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

این نمودار ازسه مرحله تشکیل شده است .مرحله اول تحت عنوان خزش اولیه بوده که ناشی از مکانیزم کارسختی است .مرحله دوم خزش ثانویه ومرحله سوم خزش ثالثیه که در مرحله دوم مکانیزم کارسختی وبازیابی به تعادل رسیده ودر مرحله سوم مکانیزم تشکیل حفره یا ترک باعث کاهش ناگهانی سطح شده ونرخ کرنش یکباره زیاد می شود.

اما باتوجه به این که خزش ثانویه از نظر زمانی طولانی تر از سایر مراحل است، بسیار پر اهمیت است وعهده فعالیت ها برای بهبود خواص خزشی در این مرحله متمرکز شده است.شیب منحنی مذکور بیانگر آهنگ ونرخ کرنش می باشد که در طی مرحله اول بتدریج کاهش یافته ودر مرحله دوم به یک مقدار ثابت رسیده ،که این مقدار کمترین مقدار نرخ کرنش خزش مشاهده شده در نمودار است ودر مرحله سوم نرخ خزش به سرعت افزایش می یابد .

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

ارتباط زیر به نام قانون پاور1 یکی از روابطی است که برای نرخ خزش ثانویه ارایه شده است. [2]

(معاله 2-1)                                                                        

که در این ارتباط َAیک مقدار ثابت ،تنش اعمالی ، Qa انرژی اکتیواسیون برای خزش ،R ثابت گازها وTدما برحسب کلوین است.

اما روابط دیگری نیز برای این مرحله ارایه شده است.یکی از این روابطی که در اصلاح قانون پاور معادله (2-1) ارایه شده است ودر آلیاژهایی که به وسیله رسوبات تقویت شده اند ،کاربرد دارد ،به صورت زیر است:

(معادله 2-2)                                                                        

که در این ارتباط Aثابت بدون بعد ،D ضریب نفوذ در شبکه ،G مدول برشی ، bبردار برگرز،K ثابت بولتزمن ، تنش آستانه ای و n توان تش حقیقی می باشد.

na توان تنش ظاهری در مینیمم نرخ کرنش خزشی بوده وازارتباط زیر بدست می آید:

(معادله 2-3)                                                                                     

این توان با کاهش تنش اعمالی افزایش می یابد که این دلالت بر رفتار تنش آستانه ای حقیقی        می کند [2] .

اما ارتباط دیگری که برای نرخ خزش مرحله دوم ارایه شده بصورت زیر است:

(معادله 2-4)                                                                           

که در آن 5=n برای فلزات fcc، Dsd ضریب خودپخشی شبکه، A یک ثابت حساس به ساختار، χ انرژی نقص چیدمان ، σss تنش واقعی در حالت پایدار، k ثابت بولتزمن، T دما به صورت کلوین ، b بردار برگرز و G مدول برشی. σss در معادله(2- 4 )هما ن است که در معادلات (2-1و2-2)مشاهده شدوهمچنین آن را در بسیاری از مواد می‌توان با یک تنش موثر برابر (σss – σth) جایگزین کرد که در آن σth تنش آستانه‌ای برای تغییرشکل خزشی است. تنش آستانه‌ای می‌تواند در نتیجه وجود ذرات فاز دوم بوجود بیاید، مثل سوپرآلیاژها با پایه نیکل و آلیاژهای تقویتی با پخش اکسیژن یا ساختار نابجایی در مورد فولاد زنگ نزن 20%Cr-25%Ni. تنش آستانه‌ای به میکرومکانیسم سببی وابسته است و بنابراین در صورت غیرمتغیر بودن میکرومکانیسم، باید نسبت به تنش ثابت باشد.

تنش آستانه‌ای ظاهری بیشتر با توجه به تاثیر ساختار ناب‌جایی بر روی A ثابت در معادله سرعت خزش در حالت پایدار توجیه می‌شود. آزمایش تغییر تنش که در آن تنش به طور پیوسته بیشتر می‌شود، یک تنش آستانه‌ای بدست می‌دهد که با آزمایشهای خزشی متعارف برابر است. این نشان می‌دهد که ساختار حالت پایدار در یک تنش خاص مستقل از مسیر است مادامیکه تنشهای فعلی کوچکتر باشد. زیرساختار نابجایی هم نشان می‌دهد که تغییرشکل خزشی توسط مکانیسم شبکه نابجایی ایجاد می‌شود. تنش آستانه‌ای برای این مکانیسم، نشان‌دهنده تنش لازم برای فعالسازی پیوندهای نابجایی است که شبکه را تشکیل می‌دهند [3].

 2-2- بررسی تنش آستانه ای در آلیاژAl-0/03wt%Sc:

بررسی ها نشان می دهد که تنش آستانه ای به وسیله مکانیزم هایی هم چون برش ذرات وصعود نابجایی ها قابل تشریح است.در واقع تنش آستانه ای به دلیل واکنش واثر متقابل نابجایی وذرات تقویت کننده برروی یکدیگر ایجاد می شود .تحقیقاتی که برروی این زمینه انجام شده علت وجود تنش آستانه ای را مشخص می کند.در این مدل فرض می شودکه ذره ای استوانه ای شکل بوده که شعاع آن برابر r و ارتفاع آن برابر2r می باشد. نمونه مورد بررسی آلیاژی از آلومینیوم است که حاوی 03/0 درصد Sc است.Sc با Al ترکیب شده وساختار بین فلزی Al3Sc تشکیل می دهد.شکل استوانه­ای، تقریبی منطقی از شکل کروی ذرات است که کار با آن در این مدل بیش از حد پیچیده است.شکل (2-2)

شکل (2-2) :هندسه مدل صعود برای آلیاژ آلومینیوم [3]

آنچه برای ما درنتیجه این آزمایش اهمیت دارد اثر تنش اعمالی بر سرعت حرکت نابجایی ها است که در شکل (2-3) مشخص است [3].

شکل (2-3): اثر تنش اعمالی بر سرعت حرکت نابجایی ها [3]

نابجایی هایی که صفحه لغزش آنها بالاتر از مرکز ذرات است با h مثبت ونابجایی هایی که صفحه لغزش آنها پایین تر از مرکز است با h منفی مشخص شده اند.

برای یک نیمه از ذره ،مجموع کارانجام شده بوسیله نیروهای الاستیک مثبت است وبه عبور نابجایی کمک می کند .وقتی نابجایی به بالای ذره می رسد، لغزش کرده واز ذره دور می شودکه در اینجا نیروی لغزش مثبت است و تنش آستانه ای مقدارناچیزی است.برای نیمه دیگر ذره ،مجموع کار انجام شده به وسیله نیروهای الاستیک منفی است،بطوری که نابجایی از فصل مشترک ذره دفع می شودوتنها زمانی می تواند عبور کند که تنش اعمالی بیش از تنش آستانه ای باشد.

عدم تقارن نیروی صعود ناشی از عدم تقارن شبکه ، علت اصلی پیدایش تنش آستانه ای است .البته این عامل به تنهایی باعث ایجاد تنش آستانه ای نمی شود ،زیرا نیروی صعود همواره به حرکت روبه بالای نابجایی کمک می کند.باید توجه کرد که تاثیر اصلی نیروهای الاستیک ،اصلاح پتانسیل شیمیایی جاهای خالی در ی است که نابجایی صعود می کند،بطوری که هم تنش آستانه ای وهم سرعت صعود تغییر می کنند.این مدل تنش آستانه ای حقیقی را برای نابجایی ها پیش بینی می کند ،زیرا وقتی پتانسیل شیمیایی جاهای خالی مثبت می شود ،فرآیند صعود نمی تواند رخ دهد.

لذا تحت شرایط خزشی در 300 درجه سانیگراد، آلیاژهای Al-0/03wt%Scرفتار تنش آستانه ای از خود نشان می دهند [3].

2-3_ بررسی تنش آستانه ای در آلومینیوم 5083 اصلاحی :

مشخص شده که آلیاژهای آلومینیومی حاوی پراکندگی‌های غیرقابل برش به طور طبیعی مقاومت خزشی چشمگیری را در دماهای معین از خود نشان می‌دهند که این در نتیجه وجود تنش آستانه‌ای است که در کمتر از آن سرعت کرنش ناچیز تلقی می‌شود. رفتار آستانه‌ای آلیاژهای آلومینیوم تقویتی ناشی از ذرات بسیار ریزی است که از حرکت نابجایی شبکه جلوگیری می‌کند. در آلیاژهای آلومینیومی و کامپوزیت‌های زمینه ناپیوسته آلومینیوم که با متالوژی پودر1 (PM) تهیه شده‌اند، این پراکندگی‌ها ممکن است اکسیدهایی باشند که از روش تکنولوژیکی بدست آمده‌اند. این اکسیدها به عنوان موانعی طبیعی برای حرکت ناب‌جایی عمل می‌کنند و باعث پیدایش تنش آستانه‌ای برای خزش می‌شوند. در نتیجه سرعت کرنش خزشی در این مواد به میزان زیادی کمتر از آلیاژهای محلول جامد آلومینیوم است که با متالوژی شمش‌ریزی2 (IM) در مقادیر مشابه دما و تنش وارده تولید می‌شوند. در همین زمان آلیاژهای آلومینیوم IM به خاطر ترکیب مناسب مقاومت خزشی، مقاومت، و سختی موادی جذاب برای کاربردهای دمای بالا هستند.

اخیراً مشخص شده که کامپوزیت با پایه آلومینیوم IM علاوه بر آلیاژهای آلومینیوم، هم می‌توانند رفتار آستانه‌ای داشته باشند. با این حال، در حال حاضر منشا تنش آستانه‌ای در این مواد تحت بررسی است.

مشخص شد که یک آلیاژ آلومینیوم 2219 با متالوژی شمش‌ریزی (IM) رفتار آستانه‌ای از خود نشان دادند. مقادیر تنش آستانه‌ای در این ماده و در دو آلیاژ (PM) Al-Cu-Mg-Mn به میزان زیادی با هم مشابه بودند. بنابراین می‌توان انتظار داشت که ذرات نرم فاز دوم در عناصر می‌توانند نقش مشابهی را در آلیاژهای آلومینیوم IM ایفا کنند و مقاومت خزشی را در تغییرشکل دمای بالا (مثل اکسیدهای نانومقیاس آلیاژهای آلومینیوم PM) تقویت کنند.

دریکی از مقالات به برزس رفتار

آلیاژ مورد نظر آلیاژ آلومینیوم 5083 است که با wt.% Zr 2/0 آلیاژی شده است. این ماده با متالوژی شمش‌ریزی تولید شده که حاوی پراکندگی‌های Al3Cr و Al3Zr هستند و دارای رفتار آستانه‌ای است.

نسخه آزمایشی آلیاژ آلومینیومی 5083 با ترکیب شیمیایی Al–4.7% Mg–1.6% Mn–0.2% Zr–0.18% Cr–0.1% Fe (in wt.%) در «شرکت شیمیایی و آلومینیومی کایزر» تولید شد.

منحنی‌های نمادین تنش واقعی- کرنش واقعی برای دماهایی در محدوده 250-570 در جه سانتیگراد در شکل (2-4) نشان داده شده است. منحنی‌های σ-ε که نشان دهنده تمام شرایط آزمایشی هستند، یک جریان حالت پایدار را پس از یک مرحله بسیار کوتاه تغییرشکل پلاستیک ازخود نشان داد. شکل(2-5) نموداری از سرعت خزش حالت پایدار را در برابر کرنش بدست آمده از آزمایش نامنقطع (منحنی I) و آزمایش با تنش متغیر (منحنی II) را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که منحنی خزش I مرحله بسیار کوتاهی از خزش اولیه را نشان می‌دهد. جریان حالت پایدار در مقادیر کرنش واقعی در004/0حفظ شد. در حین آزمایشهای تغییر تنش یک حالت پایدار جدید پس از یک دوره موقتی بسیار کوتاه بدست آمد. (شکل 2-5، منحنی II) توجه کنید که داده‌های بدست آمده از آزمایشهای نامنقطع هماهنگی خوبی با آنهایی دارد که از آزمایشهای منقطع در فشار و کشش بدست آمده است.

شکل2-4: منحنی‌های تنش واقعی- کرنش واقعی برای 5083Al [5]

شکل2-5: مثال آزمایش‌های افزایش تنش و منحنی خزش برای 5083Al [5]

2-3-1- وابستگی سرعت کرنش حالت پایدار به تنش:

شکل(2-6 )تغییرات سرعت کرنش تحمیلی را با تنش حالت پایدار برای آزمایش ووابستگی سرعت خزش حالت پایدار به تنش وارده برای آزمایش خزش را در محدوده دمای 250-570 درجه سانتیگرادنشان می‌دهد.

شکل (2-6):نمودار کرنش در برابر تنش جریانی در حالت پایدار درمقیاس لگاریتمی[5]

می‌توان مشاهده کرد که داده‌های بدست آمده از آزمایش هماهنگی عالی با موارد بدست آمده از آزمایشهای ماشین خزش دارد. می‌توان سه ناحیه دما- کرنش را بنا به تغییر توان تنش ظاهری (na) با سرعت کاهشی کرنش، تشخیص داد. در MPa130-100 (ناحیه تنش زیاد) مقدار na با کاهش سرعت کرنش از حدود 26 به حدود 7 کاهش می‌یابد که نشان می‌دهد رفتار تغییرشکل را در این ناحیه می‌توان با ارتباط‌ای نمایی نشان داد:

(معادله 2-5)                                                                      

که در آن ε سرعت کرنش، B یک ثابت، β ضریب، σ تنش جریانی در حالت پایدار، Q انرژی فعالسازی برای تغییرشکل پلاستیک، R ثابت گازی و T دمای مطلق است. برای تایید اعتبار معادله 2-5، نقطه مبنا در ناحیه تنش زیاد در مقیاسی نیمه لگاریتمی ترسیم شده است. مشخص شد که این نمودار بهترین هماهنگی خطی را با ضریب برگشت 98/0 دارد. در ناحیه تنش متوسط (MPa130-1004) بهترین هماهنگی با داده‌های تجربی، به واسطه ارتباط قانون نیرو به شکل معمول بدست می‌آید:

(معادله 2-6)                                                                                 

که در آن A یک ثابت و na توان تنش است. در 0c250=T توان تنش ظاهری از حدود 5در MPa 80 به حدود 9 در MPa 30 افزایش می‌یابد و در 0c 450 وقتی تنش وارده از 50 به MPa 9 کاهش می‌یابد مقدار na از حدود 5 به 7 افزایش می‌یابد. این رفتار خزشی در 5083Al اصلاحی مشابه آلیاژ تقویتی است. عموماً در ناحیه تنش، افزایش دما منجر به کاهش توان تنش می‌گردد. به طور آشکار عبور از ناحیه تنش زیاد به ناحیه تنش متوسط در تنشی در محدوده MPa130-100 رخ می‌دهد که کمی بیشتر از مقدار آلیاژ رقیق Al-5% Mg است.

در 0c550T> دو نوع متفاوت از رفتار خزشی 5083Al را می‌توان تشخیص داد. در ناحیه تنش متوسط مقدار توان تنش ظاهری در اصل ثابت است (در حدود 4). در ناحیه تنش اندک MPa4< در 0c550T> با کاهش تنش به نزدیکی 1 مقدار na از4/0به 5/1 کاهش می‌یابد[5].

2-3-2- وابستگی تنش در حالت پایدار به دما:

انرژی فعالسازی ظاهری در تغییرشکل پلاستیک (Qa) محاسبه شد. از لحاظ جبری معادله 2-6 می‌تواند به معادله زیر تبدیل کرد:

(معادله 2-7)                                                                            

که در آن = ln(A-1/nε1/n) ٭A یک ثابت است که نقطه مبنا را در سرعت کرنش ثابت بکار می‌گیرد. مقادیر Qa به وسیله ترسیم تنش با مدول طبیعی با استفاده از وابستگی دمایی مدول برشی Al خالص (MPa) بدست می‌آید که به صورت:

(معادله 2-8)                                                                         T16- (104×022/3) = G

برای مقادیر مختلف سرعت کرنش به طور لگاریتمی در برابر معکوس دمای مطلق تعریف می‌شود. شیب این وابستگی برابر با Qa/(nr) است. مشخص شد که مقادیر انرژی فعالسازی ظاهری در محدوده 30 176 تا kJ/mol 120 470 به نحو مطلوبی بیشتر از انرژی فعالسازی برای خودپراکنی در Al خالص (kJ/mol 143= Q1) است که می‌توان این را به وجود تنش آستانه‌ای نسبت داد [5].

2-3-3- مشاهده ریزساختار:

در پی فرایند انحلال، بررسی TEM وجود ذرات کوچکی را نشان داد که به وسیله تکنیک طیف‌سنجی انرژی، به صورت Al3Cr, Al3Zr, Al6Mn تشخیص داده شد. این پراکندگی‌ها به طور نسبتاً یکنواخت در مناطق مرکزی دانه قرار داشتند. مشاهدات TEM نشان داد که دیگر فازهای ثانویه در حین تغییرشکل در تمام دماها رسوب نکردند. ریزساختار ماده آغازین شامل دانه‌های هم‌مرکز با اندازه متوسطی در حدود μm 180 و دانسیته نابجایی متوسط حدود 2-m 1011 است.

مشاهدات TEM نمونه‌های کرنش یافته، یک ارتباط گسترده را بین نابجایی‌ها و ذرات فاز دوم نشان داد (شکل 2-7).

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