دانلود پروژه: توسعه ساختارهای نانوکریستال دوگانه در آلیاژ Al-Zn و ارزیابی خواص آن­ها  

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                                                                               صفحه

فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. هشت

فهرست شکل­ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ده

فهرست جداول…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. سیزده

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

فصل اول: مقدمه

فصل دوم: مروری بر منابع

2-1 معرفی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4

2-2 ساختار اتمی مرز دانه­ها…………………………………………………………………………………………………………………………………. 5

2-3 خواص مواد نانودانه……………………………………………………………………………………………………………………………………… 5

2-3-1 خواص فیزیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5

2-3-2 خواص مکانیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………… 6

2-4 آلیاژهای آلومینیوم………………………………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-4-1 بررسی آلیاژهای آلومینیوم-روی………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-4-2 ساختار دوگانه………………………………………………………………………………………………………………………………………. 11

2-4-3 روش­های ایجاد ساختار دوگانه………………………………………………………………………………………………………………… 12

2-5 فرآیند آلیاژسازی مکانیکی………………………………………………………………………………………………………………………….. 13

2-5-1 افزایش انحلال‌پذیری در حین آلیاژسازی مکانیکی……………………………………………………………………………………… 14

2-5-2 عوامل موثر روی آلیاژسازی و فعال سازی مکانیکی…………………………………………………………………………………….. 14

2-6 مشخصه­های میکروساختاری و خواص مکانیکی آلیاژها با اندازه دانه دوگانه……………………………………………………….. 16

2-6-1 منحنی تنش-کرنش آلیاژهای نانوساختار دوگانه…………………………………………………………………………………………. 20

2-7 فرآیندهای متراکم سازی پودر مواد نانوساختار……………………………………………………………………………………………….. 29

2-7-1 فرآيند اکستروژن گرم……………………………………………………………………………………………………………………………. 30

2-7-2 فرآیند تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای……………………………………………………………………………………………………….. 31

فصل سوم: مواد، تجهیزات و روش تحقیق

3-1 مواد اولیه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 35

3-2 آلیاژسازی مکانیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………. 38

3-3 فرآیند اکستروژن گرم و تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای…………………………………………………………………………………… 38

3-4 فرآیند نورد داغ…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 40

3-5 بررسی­های ساختاری………………………………………………………………………………………………………………………………….. 41

3-5-1 بررسی­های ریزساختاری………………………………………………………………………………………………………………………….. 42

3-6 اندازه گیری چگالی…………………………………………………………………………………………………………………………………… 42

3-7 ارزیابی خواص مکانیکی…………………………………………………………………………………………………………………………….. 43

3-8 مراحل پژوهش………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1 تولید آلیاژAl-6%Zn  نانوساختار توسط آلیاژسازی مکانیکی…………………………………………………………………………….. 45

4-2 بررسی مورفولوژی ذرات پودر……………………………………………………………………………………………………………………. 49

4-3 تغییرات میکروسختی ذرات پودر………………………………………………………………………………………………………………….. 51

4-4 تولید قطعه با فرآیندهای اکستروژن گرم و تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای…………………………………………………………… 52

4-5 بررسی اندازه دانه­ها……………………………………………………………………………………………………………………………………. 53

4-6 تغییرات میکروسختی نمونه­های بالک……………………………………………………………………………………………………………. 62

4-7 بررسی خواص کششی………………………………………………………………………………………………………………………………… 63

4-8 بررسی سطح شکست………………………………………………………………………………………………………………………………….. 65

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادها

5-1 نتیجه­گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 67

5-2 پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 69

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                                                         صفحه

شکل 2-1 توزیع اتم­ها در یک فلز نانودانه دو بعدی. اتم­های دانه دوایر توپر و اتم­های مرز دانه­ها دوایر توخالی………………….. 5

شکل 2-2 رسم رابطه هال-پچ در مواد نانودانه………………………………………………………………………………………………………… 7

شکل 2-3 طبقه بندی کلی آلیاژهای آلومینیوم…………………………………………………………………………………………………………. 9

شکل 2-4 نمودار تعادلی آلومینیوم-روی……………………………………………………………………………………………………………… 10

شکل 2-5 ساختار دوگانه الف) تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از نیکل با ساختار دوگانه ب) شماتیک ساختار دوگانه 11

شکل 2-6 مقایسه رفتار تنش-کرنش سه نوع آلیاژ Al-Mg………………………………………………………………………………………. 12

شکل2-7 استحکام تسلیم دانه­های نانو و میکرو کریستال بر حسب اندازه دانه در آلیاژ نانوساختار دوگانه Al-7.5%Mg……… 17

شکل 2-8 منحنی­های تنش-کرنش حقیقی آلیاژ Al–7.5Mg نانوساختار دوگانه با درصدهای وزنی متفاوت دانه­های درشت. 17

شکل 2-9 تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست آلیاژ آلومینیوم-منیزیم حاوی 10% دانه درشت……………. 19

شکل 2-10 تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست نمونه Al-Mg………………………………………………………. 19

شکل 2-11 منحنی تنش-کرنش آلیاژ Al-Mg حاوی 15 و 30درصد حجمی دانه­های درشت و مقایسه با نمودار شبیه سازی شده            21

شکل2-12 مقایسه تنش تسلیم آلیاژ نانوساختار دوگانه Al-7.5 Mg بر حسب کسر حجمی دانه­های درشت در دو حالت تجربی و شبیه سازی شده   21

شکل2-13 منحنی­های تجربی و شبیه سازی شده استحکام کششی نهایی (UTS) بر حسب کسر حجمی دانه­های درشت در آلیاژ Al-7.5Mg نانوساختار دوگانه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 22

شکل2-14 منحنی­های تئوری و تجربی کرنش یکنواخت بر حسب کسر حجمی دانه­های درشت در آلیاژ Al-7.5Mg نانوساختار دوگانه  22

شکل2-15 منحنی تنش تسلیم آلیاژ نانوساختار دوگانه آلومینیوم-منیزیم حاوی 30 درصد ساختار درشت دانه بر حسب تنش تسلیم دانه‌های درشت 23

شکل2-16 نمودار کرنش یکنواخت و استحکام کششی نهایی آلیاژ نانوساختار دوگانه آلومینیوم-منیزیم به عنوان تابعی از تنش تسلیم درشت دانه   24

شکل 2-17 منحنی سختی بر حسب تنش در مناطق ریز و درشت دانه آلیاژ آلومینیوم-منیزیم با ساختار دوگانه………………….. 24

شکل 2-18 استحکام کششی تسلیم آلیاژ نانوساختار دوگانه آلومینیوم-منیزیم حاوی 30 درصد دانه درشت برحسب توان کرنش سختی آلومینیوم درشت دانه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 25

شکل 2-19 تاثیر دما بر منحنی تنش–کرنش آلیاژ نانوساختار دوگانه Al-Mg ……………………………………………………………… 26

شکل 2-20 تاثیر دما بر تنش تسلیم آلیاژ Al-Mg نانوساختار دوگانه الف) تنش تسلیم نهایی ب) تنش تسلیم…………………….. 26

شکل 2-21 تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست آلیاژ Al-7.5%Mg………………………………………………. 27

شکل 2-22 تصاویر میکروسکوپی الکترونی عبوری از آلیاژ آلومینیوم 5083 حاوی 30 درصد حجمی دانه درشت در جهات طولی (L) و عرضی اکستروژن (T)………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 28

شکل 2-23 تصویر میکروسکوپی الکترونی عبوری میدان روشن از پودر آسیاب کاری و سپس اکستروژن شده Al-7.5%Mg در جهت اکستروژن  28

شکل 2-24 تصاویر میکروسکوپی الکترونی عبوری از آلیاژهای آلومینیوم 5083 با: (الف و ب: 30 درصد وزنی پودر آسیاب نشده، ج و د: 50 درصد وزنی پودر آسیاب نشده) در جهت اکستروژن……………………………………………………………………………………………………….. 29

شکل 2-25 شماتیک اکستروژن مستقیم و غیر مستقیم…………………………………………………………………………………………….. 30

شکل 2-26 مقایسه نیرو بر حسب جابجایی در روش 1) اکستروژن مستقیم، 2) اکستروژن غیر مستقیم……………………………… 31

شکل 2-27 نمایی کلی از فرآیند سینتر پلاسمایی جرقه­ای……………………………………………………………………………………….. 33

شکل 3-1 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از مورفولوژی پودر آلومینیوم مصرفی……………………………………………… 35

شکل 3-2 الگوی پراش پرتو ایکس پودر آلومینیوم مصرفی…………………………………………………………………………………….. 36

شکل 3-3. آنالیز طیف سنج تفکیک انرژی پرتو ایکس پودر آلومینیوم خالص مصرفی………………………………………………… 36

شکل 3-4 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از پودر روی مصرفی……………………………………………………………………… 37

شکل 3-5 الگوی پراش پرتو ایکس پودر روی………………………………………………………………………………………………………. 37

شکل 3-6 نمایی از روش اکستروژن مستقیم………………………………………………………………………………………………………….. 39

شکل 3-7 نمودار تغییرات الف) دما و ب) فشار بر حسب زمان در تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای…………………………………. 40

شکل 3-8 شماتیک قطعات کشش………………………………………………………………………………………………………………………. 43

شکل 3-9 روند نمای پژوهش…………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

شکل 4-1 الگوهای پراش پرتو ایکس آلومینیوم-روی پس از الف)0ساعت، ب) 10 ساعت، ج) 30 ساعت و د)50 ساعت آلیاژسازی مکانیکی.   45

شکل 4-2 الگوهای پراش پرتو ایکس صفحه (111) آلومینیوم پس از 0، 10 ، 30 و 50 ساعت آلیاژسازی مکانیکی…………. 47

شکل 4-3 تغییرات پارامتر شبکه آلومینیوم در مخلوط پودر آلومینیوم-روی پس از زمان­های مختلف آلیاژسازی مکانیکی… 48

شکل 4-4 تغییرات پیک صفحه (101) روی پس از زمان­های مختلف آلیاژسازی مکانیکی در مخلوط آلومینیوم-روی…….. 48

شکل 4-5 رابطه ویلیامسون-هال برای مخلوط پودر آلومینیوم و روی پس از50 ساعت آلیاژسازی مکانیکی……………………. 49

شکل 4-6 تغییرات اندازه دانه محلول جامد آلومینیوم-روی با زمان آلیاژسازی مکانیکی……………………………………………… 50…………

شکل 4-7 تغییرات درصد کرنش در محلول جامد آلومینیوم-روی با زمان آلیاژسازی مکانیکی…………………………………….. 50

شکل 4-8 تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از مخلوط ذرات پودر آلومینیوم-روی پس از الف)10، ب)30 و ج)50 ساعت آلیاژسازی مکانیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 51

شکل 4-9 تغییرات سختی الف) آلومینیوم خالص و ب)مخلوط آلومینیوم و روی بر حسب زمان آلیاژسازی مکانیکی……….. 52

شکل 4-10 تصاویر میکروسکوپی نوری نمونه بالک تهیه شده از پودر Al-6%Zn 50 ساعت آلیاژسازی شده پس از اکستروژن در دمای ºC550   57

شکل 4-11 عیب پوست کاجی در نمونه نانوکریستال اکسترود شده الف) دمای ºC 550 و ب) ºC600………………………….. 54

شکل 4-12 تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از نمونه­های تف جوشی شده الف)30n70m(5min) ، ب)30n70m(10min)  ، ج)60n40m(5min) و د)60n40m(10min)……………………………………………………………………………………………………………………………………… 56

شکل 4-13 تصاویر میکروسکوپی نوری از نمونه­های الف)  30n70m(5min) ، ب)  30n70m(10min) ، ج) 60n40m(10min) و د) 60n40m(5min)……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 57

شکل 4-14 الگوهای پراش پرتو ایکس نمونه 30n70m(10min) پس از اعمال فرآیندهای مختلف الف) آلیاژسازی مکانیکی، ب)تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای و ج) نورد داغ. …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 60

شکل 4-15 الگوهای پراش پرتو ایکس صفحه (111) آلومینیوم پس از اعمال فرآیندهای الف) 50 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، ب) تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای و ج) نورد داغ………………………………………………………………………………………………………………………… 61

شکل 4-16 الگوهای پراش پرتو ایکس الف) 30n70m(5min)، ب) 30n70m(10min) و ج) 60n40m(10min) پس از تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 61

شکل 4-17 الگوهای پراش پرتو ایکس نمونه 30n70m(10min) پس از اعمال فرایندهای مختلف الف) آلیاژسازی مکانیکی، ب)تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای و ج) نورد داغ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 60

شکل 4-18 الگوهای پراش پرتو ایکس صفحه (111) آلومینیوم پس از اعمال فرایندهای الف) 50 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، ب) تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای و ج) نورد داغ………………………………………………………………………………………………………………………… 61

شکل 4-19 الگوهای پراش پرتو ایکس الف) 30n70m(5min)، ب) 30n70m(10min) و ج) 60n40m(10min) پس از تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 61

شکل 4-20 الگوهای پراش پرتو ایکس صفحه (111) نمونه­های 30n70m(5min)، 30n70m(10min) و 60n40m(10min).. 62

شکل 4-21 منحنی­های تنش-کرنش الف) آلومینیوم خالص،ب) 30n70m(10min) و ج) 60n40m(10min)………………. 63

شکل 4-22 تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست آلومینیوم خالص در آزمون کشش………………………… 65

شکل 4-23 تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح شکست نمونه­های الف)  30n70m(10min)و ب) 60n40m(10min)       65

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                                                              صفحه

جدول2-1.ترکیب شیمیایی اسمی آلیاژهای آلومینیوم………………………………………………………………………………………………. 9

جدول2-2.ترکیب شیمیایی اسمی آلیاژ 7075……………………………………………………………………………………………………….. 10

جدول 2-3 برخی تحقیقات انجام شده در زمینه پژوهش………………………………………………………………………………………….. 13

جدول 2-4 خواص کششی نمونه Al–7.5Mg ………………………………………………………………………………………………………. 18

جدول 2-5 روش­های ایجاد ساختار دوگانه در برخی آلیاژهای آلومینیوم………………………………………………………………….. 20

جدول 2-6 خواص کششی آلیاژ با ساختار دوگانه آلومینیوم 5083…………………………………………………………………………… 20

جدول 3-1 اطلاعات تکنولوژیکی دستگاه تف جوشی پلاسمایی مورد استفاده در پژوهش…………………………………………… 39

جدول 3-2 شرایط تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای مورد استفاده در پژوهش……………………………………………………………….. 40

جدول 3-3.ترکیب شیمیایی محلول اچ………………………………………………………………………………………………………………… 42

جدول 4-1 تغییرات اندازه ذرات مخلوط پودر آلومینیوم-روی پس از زمان­های آلیاژسازی مکانیکی…………………………….. 52

جدول 4-2 شرایط تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای و مقادیر چگالی و درصد تخلخل……………………………………………………. 55

جدول 4-3 درصد تخلخل محاسبه شده از تصاویر با نرم افزار MIP………………………………………………………………………….. 57

جدول 4-4 چگالی و درصد تخلخل نمونه­ها پس از نورد داغ………………………………………………………………………………….. 58

جدول 4-5 نتایج حاصل از آزمون میکروسختی نمونه­های 30n70m(10min) و 30n70m(10min)) پس از تف جوشی پلاسمایی جرقه­ای و نورد داغ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 63

جدول 4-6 مشخصات کششی نمونه­های آلومینیوم خالص، 30n70m(10min) و 60n40m(10min)……………………………. 64