر متفاوت روی (3%، 5%، 7%، 10%، 15%) بر اندازه ذراتMg₂Si  اولیه کامپوزیت Al-%15Mg₂Si………………………………………………………………………………………………………………..49

[37]           شکل 4-5. تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه کامپوزیتی Al-%15Mg₂Si-%5Zn…………………….50

[38]           شکل 4-6. آنالیز EDS از ناحیه سفید رنگ در کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn و جدول نتایج نقطه ای…………………………………………………………………………………………………………………………….51

شکل 4-7. آنالیز EDS از زمینه کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn و جدول نتایج نقطه ای…………… 52

[39]           شکل 4-8. میکروساختار کامپوزیت-%5Zn  Al-%15Mg₂Si با مقادیر مختلف نیکل قبل از اعمال فرآیند عملیات حرارتی الف) 3/0 درصد نیکل ب) 5/0 درصد نیکل ج) 1 درصد نیکل   د) 2 درصد نیکل ه) 3 درصد نیکل……………………………………………………………………………………………………………….. 53

[40]           شکل 4-9. افزودن مقادیر متفاوت Ni(3/0%-5/0%-1%-2%-3%) به کامپوزیت   Al-%15Mg₂Si-%5Zn وتاثیر آن، بر حجم ومیانگین اندازه ذرات  Mg₂Si اولیه…………………………………………………………….54

[41]           شکل4-10. دیاگرام فازی دوتایی Al-Ni [37]……………………………………………………………………..56

[42]           شکل4-11. تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه کامپوزیتی .Al-%15Mg₂Si-%5Zn-%2Ni…………..57

[43]           شکل 4-12. آنالیز EDS از ناحیه سفید رنگ در کامپوزیت %2Ni-Al-%15Mg₂Si-%5Zn و جدول نتایج نقطه ای……………………………………………………………………………………………………………………..57

[44]           شکل 4-13. میکروساختار کامپوزیت-%5Zn  Al-%15Mg₂Si با مقادیر الف) 0درصد نیکل ب) 3درصد نیکل………………………………………………………………………………………………………………………….58

[45]           شکل 4-14. میکروساختار کامپوزیت-%5Zn  Al-%15Mg₂Si با مقادیر مختلف نیکل پس از فرآیند عملیات حرارتی الف) 3/0 درصد نیکل ب) 5/0 درصد نیکل ج) 1 درصد نیکل  د) 2 درصد نیکل ه) 3 درصد نیکل………………………………………………………………………………………………………………………….61

شکل 4-15. تصویر میکروسکوپ الکترونی از کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn-%1Ni پس از عملیات حرارتی……………………………………………………………………………………………………………………….63

[46]           شکل 4-16. آنالیز EDS و جدول نتایج آنالیز نقطه ای از تجمع فاز جدید  Al₃Ni در کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn-%1Ni پس از عملیات حرارتی……………………………………………………………….64

[47]           شکل 4-17. تصویر میکروسکوپ الکترونی  کامپوزیت  Al-%15Mg₂Si-%5Zn الف-ب) قبل از عملیات حرارتی ج-د) بعد از عملیات حرارتی…………………………………………………………………………………..65

[48]           شکل 4-18.  تاثیر مقادیر متفاوت نیکل (3%-5%-7%-10%-15%)  و مقایسه دو نمودار درصد افزایش طول و استحکام کششی نهایی بر کامپوزیت Al-%15Mg₂Si……………………………………………………………66

[49]           شکل 4-19.  مقایسه دو نمودار درصد افزایش طول و استحکام کششی نهایی پس از افزودن غلظت های متفاوت نیکل (3/0%، 5/0%، 1%، 2%، 3%) به کامپوزیت  Al-%15Mg₂Si-%5Zn……………………………68

[50]           شکل 4-20.  تاثیر  نیکل (3/0%، 5/0%، 1%، 2%، 3%) بر کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn و مقایسه دو نمودار درصد ازدیاد طول قبل و پس از عملیات حرارتی……………………………………………………………73

[51]           شکل 4-21. تاثیر نیکل (3/0%، 5/0%، 1%، 2%، 3%) بر کامپوزیت Al-%15Mg₂Si-%5Zn  و مقایسه دو نمودار استحکام کششی نهایی قبل و پس از عملیات حرارت………………………………………………………73

[52]           شکل 4-22.   سطح شکست کامپوزیت ریختگی .Al-15% Mg₂Si……………………………………………75

[53]           شکل 4-23. تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح شکست الف) Al-15% Mg₂Si-3Zn ب) Al-15% Mg₂Si-5Zn ……………………………………………………………………………………………………………….77

[54]           شکل 4-24. تصاویر SEM سطح شکست کامپوزيت-%5Zn Al-%15Mg₂Si با مقادیر مختلف نیکل: الف) 5/0 درصد نیکل ب) 1 درصد نیکل ج) 3 درصد نیکل……………………………………………………………..79

[55]           شکل 4-25. تصاویر SEM سطح شکست کامپوزيت-%5Zn Al-%15Mg₂Si پس از عملیات حرارتی با مقادیر مختلف نیکل: الف) 5/0 درصد نیکل ب) 1 درصد نیکل ج) 3 درصد نیکل…………………………….81