دانلود پروژه رشته برق با موضوع اثر بسیار مهم دما برتنش آستانه ای – قسمت پنجم

دانلود پایان نامه

شکل(2-17-b) منحنی معمول برای تعیین تنش آستانه ای است که از برون یابی نسبت به محور افقی بدست آمده است.

شکل (2-17-c,e,g) آهنگ کرنش نسبت به تنش واقعی به ترتیب برای آلیاژهای 91AZ و 61AZ و 31AZ داده شده است.

شکل (2-17-d,f,h) منحنی معمول برای تعیین تنش آستا نه ای مشخص شده است.می­توان نتایج زیررا از این منحنی بدست آورد :

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

1)شکل h,g تنش آستا نه ای را برای دماهای پایین 523 و573 کلوین نشان می دهد.این تنش های آستا نه ای ناشی از فرض نامناسب است.

2)به کمک مقایسه داده های شکل 2-17 می توان نتایجی رابراساس پایداری اندازه دانه گرفت.وقتی تنش های ماکزیم یا تنشهایی که در کرنش 0.1 اندازه گیری شده اند را در نظر بگیریم ،توان تنش بیش از 2 می تواند منجر به تعیین تنش آستانه ای قابل ملاحظه شود.همچنین باید گفت که نمونه ها به مدتی بیش از 30 دقیقه در دماهای بالا قرارداشته است.

در شکل( 2-18)مشاهده شد که کاهش تدریجی تنش آستانه ای با دما رخ می دهد .علاوه بر آن هیچ وابستگی آشکاری به اندازه دانه وتنش های آستانه ای حتی در دماهای بالا وجود ندارد.

شکل (2-18)وابستگی تنش آستانه ای به دما [11]

   2-7-بررسی تنش آستا نه ای در سوپرپلاستیک

ویژگی مهم رفتار تغییرشکل در آلیاژهای سوپرپلاستیک ریزدانه‌ای، مشاهده تجربی است آنست که ارتباط بین تنش و سرعت خزش در حالت پایدار اغلب s شکل است. تحت شرایط خزشی، چنین رفتاری با وجود سه ناحیه مشخص می‌شود: ناحیه I (ناحیه تنش کم) ناحیه II (ناحیه سوپرپلاستیک یا ناحیه با تنش متوسط) و ناحیه III (ناحیه تنش زیاد). نتایج تجربی و ملاحظات نظری نشان دادند که ناحیه II و I توسط فرایند تغییرشکل مشابهی کنترل می‌شوند که در آن لغزشدسته جمعی دانه‌ها با حرکت نابجایی در مقابل دانه‌های موانع منطبق است، و اینکه ناحیه I ناشی از وجود تنش آستانه‌ای است. منشأ این تنش آستانه‌ای به صورت تمرکز موضعی ناخالصی چه در مرزها و چه در ذرات پراکندگی در محیط میانی دانه‌ها بررسی می‌شود.

طی سه دهه گذشته تحقیقات مربوط به رفتار مکانیکی آلیاژهای سوپرپلاستیک ریزدانه منجر به سه یافته اساسی شده است. نخست سوپرپلاستیسیته ریزدانه فرایندی تحت کنترل نفوذ است که می‌توان آن را به صورت زیر نشان داد:

(معادله 2-17)                                                                            

که در آن γ سرعت خزش برشی، k ثابت بولتزمن، T دمای مطلق، D ثابت پراکندگی که مشخصه فرایند خزشی است، G مدول برشی، b بردار برگر، A یک ثابت بی‌بعد، d اندازه دانه، s حساسیت اندازه دانه، τ تنش برشی اعمالی، n توان تنش، Q انرژی فعالسازی برای فرایند پراکندگی که رفتار خزشی را کنترل می‌کند، و D0 فاکتور فرکانس برای پراکندگی است. دوم اینکه ارتباط بین تنش τ و سرعت کرنش γ غالبا s شکل است. تحت شرایط آزمایش خزشی، این ارتباط با وجود سه ناحیه مشخص می‌گردد (شکل 2-19-a): ناحیه I (ناحیه تنش کم) ناحیه II (ناحیه سوپرپلاستیک یا ناحیه با تنش متوسط) و ناحیه III (ناحیه تنش زیاد). در ناحیه III (ناحیه تنش زیاد) 3n> است و انرژی فعالسازی ظاهری Qa بزرگتر از پراکندگی مرز دانه است. ناحیه II (ناحیه با تنش متوسط) چندین برابر بزرگتر از سرعت کرنش را پوشش می‌دهد و با توان تنش 5/2 و 5/1 ، انرژی فعالسازی ظاهری که نزدیک مقدار پراکندگی مرزی است، و حساسیت اندازه دانه حدود 2 مشخص می‌گردد. در این ناحیه حداکثر شکل‌پذیری رخ می‌دهد (شکل 2-19b). به خاطر این ویژگی اغلب از ناحیه II به عنوان ناحیه سوپرپلاستیک یاد می‌شود. ناحیه I با توان تنش 3-5، انرژی فعالسازی ظاهری بیشتر از پراکندگی مرز دانه مشخص می‌شود. با این حال رفتار خزشی در این ناحیه حساسیت اندازه دانه‌ای مشابه ناحیه II از خود نشان می‌دهد. سوم اینکه در انبساط طولی کم (به طور نمونه %30-20) درصد مشارکت مرزی که به کلی دچار کرنش می‌شود عموماً بین%70-50 در ناحیه II متغیر است اما در ناحیه I و III به سرعت تا حدود %30-20کاهش می‌یابد [12].

شکل 2-19: نمایش شماتیک ارتباط s شکل بین تنش و سرعت کرنش (مقیاس لگاریتمی) که اغلب مشخصه رفتار تشکیل آلیاژهای ریزدانه سوپرپلاستیک است و (b) روابط شماتیک مربوط به این رفتار، شکل‌پذیری و نقش لغزش مرزی در کرنش کل [12]

تلاشهای چشمگیری برای توضیح منشأ ویژگی‌هایی صورت گرفته که با جریان سوپرپلاستیک در ناحیه II (ناحیه سوپرپلاستیک) در ارتباط هستند. در نتیجه این تلاشها تعدادی مکانیسم‌های تغییرشکل ایجاد شده است. موفق‌ترین مکانیسم‌ها بر مبنای این دیدگاه قرار دارند که لغزش مرز دانه (GBS) نقش عمده‌ای در سوپرپلاستیسیته ریزدانه دارد و برای وقوع آن ضروری است. مدل‌های بر مبنای GBS که با حرکت نابجایی هماهنگ هستند منجر به معادله کنترل سرعتی می‌شوند که بر داده‌های تجربی منطبق هستند:

(معادله 2-18)                                                      

داده‌های چند تحقیق در مورد سوپرپلاستیسیته ریزدانه نشان داده که ناحیه‌های I و II با فرایند تغییرشکل مشابهی کنترل می‌شود و اینکه تفاوت‌های ظاهری در خصایص خزشی بین ناحیه I و II ناشی از تنش آستانه‌ای است که منشأ آن با تمرکز موضعی ناخالصی در مرزها یا در ذرات پراکندگی در محیط درونی دانه‌ها در ارتباط است [12].

2-7-1- توضیحات ابتدایی برای ناحیه I :

توان تنش انرژی فعالسازی گزارش شده برای ناحیه I بیشتر از آنهایی است که در ناحیه II گزارش شده است؛ 5/2n> و Qa >Qgb. بنابر شواهد ثبت شده، افزایش توان تنش برای خزش در آلیاژهای سوپرپلاستیک ریزدانه در تنش‌های کم نشانگر گرایشی حقیقی است. دو توضیح ممکن برای این افزایش ارائه شده است.

نخست پیشنهاد شد که ناحیه I ممکن است با پیدایش مکانیسم تغییرشکل جدیدی در ارتباط باشد که در پی آن مکانیسم کنترل کننده ناحیه II می‌آید. درحالیکه تفسیر ناحیه I در مورد فرایند همزمان به نظر جذاب می‌رسد اما تلاش‌ها برای توسعه یک مکانیسم تغییرشکل که بتواند برای تمام خواص مکانیکی اشاره شده در این ناحیه جوابگو باشد ناموفق بوده است (توان تنش بالا، انرژی فعالسازی بالا، و وابستگی شدید به اندازه دانه).

دوم اشاره شد که ناحیه I ممکن است در نتیجه فرایند تغییرشکل جداگانه‌ای باشد اما ممکن است ناشی از وجود یک تنش آستانه‌ای باشد τ0. این احتمال وقتی در ایجاد دو نظریه سوپرپلاستیسیته ادغام گردد، به طور کمّی رفتار S شکل تجربی Al%22Zn و Sn%62-Pb را توجیه می‌کند اما انرژی فعالسازی بالاتر مشاهده شده در ناحیه I را در نظر نمی‌گیرد [12].

2-7-2- پیشرفت‌های تفسیر ناحیه I

در فرمول‌سازی نظریه‌های سوپرپلاستیسیته که یک تنش آستانه‌ای را در معادله کنترل کننده سرعت وارد می‌کند، فرض شد که تنش آستانه‌ای ناشی از فرایندهایی است که نسبت به دما حساس نیستند. با این حال تحلیل داده‌های تجربی بر روی دو آلیاژ سوپرپلاستیک Al%22Zn و Sn%62-Pb در تنشهای کم (ناحیه I و II) منجر به نتیجه زیر گردید: به منظور تشریح ناحیه I در مورد تنش آستانه‌ای، لازم است τ0 را به میزان زیادی طبق معادله2-12 با دما کاهش دهیم:

با استفاده از معادله2-12 مشخص شد که داده‌های Al%22Zn و Sn%62-Pb در هر دو ناحیه I و II الزاماً با دو مکانیسم تغییرشکل متفاوت در ارتباط نیست، چون داده‌های مشابه را می‌توان به طور یکسان با یک فرایند تغییرشکل که شامل تنش آستانه‌ای هم می‌شود مرتبط دانست:

(معادله2-18)                                                  

وجود τ0 مشخص می‌سازد که در حین جریان سوپرپلاستیک، تغییرشکل با یک تنش موثر τe0 = τ – τ0) و نه با تنش اعمالی τ به پیش رانده می‌شود [12].

2-7-3- تنش آستانه‌ای تحت ناخالصی

معادله 2-12 در ظاهر شبیه معادله زیر است که تراکم اتم‌های ناخالصی c را به عنوان تابعی از تراکم متوسط (c0) و دما و انرژی چسبندگی (W) است:

(معادله 2-19)                                                                              

بر همین اساس پیشنهاد شد که اجرای فرایند تنش آستانه‌ای که منشأ آن با ناخالصی در مرزها ارتباط دارد، محتمل‌ترین توجیه برای وقوع رفتار ناحیه I است. به ویژه مشخص شد که تمرکز موضعی ناخالصی اغلب در مرزهای نابجایی رخ می‌دهد که منجر به چرخش نابجایی می‌گردد و تحت شرایط چسبندگی شدید بین اتم‌های ناخالصی و نابجایی‌ها و تحرک بسیار کم اتمهای ناخالصی، تنش آستانه‌ای باید پیش از آنکه نابجایی مرزی بتواند از فضای ناخالصی رها بشود و انجماد را ایجاد کند، بیشتر گردد. شواهد تجربی از این نکته حمایت می‌کنند. داده‌های خزش که برای چندین حالت Al%22Zn ارائه شده‌اند و حاوی سطوح متفاوتی از Fe هستند، وجود تنش آستانه‌ای را نشان می‌دهند که خصوصیات آن با پدیده‌های مختلف مرتبط با تمرکز موضعی مرزی هماهنگ است. نخست، رفتار خزشی خلوص بالای Al%22Zn نشان نمی‌دهد که ناحیه I و ناحیه II تا پایین‌ترین سرعت کرنش ادامه می‌یابند. همچنین تحلیل داده‌ها عدم وجود تنش آستانه‌ای را آشکار کرد. دوم اینکه بنابر داده‌های تجربی ارائه شده برای Al%22Zn با بهسازی Fe، وابستگی تنش آستانه‌ای به دما در معادله 11 توصیف شده است (شکل 2-20-a). سوم اینکه به نظر می‌رسد با افزایش سطح Fe تنش آستانه‌ای به مقداری حدی برای مقدار Fe بیشتر از ppm 120 نزدیک می‌شود (شکل 2-20-b). پیشنهاد شده که این سطح Fe (pmm120) به احتمال زیاد نشانگر تراکمی است که در آن بخش‌های مرزی موجود برای تمرکز موضعی Fe به مقداری حدی نزدیک می‌شود. چهارم اینکه برای تراکم تقریباً یکسان Fe، وجود ناخالصی‌های دیگر در Al%22Zn اثر افزایشی بر مقدار تنش آستانه‌ای . این مشخصه به احتمال زیاد بازتاب اشباع است که با تمرکز موضعی ناخالصی در مرزها ارتباط دارد.

شکل 2-20- (a) نمودار لگاریتم τ0/G به عنوان تابعی از 1/T برای آلیاژهای مختلف Al%22Zn. داده‌ها برای حاوی 120 و 423 و 1460 و 40ppm ، (b) نمودار τ0/G به عنوان تابعی از مقدار Fe در Al%22Zn در دمای K 433 [12]

بر مبنای شواهد بالا پیشنهاد زیر که بر مبنای مدل «بال- هوچسیون»[13] است ارائه شد. در حین شکاف لغزش مرزی، یک گروه از دانه‌ها به طور یکپارچه لغزش یافتند تا اینکه با دانه‌ای با آرایش نامطلوب متوقف شدند که هر کدام از این دانه‌ها به عنوان یک مانع (دانه مانع) برای یک گروه دانه‌ها عمل می‌کنند. این فرایند منجر به ایجاد تمرکز تنش در نقطه سه‌گانه می‌شود. تمرکز تنش موضعی را می‌توان با تولید و حرکت نابجایی‌های شبکه‌ای در دانه مانع برطرف کرد؛ این نابجایی‌ها سازگاری را برای لغزش فراهم می‌آورند. وجود اتم‌های محلول مثل Mg, Si, Cu و دیگر ناخالصی‌ها در Al%22Zn منجر به نیروی زیادی می‌گردد که لغزش نابجایی‌ها را به وسیله فرایند کشش ویسکوز به تاخیر می‌اندازد. با این حال لغزش ویسکوز نابجایی‌ها در محیط داخلی دانه‌های مانع، مثل مکانیسم کنترل سرعت صعود نابجایی را به مرزهای مقابل نمی‌راند؛ چون انرژی فعالسازی واقعی برای جریان سوپرپلاستیک (همانگونه که برای ناحیه I و II ارائه شده) به مقداری نزدیک می‌شود که برای پراکندگی مرزی انتظار می‌رود. اگر لغزش ویسکوز مکانیسم کنترل کننده بود، انرژی فعالسازی برابر با پراکندگی شبکه‌ای می‌شد. در حین حرکت لغزش در دانه مانع، نابجا‌یی‌های شبکه‌ای با ذرات پراکندگی رودررو می‌شوند.نابجایی می‌تواند از ذرات در جاییکه در وجه ناپیوستگی ذرات گیر افتاده‌اند صعود کند. بنابراین ناخالصی‌ها در این نابجایی‌ها تمرکز می‌یابند. تنش آستانه‌ای برای رها کردن نابجایی‌ها از ناخالصی لازم هستند. بدون ایجاد این تنش، نابجایی‌های شبکه‌ای حرکت خود را به مرز مقابل جاییکه صعود می‌کنند ادامه نخواهند داد. اگر چنین چیزی رخ بدهد، سازگاری برای لغزش با ایجاد و حرکت نابجایی‌ها در دانه مانع، دیگر وجود نخواهد داشت که منجر به از دست رفتن سوپرپلاستیسیته می‌گردد.

شایان ذکر است درحالیکه مرحله کنترل سرعت در حین جریان سوپرپلاستیک صعود نابجایی به مرز دانه است، تنش آستانه‌ای از تنش اعمالی در معادله کنترل سرعت (معادله2-18) تفریق می‌شود. این وضعیت که نشان می‌دهد تغییرشکل نه با تنش اعمالی بلکه با تنش موثر به پیش می‌رود، مشابه موردی است که با آلیاژهای تقویتی (DS) مرتبط است. در چندین مورد رفتار خزشی واقعی آلیاژهای DS مثل فلزات با صعود جابه‌جایی کنترل می‌شود که مشخصه آن توان تنش حدود 5 و انرژی فعالسازی نزدیک به پراکندگی شبکه‌ای است. با این حال رفتار خزشی ظاهری توان تنش و انرژی فعالسازی را نشان می‌دهند که زیاد و متغیر هستند، 10n> و Q >QD. تحلیل رفتار خزشی تعدادی از آلیاژهای DS، یک تنش آستانه‌ای برای خزش آشکار کرد. وقتی این تنش در تحلیل رفتار خزشی آلیاژهای DS لحاظ شد، رفتار خزشی واقعی در مورد توان تنش واقعی و انرژی فعالسازی خزش مشابه فلزات می‌شود. بنابراین اگرچه صعود نابجایی فرایند کنترل سرعت در آلیاژهای DS است، اما رفتار تغییرشکل نه با تنش اعمالی τ که با تنش موثر (τe = τ – τ0) به پیش می‌رود یا به عبارتی τ0 از τ تفریق می‌شود.

وابستگی تنش آستانه‌ای به دما برای خزش در Al%22Zn حاوی ذرات پراکندگی، که در شکل(2-20) به تصویر کشیده شده است از معادله 2-12با kJ/mol22=Q0 تبعیت می‌کند و مشابه آنی است که برای آلیاژهای PM Al و Al%22Zn گزارش شده‌اند. همانگونه که پیش از این ذکر شد این معادله در ظاهر شبیه معادله 2-12است. این شباهت ظاهری هماهنگ با تفسیری است که منشأ تنش آستانه‌ای را، برای جریان سوپرپلاستیک در Al%22Zn حاوی ذرات پراکندگی، نتیجه ارتباط میان ناخالصی (که ممکن است در ذرات ناپیوسته متمرکز شود) و جابه‌جایی‌هایی می‌داند که در وجه ناپیوستگی ذرات گیر می‌افتند [12].

2-7-4- نتایج

الف )ناحیه I (ناحیه کم تنش) و ناحیه II (ناحیه با تنش متوسط یا ناحیه سوپرپلاستیک) ارتباط s شکل میان تنش و سرعت کرنش که برای آلیاژهای سوپرپلاستیک ریزدانه ارائه گردیده است، با فرایند تغییرشکل مشابهی کنترل می‌شود. در این فرایند تغییرشکل لغزش گروهی از دانه‌ها با حرکت نابجایی در دانه‌های مانع سازگار است.

ب )تفاوت‌های ظاهری در خواص خزشی بین ناحیه I و ناحیه II ناشی از وجود تنش آستانه‌ای است که اهمیتش با کاهش تنش اعمالی افزایش می‌یابد و شدیداً به دما وابسته است.

ج )بنابر شواهد موجود مکانیکی و ریزساختاری، منشأ تنش آستانه ای برای جریان سوپرپلاستیک به احتمال زیاد با این موارد در ارتباط است:

         ج -1)ارتباط میان جابه‌جایی‌های مرزی و اتمهای ناخالصی که در مرزها به طور موضعی متمرکز می‌شوند اگر دانه‌های مانع حاوی هیچگونه ذرات پراکندگی نباشند یا

           ج-2) ارتباط بین جابه‌جایی‌های شبکه‌ای و اتمهای ناخالصی که در جابه‌جایی‌هایی متمرکز می‌شوند که در وجه ناپیوستگی ذرات پراکنده در دانه‌هی مانع گیر افتاده‌اند [12].

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment