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

دانلود پایان نامه

نابجایی‌های شبکه‌ای به ذرات کوچک متصل می‌شوند، از آنها صعود می‌کنند و در وجه ناپیوستگی ذرات پس از تکمیل صعود گیر می‌افتند (شکل a7). در 0c550 T> نابجایی‌های شبکه‌ای که از ذرات صعود می‌کنند خمیدگی جابه‌جایی ضعیف‌تری را از خود نشان می‌دهند (شکل b7). اخیراً نشان داده شده که این آرایش جابه‌جایی، وقوع لغزش جابه‌جایی را در راستای سطح مشترک ذره- ماتریس تحت تنش وارده موجب می‌شود و به نیرویی اضافی نیاز ندارد. با این حال آنها به شدت در وجه ناپیوستگی ذرات گیر می‌افتند که نشان دهنده نیروی درونی زیادی در این دماها است [5].

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

شناسایی رفتار تغییرشکل نشان می‌دهد که 5083 Al رفتار آستانه‌ای را در ناحیه تنش متوسط نشان می‌دهد. داده‌های مشاهده TEM به وضوح از این نتیجه پشتیبانی می‌کند. بنابراین رفتار تغییرشکل آلیاژ 5083 Al با معادله‌ای نشان دهنده تنش آستانه‌ای ارائه می‌شود:

(معادله 2-9)                                                                    

2-3-4- آزمایش وجود تنش آستانه‌ای:

تنش آستانه‌ای با استفاده از نقاط مبنای ناحیه تنش متوسط (شکل 2-6) تخمین زده شد. نقاط مبنایی که بالاتر از معیار «شربای- بورک» [4] قرار داشتند نشانگر ناکامی خزش نیرو- قانون بودند:

(معادله 2-10)                                                                                  2-m1013                                                                     

که در آن D ضریب نفوذ در خود شبکه در Al خالص است که به طور زیر محاسبه می‌گردد:

103×4/143-

RT

 

  (معادله 2-11)                                                s/2mexp 4-10×86/1 = d

در محدوده دمایی 0c 570-550 نقاط مبنایی که در آنها MPa4> است برای تخمین بزرگی تنش آستانه‌ای در نظر گرفته شد. روندی استاندارد برای تعیین تنش آستانه‌ای بکار رفت. داده‌های تجربی در یک دما به صورت ε1/n در برابر تنش جریانی حالت پایدار در مقیاسی دوخطی ترسیم شده است. نقاط مبنای این نمودار با تغییر مقادیر n به بهترین نحوی در یک خط قرار داشتند. مقادیر n 7و5و4و3و2 در نظر گرفته شدند. توان تنش 4 بهترین ارتباط بین ε1/n و σ را ایجاد کرد. باید اشاره کرد که برای 3= n که نشانگر فرایند لغزش ویسکوز جابه‌جایی است، داده‌های نمودار یک منحنی مناسب را نشان می‌دهد که فرایند لغزش ویسکوز جابه‌جایی را در فضای اتم‌های محلول به عنوان فرایند کنترلی سرعت بدست می‌دهد.

تنش‌های آستانه‌ای در دماهای مختلف در جدول(2- 1 )خلاصه شده‌اند. مشاهده می‌شود که در محدوده دمایی 0c 500-250 مقادیر تنش آستانه‌ای از 1/20 تا MPa 9/3 تغییر می‌کند. در 0c500T> مقادیر σ0 بسیار کم می‌شود که باعث از بین رفتن تنش آستانه‌ای در دماهای بالا می‌شود. به همین خاطر است که مقدار توان تنش ظاهری na در حدود 4 با مقدار توان تنش واقعی بدست آمده از تحلیل حاضر با دقت بالایی هماهنگ است.(شکل 2-8)

جدول2-1:تنش آستا نه ای در دماهای مختلف [5]

شکل2-8 :وابستگی تنش آستانه‌ای واقعی را به دما نشان می‌دهد [5].

که می‌توان آن را با ارتباط شکل زیر نشان داد:

(معادله 2-12)                                                                                                                                       

که در آن B0 یک ثابت است و Q0 عبارت انرژی است که نشانگر انرژی فعالسازی برای نابجایی لازم برای غلبه بر مانع است. در محدوده دمایی 0c500-250 مقدار Q0 بدست آمده از شیب این نمودار در حدود kJ/mol 18 است. این مقدار نزدیک مقادیر Q0 است که برای آلیاژهای آلومینیوم PM ارائه گردیده است [5].

2-3-5- منشا تنش آستانه‌ای:

تحلیلها نشان می‌دهد که 5083 Al مثل آلیاژ آلومینیوم تقویتی رفتار می‌کنند. منشا تنش آستانه‌ای به وجود ذرات چسبنده Al3Zr, Al3Cr, Al6Mn نسبت داده می‌شود. مشاهدات TEM به وضوح وجود ارتباط جاذبه‌ای شدیدی را بین ذرات و نابجایی متحرک شبکه را تایید می‌کند (شکل 2-7). ذرات غیرچسبنده پایدار با فرایندی زنجیره‌ای شامل صعود موضعی، لغزش بخش در حال صعود، نابجایی شبکه در راستای مرز مشترک و ناپیوستگی ناشی از آن دور زده شد.

با این حال وابستگی شدید تنش آستانه‌ای طبیعی به دما (شکل2-8) به وضوح سه مدل شناخته شده را ارائه می‌دهد که برای توجیه بزرگی تنش آستانه‌ای ارائه گردیده است.

در این مدلها؛ تنش آستانه‌ای برابر تنش لازم است:

)الف ) برای انحنای نابجایی بین دو ذره

(ب ) برای ایجاد بخش نابجایی اضافی به عنوان نابجایی که با صعود موضعی بر مانع غلبه می‌کنند.

(ج) برای جدا کردن یک نابجایی از ذره جاذب پس از تکمیل صعود. تمام این مدلهای نظری تنش آستانه‌ای را مستقل از دما پیش‌بینی می‌کنند.

یک مدل نظری جدید، وجود وابستگی ضعیف تنش آستانه‌ای را به دما پیش‌بینی می‌کنند. با این حال این مدل بر مبنای فرضیات هسته‌دار کردن و جداسازی جفت در راستای نابجابی صعودی قرار دارند و نه بر ارتباط جاذبه‌ای ذره- نابجایی که با داده‌های TEM سازگار است. بنابراین امروزه هیچ مدل نظری وجود ندارد که بتوان آن را برای توجیه منشا تنش آستانه‌ای در 5083 Al بکار برد.

با مقایسه وابستگی دمایی تنش آستانه‌ای با داده‌های TEM نتیجه می‌گیریم که کاهش تنش آستانه‌ای با افت انرژی نابجایی در سطح مشترک ذره- ماتریس (ناشی از تفکیک بخش صعودی این نابجایی به نابجایی‌های در سطوح مشترک) در ارتباط است. باید اشاره کرد که این افت باید تنش آستانه‌ای ناشی از فرایند جاسازی را افزایش دهد؛ مشاهدات TEM وجود نیروی اضافی بسیار زیادی را برای جداسازی نابجایی از یک پراکندگی در 0c550T> تایید می‌کند. از بین رفتن تنش آستانه‌ای در نزدیکی نقطه ذوب برای آلیاژهای آلومینیومی و کامپوزیت‌های ماتریس فلزی متعدد در 5083 Al با از بین رفتن نیروی اضافی در ارتباط است که در محدوده دمایی که تنش آستانه‌ای وجود دارد برای لغزش نابجایی در راستای سطوح مشترک ذره- ماتریس لازم است [5].

2-3-6- انرژی فعالسازی واقعی:

برای تعیین انرژی فعالسازی واقعی ، تنشهای موثر طبیعی (σ- σth/G) برای ناحیه تنش متوسط به عنوان تابعی از 1/T در مقیاس نیمه لگاریتمی در سرعت کرنش ثابت ترسیم گردید (شکل2-9)

شکل (2-9):مدول برشی بر تنش موثر دربرابر معکوس دمای مطلق [5]

مقادیر انرژی فعالسازی واقعی Qc با فرض معادله 2-5 محاسبه شد و به نحو مناسبی رفتار تغییرشکل 5083Al را توصیف می‌کند. مشاهده می‌شود که مقدار Qc در حدود kJ/mol 12 139 است که بسیار مشابه انرژی فعالسازی برای نفوذدر خود شبکه در Al (kJ/mol 4/143) است. بنابراین نقش تنش آستانه‌ای در تحلیل انرژی فعالسازی مقادیری واقع‌گرایانه‌ای از انرژی فعالسازی واقعی را فراهم می‌کند [5].

2-3-7- نتایج :

الف)رفتار تغییرشکل آلیاژ اصلاحی 5083Al با Zr%2/0 و Mn%6/1 در محدوده دمایی 0c570-250 آزمایش شد. تحلیل داده‌های تجربی 5083Al وجود تنش آستانه‌ای را در محدوده دمایی 0c500-250 نشان داد که در آن تنش آستانه‌ای به دمایی با انرژی (Qo) kJ/mol 18 وابسته بود. در 0c550T> تنش آستانه ای از بین رفت.

ب )با مشارکت دادن تنش آستانه‌ای در تحلیل، مشخص شد که در سرعت‌های کرنش طبیعی εkT/(D1Gb) مقدار توان تنش واقعی n در حدود 4 است و انرژی فعالسازی واقعی Qc هم kJ/mol 12 139 است. در سرعت کرنش طبیعی بالاتر، مقدار n در حدود 3/7 است و مقدار Qc کاهش می‌یابد. در سرعت کرنش طبیعی پایین‌تر مقدار n در حدود 4/1 است.

ج )گسستگی نابجایی شبکه از پراکندگی تحت نیروی اضافی در تمام دماها مشاهده شد که شامل بازه دمایی 0c570-550 می‌شد که در آن تنش آستانه‌ای از بین می‌رود. نابجایی گسترده بخشهایی که نابجایی شبکه را دور می‌زنند روی نابجایی‌های مرز دانه (GBD)1 در سطوح مشترک ماتریس- ذره رخ می‌دهد [5].

2-4- بررسی تش آستانه ای در کامپوزیت 5% حجمی Sic2124 Al :

ذرات سرامیک، کریستال‌های سوزنی‌شکل، یا کامپوزیت‌های تقویتی با الیاف کوتاه با پایه Al (که به طور معمول کامپوزیت‌های Al ناپیوسته نامیده می‌شوند) نشانگر دسته‌ای مواد پیشرفته هستند که مقاومت ویژه بالا، مدول بالا و چگالی پایینی دارند. به خاطر جنبه‌های تجاری جذابی که برای مصارف در دمای بالا در صنایع اتوموبیل و هوافضا دارند، رفتار خزشی کامپوزیت‌های Al ناپیوسته سوژه تعدادی از تحقیقات در سال‌های اخیر بوده است. به ویژه رفتار خزشی کامپوزیت‌های ناپیوسته Al-SiC که در آنها ذرات SiC (SiCp) یا کریستال‌های سوزنی‌شکل (SiCw) در ماتریس آلیاژ Al شرکت می‌کنند توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند؛ بخشی به خاطر هزینه پایین مواد خام و بخشی به خاطر سهولت روغن‌کاری در استفاده از فرایندهای متعارف فلزی و بخشی هم به خاطر خواص تقریباً ایزوتروپیک آن.

چندین دسته از نتایج تجربی برای خزش در کامپوزیت‌های ناپیوسته Al-SiC موجود است که با شیوه متالوژی پودر (PM) تهیه شده‌اند. این نتایج نشان می‌دهند که رفتار خزشی این کامپوزیت‌ها در دو خصیصه مشابه آلیاژهای تقویتی DS1 است

(الف) وابستگی سرعت خزش به تنش همان طور که با مقدار توان تنش n تعریف شده که متغیر است.

)ب ) وابستگی سرعت خزش به دما که با مقدار انرژی فعالسازی Q تعریف می‌شود و بزرگتر از خودپراکنی است QD است. این تشابه نشان می‌دهد که وابستگی غیرعادی سرعت خزش به تنش در کامپوزیت‌های PM ناپیوسته Al-SiC مشابه آلیاژهای DS را می‌توان با عبارت یک تنش آستانه‌ای τ0 تفسیر کرد: تغییرشکل مشاهده شده نه با تنش اعمالی τ که با تنش موثر τe برابر با τ – τ0 بدست می‌آید. در این موارد منشأ تنش آستانه‌ای به وجود پراکندگی خوب ذرات ناپیوسته پایدار نسبت داده می‌شود که به عنوان موانعی موثر برای حرکت نابجایی‌ها عمل می‌کنند. شواهد زیرساختاری در حمایت از وقوع روابط میان ذرات پراکنده و نابجایی‌ها در آلیاژهای DS ارائه شده است. چنین شواهدی با چندین خصیصه که اتصال نابجایی‌ها به ذرات را نشان می‌دهند بیان می‌گردد. تحلیل داده‌های خزشی کامپوزیت‌های PM ناپیوسته Al-SiC نشان دهنده یک تنش آستانه‌ای است اما منشأ چنین تنشی مشخص نیست. نخست تقویت کننده های SiC (ذرات یا کریستال‌های سوزنی‌شکل) در ماتریس‌های Al بیش از حد درشت هستند که به عنوان موانعی موثر برای نابجایی‌ها عمل کنند. علاوه بر این محاسبات دیگر نشان داده‌اند که تنش‌های آستانه‌ای ناشی از تقویت‌های SiC بسیار کوچکتر از آنهایی است که از داده‌های تجربی تخمین زده می‌شود. دوم نشان داده شده که رفتار تنش آستانه‌ای در کامپوزیت‌های PM Al-SiC مربوط به ارتباط بین نابجایی‌ها و ذرات پراکنده‌ای است که به عنوان پیامد فراوری کامپوزیت‌ها با متالوژی پودر به وجود می‌آیند. با این حال هنوز هیچ تحقیق دقیقی بر روی خزش و زیرساختار در کامپوزیت PM برای آزمایش اعتبار این گفته انجام نشده است [6].

2-4-1- ماده آزمایش :

در تحقیق حاضر کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM بکار رفت. این کامپوزیت با تکنیک PM تولید شد که برای فراوریAl 2124 PM بکار رفت. این کامپوزیت از «آزمایشگاه تکنولوژی مواد ارتش» بدست آمد و به شکل میله‌هایی به قطر mm4/25 در راستای عمل‌آوری دریافت شدند[6]. 

2-4-1-1- آزمایش مکانیکی:

آزمایش‌های تحت شرایطی زیربرای Al 2124 PM صورت گرفت. این شرایط شامل موارد زیر است:

الف) نمونه‌ها با آرایش برشی مضاعف به نحوی ماشین شدند که محور بارگذاری عمود بر راستای عمل‌آوری بود؛

ب) پیش از آزمایش تمام نمونه‌ها در اتمسفر گاز آرگون در دمای K768 برای 2 ساعت حل شدند، با آب سرمادهی شده و حداقل برای یک هفته در دمای اتاق ماندند؛ هدف از این فرایند حرارتی حذف اثرات ماشین‌کاری و پایدار ساختن اندازه دانه ماده بود،

ج) آزمایش‌های خزشی در محدوده دمایی K678-618 در یک ماشین آزمایش خزش با بار ثابت (سرعت کرنش پایین و متوسط)انجام شدند [6].

2-4-1-2- آزمایش ریزساختار:

آزمایش زیرساختاری دو تکنیک بکار رفت: اسکن میکروسکوپ الکترونی (SEM) و میکروسکوپ انتقال الکترونی (TEM). در تکنیک اول ریزساختار کامپوزیت به وسیله اسکن میکروسوپ الکترونی Philips XL-30 با ولتاژ kV20 صورت گرفت. برای چنین آزمایشی نمونه‌ها به ضخامت mm5 بریده شدند و با تکنیک‌های معمول صیقل یافتند.

برای تحقیق TEM نمونه‌ها تا 40٪ کرنش تحت آزمون خزش قرارگرفتند. پس از کرنش نمونه‌ها به سرعت تحت بار سرد شدند تا گسترش زیرساختاری را در حین خزش نمونه‌ها حفظ شود. برای آزمایش TEM با ایجاد برش‌هایی نازک تقریبا به ضخامت mm4/0از طول گِیجی نمونه‌های خزش یافته تهیه شدند. برش‌های نازک با صیقل‌کاری مکانیکی تا ضخامت حدود mm1/0 کاهش یافتند. این فویل‌ها با استفاده از صیقل‌کار الکتریکی تهیه شدند. محلول بکار رفته برای صیقل‌کاری مخلوطی از 75٪ متانول 25٪ HNO3 بود. یخ خشک برای حفظ دمای محلول در کمتر از K240 بکار رفت. فویل‌های نازک تهیه شده از این روش در kV200 عمل‌آوری شدند.

در مورد آزمایش مکانیکی هر دو آزمایش (تنش ثابت یا سرعت کرنش ثابت) غیرمنقطع و با تنش متغیر انجام شدند. به خاطر رفتار خزشی غیرعادی که در Al و برخی از آلیاژهایش ، آزمایشهای افزایشی تنش به جای آزمایشهای کاهشی انجام شدند وقتی کاهش تنش در دماهای پایین و متوسط صورت گرفتند. داده‌ها با آزمایش‌های افزایش تنش برای چک کردن تکثیر داده‌ها مقایسه شد [6].

2-4-2- منحنی‌های خزش:

منحنی نمونه خزش در شکل (2-10-a) نشان داده شده است که در آن کرنش برشی γ در برابر زمان t در دمای آزمایش K678 ترسیم شده است. آزمایش این منحنی خزش و دیگر موارد وجود خصاص زیر را نشان می‌دهد:

(الف ) کرنش موقت γ0 و

(ب ) یک مرحله عادی (گذرا) اولیه که در آن سرعت خزش γ پیوسته با زمان t کاهش می‌یابد و

(ج ) مرحله حالت پایدار (مرحله دومین) که در آن γ ثابت است و

(د) مرحله سومین که در آن γ با زمان t افزایش می‌یابد. در شکل (2-10-b ) سرعت کرنش برشی در برابر کرنش برشی γ در تنش‌های مختلف در K648 ترسیم شده است. این نوع نمودار دو هدف را برآورده می‌کند: یکی شکل منحنی خزش را برای کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM به عنوان تابعی از تنش آزمایش می‌کند و دیگری اینکه مقایسه دقیقی بین رفتار کامپوزیت و آلیاژ ماتریس تقویتی Al 2124 PM برقرار می‌کند. داده شکل ( 2-10-b )خصایص زیر را نشان می‌دهد:

(الف ) مرحله حالت پایدار بسیار کوتاه است و

(ب ) سرعت خزش حالت پایدار به بهترین نحو با خزش حداقل توصیف می‌شود و

(ج ) مرحله سوم شدیدتر از مرحله حالت پایدار است. این خصایص مشابه آنهایی است که برای آلیاژ ماتریس غیرتقویتی Al2124 ارائه شده است [6].

شکل 2-10:( a)نمونه منحنی خزش برای کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM.(b ) سرعت خزش به عنوان تابعی از کرنش خزش برای کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM.(c ) تنش به عنوان تابعی از کرنش برای کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM [6].

2-4-3- آزمایش‌های سرعت کرنش ثابت:

شکل( 2-10-c ) که در آن تنش برشی τ در برابر کرنش برشی γ ترسیم شده یک منحنی نمونه تنش-کرنش را نشان می‌دهد که برای کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM بدست آمده است. آزمایش این شکل و دیگر موارد در سرعت کرنش‌ها و دماهای مختلف نشان می‌دهد که کرنش‌های حالت پایدار (که مقدار تنش اندازه‌گیری شده ثابت می‌شود) کوچک هستند (در حدود 2-5%). این خصوصیت که معادل مورد آزمایش خزش است، مشابه مقداری است که برای Al2124PM و کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM ارائه شده است [6].

2-4-4- وابستگی سرعت خزش حداقل به تنش در دماهای مختلف:

وابستگی سرعت خزش حالت پایدار به تنش اعمالی با انجام یک سری از آزمایش‌های افزایش تنش و غیرمنقطع در سه دمای مختلف K 678 و 648 و 618 تحقیق شد. نتایج در شکل (2-11-a )نشان داده شده که در آن سرعت حالت پایدار (یا سرعت خزش حداقل) در برابر تنش برشی τ بر روی یک مقیاس لگاریتمی مضاعف برای هر سه دما ترسیم شده است. همان گونه که در این شکل دیده می‌شود داده‌ها تا شش برابر بزرگی سرعت کرنش امتداد می‌یابند. توان تنش ظاهری na همان گونه که از روی شیب نمودار تخمین زده می‌شود ثابت نیست اما با کاهش تنش اعمالی افزایش می‌یابد. (شکل2-11- (b

شکل2-11: (a) سرعت خزش حالت پایدار به عنوان تابعی از تنش اعمالی (مقیاس لگاریتمی) برای کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM در K 678 و 648 و 618 (b) توان تنش ظاهری برای خزش در کامپوزیت       Sic2124 Al vol%5PM به عنوان تابعی از تنش اعمالی در K 648 ؛ برای مقایسه مستقیم داده‌های     Al2124PM هم آمده است [6].

2-4-5- وابستگی سرعت خزش حالت پایدار به دما:

سرعت خزش حالت پایدار در برابر تنش در (شکل-a 2-11 )برای ترسیم γ لگاریتمی در برابر 1/T بکار رفت، که در آن T دمای مطلق در تنش ثابت است. سپس انرژی فعالسازی ظاهری برای خزش Qa از شیب‌های خطوط مستقیم حاصله بدست می‌آیند که برابر Qa/R هستند که در آن R ثابت گازی است. مقادیر تخمینی Qa به عنوان تابعی از تنش برشی اعمالی در شکل 2-12 ترسیم شده‌اند. برای مقایسه، داده‌های ارائه شده برای Al2124PM هم تحت شرایط مشابه ترسیم شده است. بررسی شکل نشان می دهد: انرژی فعالسازی ظاهری Qa ثابت نیست اما با کاهش تنش اعمالی افزایش می‌یابد. علاوه بر این انرژی فعالسازی ظاهری به خصوص در تنش‌های پایین بزرگتر از انرژی نفوذ در خود QD (kJ mol-1142) است.

شکل 2-12: انرژی فعالسازی ظاهری برای خزش Qa در کامپوزیت Sic2124 Al vol%5PM به عنوان تابعی از تنش اعمالی؛ برای مقایسه مستقیم داده‌های Al2124PM هم آمده است [6].

2-4-6- تفسیر رفتار خزش به صورت یک تنش آستانه‌ای:

دو تحقیق جدید وجود دارد که یکی با تفسیر رفتار خزشی آلیاژهای Al2124PM در ارتباط است و دیگری مربوط به مقایسه بین خصوصیات خزش Sic2124 Al vol%5PM و Al2124PM است. این تحقیقات همراه با فرضیه خاصی در مورد Al2124PM به طور مختصر در زیر می‌آید.

نخست اینکه مشخص شده رفتار خزشی آلیاژهای PM Al مثل Al2124PM و Al6061PM در مورد

(الف ) مقادیر بالای توان تنش

(ب ) افزایش توان تنش با کاهش تنش اعمالی

(ج ) مقادیر بالای انرژی فعالسازی برای خزش مشابه آلیاژهای غیرتقویتی DS است. این تشابه نشان می‌دهد که وابستگی خطی سرعت خزش به تنش در Al2124PM مثل آلیاژهای DS را می‌توان به صورت تنش آستانه‌ای تفسیر کرد و اینکه رفتار خزشی را می‌توان با معادله (2-9)که قبلا بیان شد نشان داد.

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