%46تخفیف

دانلود پروژه: ساخت فوم های آلومینیومی با استفاده­ی همزمان از دو عامل فضا ساز مختلف

تعداد 128صفحه در فایل word

کارشناسی ارشد در رشته­ی

مهندسی مواد- شناسایی، انتخاب و روش ساخت مواد مهندسی

ساخت فوم های آلومینیومی با استفاده­ی همزمان از دو عامل فضا ساز مختلف

چکیده

 

فوم های فلزی مواد مهندسی نوینی هستند با خواص ویژه ی مکانیکی و فیزیکی هستند. این خواص ویژه سفتی بالا و دانسیته ی پایین می باشد. فوم ها ی فلزی به دو صورت سلول باز و سلول بسته موجود است که هر کدام کاربرد متفاوتی دارند. روش های متعددی برای ساخت فوم های فلزی وجود دارد که بر حسب حالت فیزیکی اولیه ی فلز پایه دسته بندی می شوند. متالورژی پودر یکی از روش های است که امروزه مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق ساخت سری جدیدی از فوم های فلزی است که با وجود داشتن دانسیته ی خیلی کم، استحکام نسبتاً بالایی داشته باشند. برای رسیدن به این هدف، فوم آلومینیوم با استفاده ی همزمان از دو عامل فضاساز مختلف و به روش متالورژی پودر ساخته شد. در این روش برای پایین آوردن دانسیته از فضاساز اوره و برای بالا بردن استحکام از فضاساز کره ی توخالی فولادی استفاده شده است. فوم آلومینیومی با فشرده سازی و پخت مخلوط پودر آلومینیوم و مقادیر متفاوت از اوره و کره ی تو خالی فولادی ساخته شد. مخلوط ایجاد شده تحت فشار حداقل MPa 15 و حد اکثر MPa 50 فشرده شد و نمونه ی خام تولید شده در دمای C °600 و در اتمسفر کاهنده پخته شد. طی عملیات پخت ذرات اوره از نمونه استخراج شده و نهایتاً فوم آلومینیوم با تخلخل در محدوده ی 60%-30% حجمی و استحکام MPa 13-1 تولید شد. در پایان با ایجاد آرایش جدیدی از عوامل فضاساز، نمونه با نسبت استحکام به دانسیته ی بالاتر
( MPa.cm3/g9/2) تولید شد.

واژگان کلیدی: فوم های آلومینیومی، فضاساز، کره توخالی فولادی، اوره، متالوژی پودر

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- اهمیت موضوع. 2

1-2- تعاریف… 4

1-2-1- فوم های سلول باز 4

1-2-2- فوم های سلول بسته. 5

1-3- روش های ساخت فوم های فلزی.. 7

1-4- استفاده از فرایند متالورژی پودر در تولید فوم های فلزی: 8

1-5- هدف از انجام تحقیق.. 8

فصل دوم: تئوری

2-1- تاریخچه. 11

2-2- چالش ها برای آینده 13

2-3- ساختارهای سلولی.. 14

2-4- خواص فوم های فلزی.. 17

2-4-1- رفتار فشاری.. 19

2-4-2- رفتار کششی.. 22

2-4-3- مدول یانگ…. 25

عنوان                                                                                                                      صفحه

2-4-4- رفتار پیچشی.. 26

2-4-5- رفتار شکست… 27

2-4-6- جوانه زنی و رشد ترک… 27

2-4-7- چقرمگی شکست… 29

2-4-8- قابلیت جذب انرژی.. 29

2-4-9- رفتار ضربه ای.. 31

2-4-10- خواص جذب ضربه ی دینامیکی.. 32

2-4-11- خواص الکتریکی.. 33

2-4-12- خاصیت مهار امواج الکترومغناطیس…. 34

2-4-13- خواص حرارتی.. 35

2-4-14- خواص صوتی.. 39

2-5- چارت های خواص فوم های فلزی.. 44

2-6- روش های تولید فوم های فلزی.. 45

2-6-1- روش های استفاده از فلز مذاب… 48

2-6-2- روش متالورژی پودر 51

2-6-3- فوم سازی با استفاده از کره های تو خالی.. 52

2-6-4- روش های ساخت فوم آلومینیومی.. 53

2-7- مروری بر مطالعات انجام شده 53

2-8- کاربرد فوم های فلزی.. 64

2-8-1- ساختار های ساندویچی.. 65

2-8-2- سازه های سبک وزن نظامی.. 67

2-8-3- سیستم های حمل و نقل.. 67

2-8-4- مهندسی بیومواد. 69

2-8-5- فیلتر و کاتالیزور 69

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل سوم: مواد و روش تحقیق

3-1- فوم سازی.. 72

3-1-1- مواد. 72

3-1-1-1- پودر آلومینیوم. 72

3-1-1-2- کره های توخالی فرانهوفر. 73

3-1-1-3- اوره 73

3-1-1-4- کربن فعال.. 74

3-1-2- تجهیزات… 74

3-1-2-1- قالب… 75

3-1-2-2- دستگاه پرس…. 75

3-1-2-3- کوره 75

3-1-2-4- دستگاه آزمون فشار 76

3-1-2-5- میکروسکوپ نوری.. 76

3-2- روش تهیه ی فوم. 76

3-2-1- مخلوط سازی.. 76

3-2-2- فشرده کردن.. 78

3-2-3- پخت و حذف اوره 79

3-3- آزمایش های صورت گرفته بر روی فوم. 79

3-3-1- تعیین دانسیته ی نمونه ی نهایی.. 79

3-3-2- آزمون فشار 80

3-3-3- بررسی ریز ساختار 80

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل چهارم: بحث و نتایج

4-1- استفاده از اوره در ساخت فوم آلومینیوم. 83

4-1-1- ساختار سلولی فوم های شامل اوره 83

4-1-1-1- تأثیر درصد اوره بر ساختار سلولی فوم های شامل اوره 85

4-1-1-2- تأثیر فشار بر ساختار سلولی فوم های شامل اوره 86

4-1-1-3- تأثیر دمای پخت بر ساختار سلولی فوم های شامل اوره 86

4-1-2- بررسی دانسیته فوم های تولیدی با استفاده از اوره به عنوان فضاساز 86

4-1-1-4- تأثیر درصد حجمی اوره و فشار اولیه بر دانسیته. 88

4-1-3- آزمون فشار برای فوم های تولید شده با اوره به عنوان عامل فضاساز 91

4-1-3-1- تأثیر درصد حجمی اوره و فشار اولیه بر استحکام. 91

4-1-3-2- بررسی سطح شکست در فوم های شامل اوره 93

4-1-4- انتخاب شرایط بهینه برای تولید فوم شامل فضاساز اوره 94

4-2- استفاده از کره ی توخالی فولادی در ساخت فوم آلومینیوم. 95

4-2-1- ساختار سلولی فوم های شامل کره های توخالی فولادی.. 95

4-2-1-1- تأثیر درصد کره های توخالی فولادی بر ساختار سلولی.. 97

4-2-1-2- تأثیر فشار بر ساختار سلولی فوم های شامل کره های توخالی.. 98

4-2-1-3- تأثیر دمای پخت بر ساختار سلولی فوم ها شامل کره های توخالی.. 99

4-2-2- بررسی دانسیته فوم های تولیدی با استفاده از کره های توخالی به
عنوان فضاساز 99

4-2-2-4- تأثیر درصد حجمی کره ی توخالی فولادی و فشار اولیه بر دانسیته. 101

4-2-3- آزمون فشاربرای فوم های تولید شده با کره ی توخالی فولادی.. 103

4-2-3-1- تأثیر درصد حجمی کره ی توخالی فولادی و فشار اولیه
بر استحکام. 103

عنوان                                                                                                                      صفحه

4-2-3-2- بررسی سطح شکست در نمونه های شامل کره های
توخالی فولادی.. 105

4-2-4- انتخاب شرایط بهینه در تولید فوم های شامل کره های توخالی فولادی.. 105

4-3- مقایسه ی فوم ها 106

4-4- فوم هایی که در ساخت آن از هر دو عامل فضاساز استفاده شده است… 106

4-4-1- ساختار سلولی فوم هایی که در ساخت آن از دو عامل فضا ساز
استفاده شده است… 107

4-4-1-1- تأثیر درصد های عوامل فضاساز بر ساختار سلولی.. 109

4-4-1-2- تأثیر فشار بر ساختار سلولی در نمونه های ساخته شده با هر
دو عامل فضاساز 110

4-4-1-3- تأثیر دما بر ساختار سلولی فوم ها شامل هر دو عامل فضاساز 111

4-4-2- بررسی دانسیته در نمونه های ساخته شده با هر دو عامل فضاساز 111

4-4-2-4- تأثیر درصد حجمی عوامل فضاساز و فشار اولیه بر دانسیته در
نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز 112

4-4-3- آزمون فشار در نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز 115

4-4-3-1- تأثیر درصد حجمی عوامل فضاساز، فشار اولیه و دما بر استحکام
نمونه ها شامل هر دو عامل فضاساز 115

4-4-3-2- بررسی سطح شکست در نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز 117

4-4-4- انتخاب شرایط بهینه برای تولید فوم آلومینیومی شامل هر
دو عامل فضاساز 118

4-5- ایجاد یک آرایش متفاوت از فضاسازها برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی.. 119

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات

5-1- نتایج.. 122

5-2- پیشنهادات… 123

منابع.. 124

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول 1-1. کاربرد فوم های فلزی بر اساس خصوصیاتشان.. 3

جدول 3-1. خواص اوره 74

جدول 3-2. نسبت های مخلوط شامل پودر آلومینیوم و اوره. 77

جدول 3-3. نسبت های مخلوط شامل پودر آلومینیوم و کره ی توخالی فولادی. 78

جدول 3-4. نسبت های مخلوط شامل پودر آلومینیوم، کره ی توخالی فولادی و اوره. 78

جدول 4-1. دانسیته ی نمونه های فوم آلومینیومی ساخته شده توسط اوره. 88

جدول 4-2. استحکام نمونه ها با درصدهای مختلف از اوره. 93

جدول 4-3. استحکام نمونه ها ی شامل اوره در فشار های مختلف. 93

جدول 4-4. دانسیته ی نمونه های کامپوزیتی شامل کره های توخالی فولادی. 100

جدول 4-5. استحکام نمونه ها با درصدهای مختلف از کره های توخالی فولادی. 104

جدول 4-6. استحکام نمونه های شامل 60% حجمی کره ی توخالی در
فشارهای مختلف. 104

جدول 4-7. دانسیته ی نمونه های فوم کامپوزیتی شامل اوره و کره ها ی
توخالی فولادی. 112

جدول 4-8. استحکام نمونه ها ی شامل30% حجمی کره های توخالی و 20%
حجمی اوره در  فشار های متفاوت. 117

جدول 4-9. استحکام نمونه ها ی شامل 30% حجمی کره های توخالی و20%
حجمی اوره در دماهای پخت متفاوت. 117

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 1-1. کاربرد فوم های فلزی در صنایع.. 3

شکل 1-2. تصویر سمت راست فوم سلول باز و تصویر سمت چپ فوم سلول بسته. 6

شکل 1-3 .روش های تولید فوم های فلزی.. 8

شکل 2-1. تاریخچه توسعه مواد نوین. 13

شکل 2- 2. نمودار تنش- کرنش یک ماده سلولی تحت نیروی فشاری تک محوره 16

شکل 2-3. مقایسه ی شماتیک بین منحنی تنش-کرنش فلز و فوم فلزی.. 18

شکل 2-4. نمونه ای از نمودار تنش- کرنش یک فلز سلولی.. 19

شکل 2-5. تغییر فرم خمشی لبه ی سلول ها در طول آزمون فشار 20

شکل 2-6. منحنی تنش-کرنش یک فوم نرم آلومینیوم وفوم ترد آلومینا 21

شکل 2-7. منحنی تنش-کرنش فوم آلومینیوم آلولایت با دانسیته های مختلف. 22

شکل 2-8. منحنی تنش-کرنش فوم های آلومینیومی آلولایت با دانسیته های
نسبی متفاوت… 24

شکل 2-9.مکانیزم شکست فوم آلومینیوم تحت کشش. جوانه زنی ترک در برخی از
دیواره های ضعیف سلول ها دیده می شود، که در نهایت موجب شکل گیری ناحیه ی شکست  می شود 24

شکل2-10. نمودار مدول یانگ-دانسیته برای فوم های فلزی موجود. 26

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-11. منحنی تنش-کرنش فوم آلومینیوم تحت پیچش بدون اعمال تنش محوری(منحنی بالا) با اعمال تنش محوری(منحنی پایین) 27

شکل 2-12. منحنی تنش-کرنش و تصاویر SEM مربوط به جوانه زنی و رشد ترک
در فوم های آلومینیومی نرم. 28

شکل 2-13. راندمان جذب انرژی h نسبت بین انرژی جذب شده توسط ماده Ev   
و توسط یک ماده پلاستیک ایده آل در یک محدوده کرنش معین است… 30

شکل 2-14. وابستگی استحکام پلاستیک به نرخ کرنش در دو نوع متفاوت از فوم های آلومینیوم  32

شکل 2-15. وابستگی هدایت حرارتی فوم فلزی به دانسیته ی نسبی فوم آلولایت… 34

شکل 2-16. توانایی مهار امواج الکترومغناطیس به عنوان تابعی از فرکانس
برای فوم آلولایت و ورق های فولادی با وزن برابر و ورق های آلومینیومی
با ضخامت برابر با فوم آلولایت. 35

شکل 2-17. توانایی مهار امواج الکترومغناطیس به عنوان تابعی از فرکانس برای
فوم آلولایت و  ورق های فولادی با وزن برابر. 35

شکل 2-18. تغییرات هدایت حرارتی l، با گرمای ویژه ی حجمی Cpr برای فوم های موجود(هدایت حرارتی a= ) 39

شکل 2-19. ضریب جذب صدا برای انواع مختلف فوم های آلومینیومی در مقایسه با جذب کننده صوت الیاف شیشه  41

شکل 2-20. تغییرات ضریب جذب صوت بر حسب فرکانس برای پشم شیشه. 42

شکل 2-21. تغییرات ضریب جذب برای فوم آلپوراس قبل از فشرده شدن و در شرایط
بدون بارگذاری.. 43

شکل 2-22. تغییرات ضریب جذب با فرکانس برای فوم آلپوراس بعد از فشرده شدن
به میزان 10 درصد. 44

شکل 2-23. تغییرات مدول ویژه E/r با تغییر sc/r استحکام ویژه برای فوم های موجود. 45

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-24. محدوده ی اندازه ی  سلول و دانسیته ی نسبی برای روش های مختلف
ساخت فوم فلزی.. 47

شکل2-25. روش های تولید فوم فلزی از فلز اولیه مایع و پودر 47

شکل 2-26. روش تزریق گاز به درون مذاب فلز آلومینیوم برای تولید فوم. 49

شکل 2-27. تولید فوم با استفاده از عوامل فومی کننده 50

شکل 2-28. روش تولید کره های تو خالی. 52

شکل 2-29.  مقایسه ی فوم های فلزی تحت فشرده سازی یکنواخت… 54

شکل 2-30. تصویر SEM فوم تولید شده به روش ریخته گری.. 55

شکل 2-31. (a) پودر فولاد. (b) اوره نا متقارن. (c) اوره کروی. (d) اوره پوشیده شده
با پودر فولاد. 57

شکل 2-32. تأثیر درصد اوره روی افزایش حجم.. 57

شکل 2-33. تأثیر اوره ی کروی بر استحکام. 58

شکل 2-34.  تأثیر اوره ی نا متقارن بر استحکام. 58

شکل 2-35. تأثیر اوره ی کروی بر مدت زمان استخراج.. 59

شکل 2-36. تأثیر اوره ی نا متقارن بر مدت زمان استخراج.. 59

شکل 2-37. نمونه ی فوم تولید شده توسط اوره پخته شده در c ° 1250. 61

شکل 2-38.  تصویر SEM نمونه ی فوم فولاد. 62

شکل 2-39. تاثیر NaCl  روی استحکام. 63

شکل 2-40.  تاثیر NaCl روی جذب انرژی.. 63

شکل 2-41. کاربردهای عمده ی فوم های فلزی.. 64

شکل 2-42. کاربرد های فوم های فلزی بسته به نوع سلول و این که کاربردها عملکردی
باشند یا ساختاری.. 65

شکل 2-43. بهینه سازی ساختار ساندویچی.. 66

شکل 2-44. استفاده ازساختار ساندویچ پنل در موشک فضایی. 66

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-45. نمونه ای از کاربرد فوم فلزی در ساخت اتومبیل.. 68

شکل 3-1.تصویر SEM از پودر آلومینیوم. 72

شکل 3-2. کره ی فولادی به کار رفته در تحقیق. 73

شکل 3-3. اوره مورد استفاده در تحقیق. 74

شکل3-4.تصویری از قالب مورد استفاده در تحقیق. 75

شکل 3-5. قالب پر شده از مخلوط پودر آلومینیوم و عوامل فضاساز. 77

شکل 4-1. فوم آلومینیومی شامل 30 درصد حجمی کره ی توخالی فولادی و 20
درصد حجمی اوره. 82

شکل 4-2. تصویر کلی از فوم آلومینیومی ساخته شده توسط اوره. 84

شکل 4-3. تصویر میکروسکوپی از فوم ها ی آلومینیومی ساخته شده از اوره. 84

شکل 4-4. تصویر میکروسکوپی از دیواره ی سلول ها در فوم های آلومینیومی
ساخته شده از اوره. 85

شکل 4-5. تأثیر درصد حجمی اوره بر شکل ظاهری فوم نهایی. 85

شکل 4-6. تأثیر فشار بر شکل ظاهری نمونه ی نهایی ساخته شده توسط اوره. 86

شکل 4-7. نمودار در صد حجمی اوره بر حسب دانسیته. 89

شکل 4-8. نمودار درصد حجمی اوره بر حسب دانسیته ی نسبی. 89

شکل 4-9. نمودار درصد حجمی اوره- (  rreal/rth). 90

شکل 4-10. نمودار فشار بر حسب دانسیته ی واقعی برای نمونه های
شامل 60% حجمی اوره. 90

شکل 4-11.تأثیر درصداوره بر نمودار تنش-کرنش. 92

شکل 4-12. تأثیر فشار بر نمودار تنش-کرنش برای نمونه های شامل 50% حجمی اوره. 92

شکل 4-13. سطح شکست در نمونه های شامل اوره. 94

شکل 4-14. نمونه ی فوم آلومینیومی شامل 50% فضاساز اوره. 95

شکل 4-15. تصویر کلی از نمونه شامل 60 درصد حجمی کره ی توخالی فولادی. 96

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 4-16. تصویر میکروسکوپی از فوم آلومینیومی ساخته شده توسط کره ی
توخالی فولادی. 96

شکل 4-17. تصویر میکروسکوپی از دیواره ی سلول ها در نمونه های شامل
کره های توخالی. 97

شکل 4-18. تأثیر میزان کره های توخالی بر شکل ظاهری و ساختار سلولی
فوم آلومینیومی. 98

شکل 4-19. تأثیر فشار بر شکل ظاهری نمونه و تخلخل ها در فوم های آلومینیومی
ساخته شده توسط کره های توخالی. 98

شکل 4-20. نمونه ی شامل 60% حجمی کره ی توخالی پخته شده در دمای °C650. 99

شکل 4-21. نمودار در صد حجمی کره ی توخالی فولادی بر حسب دانسیته ی
واقعی(سری1) و دانسیته ی تئوری(سری 2). 101

شکل 4-22. نمودار در صد حجمی کره ی توخالی فولادی بر حسب دانسیته ی نسبی. 101

شکل 4-23. نمودار در صد حجمی کره ی توخالی فولادی بر حسب نسبت دانسیته ی
واقعی به تئوری. 102

شکل 4-24. نمودار فشار بر حسب دانسیته ی واقعی برای نمونه های شامل 60%
حجمی کره ی توخالی فولادی. 102

شکل 4-25. تأثیر درصدهای مختلف از کره ی توخالی فولادی بر استحکام. 103

شکل 4-26. تأثیر فشار اعمالی در تولید نمونه ی خام بر استحکام فوم های شامل 60%
حجمی  کره ی توخالی. 104

شکل 4-27. بررسی سطح شکست در نمونه های شامل کره های توخالی فولادی. 105

شکل 4-28. نمونه ی فوم آلومینیوم خام شامل اوره و کره ی توخالی فولادی. 107

شکل 4-29. تصویر کلی از فوم آلومینیومی شامل 30درصد حجمی کره ی توخالی
و 20 درصد حجمی اوره. 108

شکل 4-30. تصویر میکروسکوپی از نمونه فوم شامل کره ی توخالی فولادی و اوره. 108

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 4-31. تصویر میکروسکوپی از دیواره ی سلولی در فوم های آلومینیومی
شامل اوره و کره ی توخالی فولادی. 109

شکل 4-32. تأثیر درصد عوامل فضا ساز بر ساختار نهایی فوم آلومینیومی. 110

شکل 4-33. تأثیر فشار بر ساختار نهایی نمونه شامل اوره و کره ی توخالی فولادی. 110

شکل 4-34. نمودار درصد حجمی کره ی توخالی بر حسب دانسیته ی واقعی و تئوری
برای نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز. 113

شکل 4-35. نمودار درصد حجمی کره ی توخالی بر حسب دانسیته ی نسبی برای
نمونه های شامل هر دو عامل فضاساز. 113

شکل 4-36. نمودار در صد حجمی کره های توخالی بر حسب نسبت دانسیته وقعی
به تئوری برای نمونه های شامل هردو عامل فضاساز 114

شکل 4-37. نمودار فشار بر حسب دانسیته ی واقعی برای نمونه های شامل 30%
حجمی کره ی توخالی فولادی و20% حجمی اوره. 114

شکل 4-38. تأثیر درصدهای مختلف از اوره و کره های توخالی بر استحکام. 115

شکل 4-39. تأثیر فشارهای مختلف بر استحکام برای نمونه های شامل هر
دو عامل فضاساز. 116

شکل 4-40.تأثیر دمای پخت بر استحکام  برای نمونه های شامل هر دوعامل فضاساز. 116

شکل 4-41. بررسی سطح شکست در نمونه های شامل اوره و کره های
توخالی فولادی. 118

شکل 4-42. تصویر فوم آلومینیومی شامل اوره و کره ی توخالی فولادی
با آرایش متفاوت. 119

شکل 4-43.نمودار تنش-کاهش ارتفاع مربوط به نمونه با آرایش متفاوت از عوامل
فضاسازدر مقایسه با نمونه با آرایش لایه ای. 120

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “دانلود پروژه: ساخت فوم های آلومینیومی با استفاده­ی همزمان از دو عامل فضا ساز مختلف”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo