شکل (2-17-c,e,g) آهنگ کرنش نسبت به تنش واقعي به ترتيب براي آلياژهاي 91AZ و 61AZ و 31AZ داده شده می باشد.

شکل (2-17-d,f,h) منحني معمول براي تعيين تنش آستا نه اي مشخص شده می باشد.مي­توان نتايج زيررا از اين منحني بدست آورد :

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

1)شکل h,g تنش آستا نه اي را براي دماهاي پايين 523 و573 کلوين نشان مي دهد.اين تنش هاي آستا نه اي ناشي از فرض نامناسب می باشد.

2)به کمک مقايسه داده هاي شکل 2-17 مي توان نتايجي رابراساس پايداري اندازه دانه گرفت.وقتي تنش هاي ماکزيم يا تنشهايي که در کرنش 0.1 اندازه گيري شده اند را در نظر بگيريم ،توان تنش بيش از 2 مي تواند منجر به تعيين تنش آستانه اي قابل ملاحظه گردد.همچنين بايد گفت که نمونه ها به مدتي بيش از 30 دقيقه در دماهاي بالا قرارداشته می باشد.

در شکل( 2-18)نظاره گردید که کاهش تدريجي تنش آستانه اي با دما رخ مي دهد .علاوه بر آن هيچ وابستگي آشکاري به اندازه دانه وتنش هاي آستانه اي حتي در دماهاي بالا وجود ندارد.

شکل (2-18)وابستگي تنش آستانه اي به دما [11]

   2-7-بررسي تنش آستا نه اي در سوپرپلاستيک

ويژگي مهم رفتار تغييرشکل در آلياژهاي سوپرپلاستيک ريزدانه‌اي، نظاره تجربي می باشد آنست که ارتباط بين تنش و سرعت خزش در حالت پايدار اغلب s شکل می باشد. تحت شرايط خزشي، چنين رفتاري با وجود سه ناحيه مشخص مي‌گردد: ناحيه I (ناحيه تنش کم) ناحيه II (ناحيه سوپرپلاستيک يا ناحيه با تنش متوسط) و ناحيه III (ناحيه تنش زياد). نتايج تجربي و ملاحظات نظري نشان دادند که ناحيه II و I توسط فرايند تغييرشکل مشابهي کنترل مي‌شوند که در آن لغزشدسته جمعي دانه‌ها با حرکت نابجايي پیش روی دانه‌هاي موانع منطبق می باشد، و اينکه ناحيه I ناشي از وجود تنش آستانه‌اي می باشد. منشأ اين تنش آستانه‌اي به صورت تمرکز موضعي ناخالصي چه در مرزها و چه در ذرات پراکندگي در محيط مياني دانه‌ها بررسي مي‌گردد.

طي سه دهه گذشته تحقيقات مربوط به رفتار مکانيکي آلياژهاي سوپرپلاستيک ريزدانه منجر به سه يافته اساسي شده می باشد. نخست سوپرپلاستيسيته ريزدانه فرايندي تحت کنترل نفوذ می باشد که مي‌توان آن را به صورت زير نشان داد:

(معادله 2-17)                                                                            

که در آن γ سرعت خزش برشي، k ثابت بولتزمن، T دماي مطلق، D ثابت پراکندگي که مشخصه فرايند خزشي می باشد، G مدول برشي، b بردار برگر، A يک ثابت بي‌بعد، d اندازه دانه، s حساسيت اندازه دانه، τ تنش برشي اعمالي، n توان تنش، Q انرژي فعالسازي براي فرايند پراکندگي که رفتار خزشي را کنترل مي‌کند، و D0 فاکتور فرکانس براي پراکندگي می باشد. دوم اينکه ارتباط بين تنش τ و سرعت کرنش γ غالبا s شکل می باشد. تحت شرايط آزمايش خزشي، اين ارتباط با وجود سه ناحيه مشخص مي‌گردد (شکل 2-19-a): ناحيه I (ناحيه تنش کم) ناحيه II (ناحيه سوپرپلاستيک يا ناحيه با تنش متوسط) و ناحيه III (ناحيه تنش زياد). در ناحيه III (ناحيه تنش زياد) 3n> می باشد و انرژي فعالسازي ظاهري Qa بزرگتر از پراکندگي مرز دانه می باشد. ناحيه II (ناحيه با تنش متوسط) چندين برابر بزرگتر از سرعت کرنش را پوشش مي‌دهد و با توان تنش 5/2 و 5/1 ، انرژي فعالسازي ظاهري که نزديک مقدار پراکندگي مرزي می باشد، و حساسيت اندازه دانه حدود 2 مشخص مي‌گردد. در اين ناحيه حداکثر شکل‌پذيري رخ مي‌دهد (شکل 2-19b). به خاطر اين ويژگي اغلب از ناحيه II به عنوان ناحيه سوپرپلاستيک ياد مي‌گردد. ناحيه I با توان تنش 3-5، انرژي فعالسازي ظاهري بيشتر از پراکندگي مرز دانه مشخص مي‌گردد. با اين حال رفتار خزشي در اين ناحيه حساسيت اندازه دانه‌اي مشابه ناحيه II از خود نشان مي‌دهد. سوم اينکه در انبساط طولي کم (به گونه نمونه %30-20) درصد مشارکت مرزي که به کلي دچار کرنش مي‌گردد عموماً بين%70-50 در ناحيه II متغير می باشد اما در ناحيه I و III به سرعت تا حدود %30-20کاهش مي‌يابد [12].

شکل 2-19: نمايش شماتيک ارتباط s شکل بين تنش و سرعت کرنش (مقياس لگاريتمي) که اغلب مشخصه رفتار تشکيل آلياژهاي ريزدانه سوپرپلاستيک می باشد و (b) روابط شماتيک مربوط به اين رفتار، شکل‌پذيري و تأثیر لغزش مرزي در کرنش کل [12]

تلاشهاي چشمگيري براي توضيح منشأ ويژگي‌هايي صورت گرفته که با جريان سوپرپلاستيک در ناحيه II (ناحيه سوپرپلاستيک) در ارتباط هستند. در نتيجه اين تلاشها تعدادي مکانيسم‌هاي تغييرشکل ايجاد شده می باشد. موفق‌ترين مکانيسم‌ها بر مبناي اين ديدگاه قرار دارند که لغزش مرز دانه (GBS) تأثیر عمده‌اي در سوپرپلاستيسيته ريزدانه دارد و براي وقوع آن ضروري می باشد. مدل‌هاي بر مبناي GBS که با حرکت نابجايي متناسب هستند منجر به معادله کنترل سرعتي مي‌شوند که بر داده‌هاي تجربي منطبق هستند:

(معادله 2-18)                                                      

داده‌هاي چند تحقيق در مورد سوپرپلاستيسيته ريزدانه نشان داده که ناحيه‌هاي I و II با فرايند تغييرشکل مشابهي کنترل مي‌گردد و اينکه تفاوت‌هاي ظاهري در خصايص خزشي بين ناحيه I و II ناشي از تنش آستانه‌اي می باشد که منشأ آن با تمرکز موضعي ناخالصي در مرزها يا در ذرات پراکندگي در محيط دروني دانه‌ها در ارتباط می باشد [12].

2-7-1- توضيحات ابتدايي براي ناحيه I :

توان تنش انرژي فعالسازي گزارش شده براي ناحيه I بيشتر از آنهايي می باشد که در ناحيه II گزارش شده می باشد؛ 5/2n> و Qa >Qgb. بنابر شواهد ثبت شده، افزايش توان تنش براي خزش در آلياژهاي سوپرپلاستيک ريزدانه در تنش‌هاي کم نشانگر گرايشي حقيقي می باشد. دو توضيح ممکن براي اين افزايش ارائه شده می باشد.

نخست پيشنهاد گردید که ناحيه I ممکن می باشد با پيدايش مکانيسم تغييرشکل جديدي در ارتباط باشد که در پي آن مکانيسم کنترل کننده ناحيه II مي‌آيد. درحاليکه تفسير ناحيه I در مورد فرايند همزمان به نظر جذاب مي‌رسد اما کوشش‌ها براي توسعه يک مکانيسم تغييرشکل که بتواند براي تمام خواص مکانيکي تصریح شده در اين ناحيه جوابگو باشد ناموفق بوده می باشد (توان تنش بالا، انرژي فعالسازي بالا، و وابستگي شديد به اندازه دانه).

دوم تصریح گردید که ناحيه I ممکن می باشد در نتيجه فرايند تغييرشکل جداگانه‌اي باشد اما ممکن می باشد ناشي از وجود يک تنش آستانه‌اي باشد τ0. اين احتمال وقتي در ايجاد دو نظريه سوپرپلاستيسيته ادغام گردد، به گونه کمّي رفتار S شکل تجربي Al%22Zn و Sn%62-Pb را توجيه مي‌کند اما انرژي فعالسازي بالاتر نظاره شده در ناحيه I را در نظر نمي‌گيرد [12].

2-7-2- پيشرفت‌هاي تفسير ناحيه I

در فرمول‌سازي نظريه‌هاي سوپرپلاستيسيته که يک تنش آستانه‌اي را در معادله کنترل کننده سرعت وارد مي‌کند، فرض گردید که تنش آستانه‌اي ناشي از فرايندهايي می باشد که نسبت به دما حساس نيستند. با اين حال تحليل داده‌هاي تجربي بر روي دو آلياژ سوپرپلاستيک Al%22Zn و Sn%62-Pb در تنشهاي کم (ناحيه I و II) منجر به نتيجه زير گرديد: به مقصود تشريح ناحيه I در مورد تنش آستانه‌اي، لازم می باشد τ0 را به ميزان زيادي طبق معادله2-12 با دما کاهش دهيم:

با بهره گیری از معادله2-12 مشخص گردید که داده‌هاي Al%22Zn و Sn%62-Pb در هر دو ناحيه I و II الزاماً با دو مکانيسم تغييرشکل متفاوت در ارتباط نيست، زیرا داده‌هاي مشابه را مي‌توان به گونه يکسان با يک فرايند تغييرشکل که شامل تنش آستانه‌اي هم مي‌گردد مرتبط دانست:

(معادله2-18)                                                  

وجود τ0 مشخص مي‌سازد که در حين جريان سوپرپلاستيک، تغييرشکل با يک تنش موثر τe0 = τ – τ0) و نه با تنش اعمالي τ به پيش رانده مي‌گردد [12].

2-7-3- تنش آستانه‌اي تحت ناخالصي

معادله 2-12 در ظاهر شبيه معادله زير می باشد که تراکم اتم‌هاي ناخالصي c را به عنوان تابعي از تراکم متوسط (c0) و دما و انرژي چسبندگي (W) می باشد:

(معادله 2-19)                                                                              

بر همين اساس پيشنهاد گردید که اجراي فرايند تنش آستانه‌اي که منشأ آن با ناخالصي در مرزها ارتباط دارد، محتمل‌ترين توجيه براي وقوع رفتار ناحيه I می باشد. به ويژه مشخص گردید که تمرکز موضعي ناخالصي اغلب در مرزهاي نابجايي رخ مي‌دهد که منجر به چرخش نابجايي مي‌گردد و تحت شرايط چسبندگي شديد بين اتم‌هاي ناخالصي و نابجايي‌ها و تحرک بسيار کم اتمهاي ناخالصي، تنش آستانه‌اي بايد پيش از آنکه نابجايي مرزي بتواند از فضاي ناخالصي رها بشود و انجماد را ايجاد کند، بيشتر گردد. شواهد تجربي از اين نکته حمايت مي‌کنند. داده‌هاي خزش که براي چندين حالت Al%22Zn ارائه شده‌اند و حاوي سطوح متفاوتي از Fe هستند، وجود تنش آستانه‌اي را نشان مي‌دهند که خصوصيات آن با پديده‌هاي مختلف مرتبط با تمرکز موضعي مرزي متناسب می باشد. نخست، رفتار خزشي خلوص بالاي Al%22Zn نشان نمي‌دهد که ناحيه I و ناحيه II تا پايين‌ترين سرعت کرنش ادامه مي‌يابند. همچنين تحليل داده‌ها عدم وجود تنش آستانه‌اي را عیان نمود. دوم اينکه بنابر داده‌هاي تجربي ارائه شده براي Al%22Zn با بهسازي Fe، وابستگي تنش آستانه‌اي به دما در معادله 11 توصيف شده می باشد (شکل 2-20-a). سوم اينکه به نظر مي‌رسد با افزايش سطح Fe تنش آستانه‌اي به مقداري حدي براي مقدار Fe بيشتر از ppm 120 نزديک مي‌گردد (شکل 2-20-b). پيشنهاد شده که اين سطح Fe (pmm120) به احتمال زياد نشانگر تراکمي می باشد که در آن بخش‌هاي مرزي موجود براي تمرکز موضعي Fe به مقداري حدي نزديک مي‌گردد. چهارم اينکه براي تراکم تقريباً يکسان Fe، وجود ناخالصي‌هاي ديگر در Al%22Zn اثر افزايشي بر مقدار تنش آستانه‌اي . اين مشخصه به احتمال زياد بازتاب اشباع می باشد که با تمرکز موضعي ناخالصي در مرزها ارتباط دارد.

شکل 2-20- (a) نمودار لگاريتم τ0/G به عنوان تابعي از 1/T براي آلياژهاي مختلف Al%22Zn. داده‌ها براي حاوي 120 و 423 و 1460 و 40ppm ، (b) نمودار τ0/G به عنوان تابعي از مقدار Fe در Al%22Zn در دماي K 433 [12]

بر مبناي شواهد بالا پيشنهاد زير که بر مبناي مدل «بال- هوچسيون»[13] می باشد ارائه گردید. در حين شکاف لغزش مرزي، يک گروه از دانه‌ها به گونه يکپارچه لغزش يافتند تا اينکه با دانه‌اي با آرايش نامطلوب متوقف شدند که هر کدام از اين دانه‌ها به عنوان يک مانع (دانه مانع) براي يک گروه دانه‌ها اقدام مي‌کنند. اين فرايند منجر به ايجاد تمرکز تنش در نقطه سه‌گانه مي‌گردد. تمرکز تنش موضعي را مي‌توان با توليد و حرکت نابجايي‌هاي شبکه‌اي در دانه مانع برطرف نمود؛ اين نابجايي‌ها سازگاري را براي لغزش فراهم مي‌آورند. وجود اتم‌هاي محلول مثل Mg, Si, Cu و ديگر ناخالصي‌ها در Al%22Zn منجر به نيروي زيادي مي‌گردد که لغزش نابجايي‌ها را به وسيله فرايند کشش ويسکوز به تاخير مي‌اندازد. با اين حال لغزش ويسکوز نابجايي‌ها در محيط داخلي دانه‌هاي مانع، مثل مکانيسم کنترل سرعت صعود نابجايي را به مرزهاي مقابل نمي‌راند؛ زیرا انرژي فعالسازي واقعي براي جريان سوپرپلاستيک (همانگونه که براي ناحيه I و II ارائه شده) به مقداري نزديک مي‌گردد که براي پراکندگي مرزي انتظار مي‌رود. اگر لغزش ويسکوز مکانيسم کنترل کننده بود، انرژي فعالسازي برابر با پراکندگي شبکه‌اي مي‌گردید. در حين حرکت لغزش در دانه مانع، نابجا‌يي‌هاي شبکه‌اي با ذرات پراکندگي رودررو مي‌شوند.نابجايي مي‌تواند از ذرات در جاييکه در وجه ناپيوستگي ذرات گير افتاده‌اند صعود کند. بنابراين ناخالصي‌ها در اين نابجايي‌ها تمرکز مي‌يابند. تنش آستانه‌اي براي رها کردن نابجايي‌ها از ناخالصي لازم هستند. بدون ايجاد اين تنش، نابجايي‌هاي شبکه‌اي حرکت خود را به مرز مقابل جاييکه صعود مي‌کنند ادامه نخواهند داد. اگر چنين چيزي رخ بدهد، سازگاري براي لغزش با ايجاد و حرکت نابجايي‌ها در دانه مانع، ديگر وجود نخواهد داشت که منجر به از دست رفتن سوپرپلاستيسيته مي‌گردد.

شايان ذکر می باشد درحاليکه مرحله کنترل سرعت در حين جريان سوپرپلاستيک صعود نابجايي به مرز دانه می باشد، تنش آستانه‌اي از تنش اعمالي در معادله کنترل سرعت (معادله2-18) تفريق مي‌گردد. اين وضعيت که نشان مي‌دهد تغييرشکل نه با تنش اعمالي بلکه با تنش موثر به پيش مي‌رود، مشابه موردي می باشد که با آلياژهاي تقويتي (DS) مرتبط می باشد. در چندين مورد رفتار خزشي واقعي آلياژهاي DS مثل فلزات با صعود جابه‌جايي کنترل مي‌گردد که مشخصه آن توان تنش حدود 5 و انرژي فعالسازي نزديک به پراکندگي شبکه‌اي می باشد. با اين حال رفتار خزشي ظاهري توان تنش و انرژي فعالسازي را نشان مي‌دهند که زياد و متغير هستند، 10n> و Q >QD. تحليل رفتار خزشي تعدادي از آلياژهاي DS، يک تنش آستانه‌اي براي خزش عیان نمود. وقتي اين تنش در تحليل رفتار خزشي آلياژهاي DS لحاظ گردید، رفتار خزشي واقعي در مورد توان تنش واقعي و انرژي فعالسازي خزش مشابه فلزات مي‌گردد. بنابراين اگرچه صعود نابجايي فرايند کنترل سرعت در آلياژهاي DS می باشد، اما رفتار تغييرشکل نه با تنش اعمالي τ که با تنش موثر (τe = τ – τ0) به پيش مي‌رود يا به عبارتي τ0 از τ تفريق مي‌گردد.

وابستگي تنش آستانه‌اي به دما براي خزش در Al%22Zn حاوي ذرات پراکندگي، که در شکل(2-20) به تصوير کشيده شده می باشد از معادله 2-12با kJ/mol22=Q0 تبعيت مي‌کند و مشابه آني می باشد که براي آلياژهاي PM Al و Al%22Zn گزارش شده‌اند. همانگونه که پيش از اين ذکر گردید اين معادله در ظاهر شبيه معادله 2-12است. اين شباهت ظاهري متناسب با تفسيري می باشد که منشأ تنش آستانه‌اي را، براي جريان سوپرپلاستيک در Al%22Zn حاوي ذرات پراکندگي، نتيجه ارتباط ميان ناخالصي (که ممکن می باشد در ذرات ناپيوسته متمرکز گردد) و جابه‌جايي‌هايي مي‌داند که در وجه ناپيوستگي ذرات گير مي‌افتند [12].

2-7-4- نتايج

الف )ناحيه I (ناحيه کم تنش) و ناحيه II (ناحيه با تنش متوسط يا ناحيه سوپرپلاستيک) ارتباط s شکل ميان تنش و سرعت کرنش که براي آلياژهاي سوپرپلاستيک ريزدانه ارائه گرديده می باشد، با فرايند تغييرشکل مشابهي کنترل مي‌گردد. در اين فرايند تغييرشکل لغزش گروهي از دانه‌ها با حرکت نابجايي در دانه‌هاي مانع سازگار می باشد.

ب )تفاوت‌هاي ظاهري در خواص خزشي بين ناحيه I و ناحيه II ناشي از وجود تنش آستانه‌اي می باشد که اهميتش با کاهش تنش اعمالي افزايش مي‌يابد و شديداً به دما وابسته می باشد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

ج )بنابر شواهد موجود مکانيکي و ريزساختاري، منشأ تنش آستانه اي براي جريان سوپرپلاستيک به احتمال زياد با اين موارد در ارتباط می باشد:

         ج -1)ارتباط ميان جابه‌جايي‌هاي مرزي و اتمهاي ناخالصي که در مرزها به گونه موضعي متمرکز مي‌شوند اگر دانه‌هاي مانع حاوي هيچگونه ذرات پراکندگي نباشند يا

           ج-2) ارتباط بين جابه‌جايي‌هاي شبکه‌اي و اتمهاي ناخالصي که در جابه‌جايي‌هايي متمرکز مي‌شوند که در وجه ناپيوستگي ذرات پراکنده در دانه‌هي مانع گير افتاده‌اند [12].

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

دسته بندی : برق

دیدگاهتان را بنویسید