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

شناسايي رفتار تغييرشکل نشان مي‌دهد که 5083 Al رفتار آستانه‌اي را در ناحيه تنش متوسط نشان مي‌دهد. داده‌هاي نظاره TEM به وضوح از اين نتيجه پشتيباني مي‌کند. بنابراين رفتار تغييرشکل آلياژ 5083 Al با معادله‌اي نشان دهنده تنش آستانه‌اي ارائه مي‌گردد:

(معادله 2-9)                                                                    

2-3-4- آزمايش وجود تنش آستانه‌اي:

تنش آستانه‌اي با بهره گیری از نقاط مبناي ناحيه تنش متوسط (شکل 2-6) تخمين زده گردید. نقاط مبنايي که بالاتر از معيار «شرباي- بورک» [4] قرار داشتند نشانگر ناکامي خزش نيرو- قانون بودند:

(معادله 2-10)                                                                                  2-m1013                                                                     

که در آن D ضريب نفوذ در خود شبکه در Al خالص می باشد که به گونه زير محاسبه مي‌گردد:

103×4/143-

RT

 

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

در محدوده دمايي 0c 570-550 نقاط مبنايي که در آنها MPa4> می باشد براي تخمين بزرگي تنش آستانه‌اي در نظر گرفته گردید. روندي استاندارد براي تعيين تنش آستانه‌اي بکار رفت. داده‌هاي تجربي در يک دما به صورت ε1/n در برابر تنش جرياني حالت پايدار در مقياسي دوخطي ترسيم شده می باشد. نقاط مبناي اين نمودار با تغيير مقادير n به بهترين نحوي در يک خط قرار داشتند. مقادير n 7و5و4و3و2 در نظر گرفته شدند. توان تنش 4 بهترين ارتباط بين ε1/n و σ را ايجاد نمود. بايد تصریح نمود که براي 3= n که نشانگر فرايند لغزش ويسکوز جابه‌جايي می باشد، داده‌هاي نمودار يک منحني مناسب را نشان مي‌دهد که فرايند لغزش ويسکوز جابه‌جايي را در فضاي اتم‌هاي محلول به عنوان فرايند کنترلي سرعت بدست مي‌دهد.

تنش‌هاي آستانه‌اي در دماهاي مختلف در جدول(2- 1 )اختصار شده‌اند. نظاره مي‌گردد که در محدوده دمايي 0c 500-250 مقادير تنش آستانه‌اي از 1/20 تا MPa 9/3 تغيير مي‌کند. در 0c500T> مقادير σ0 بسيار کم مي‌گردد که باعث از بين رفتن تنش آستانه‌اي در دماهاي بالا مي‌گردد. به همين خاطر می باشد که مقدار توان تنش ظاهري na در حدود 4 با مقدار توان تنش واقعي بدست آمده از تحليل حاضر با دقت بالايي متناسب می باشد.(شکل 2-8)

جدول2-1:تنش آستا نه اي در دماهاي مختلف [5]

شکل2-8 :وابستگي تنش آستانه‌اي واقعي را به دما نشان مي‌دهد [5].

که مي‌توان آن را با ارتباط شکل زير نشان داد:

(معادله 2-12)                                                                                                                                       

که در آن B0 يک ثابت می باشد و Q0 عبارت انرژي می باشد که نشانگر انرژي فعالسازي براي نابجايي لازم براي غلبه بر مانع می باشد. در محدوده دمايي 0c500-250 مقدار Q0 بدست آمده از شيب اين نمودار در حدود kJ/mol 18 می باشد. اين مقدار نزديک مقادير Q0 می باشد که براي آلياژهاي آلومينيوم PM ارائه گرديده می باشد [5].

2-3-5- منشا تنش آستانه‌اي:

تحليلها نشان مي‌دهد که 5083 Al مثل آلياژ آلومينيوم تقويتي رفتار مي‌کنند. منشا تنش آستانه‌اي به وجود ذرات چسبنده Al3Zr, Al3Cr, Al6Mn نسبت داده مي‌گردد. مشاهدات TEM به وضوح وجود ارتباط جاذبه‌اي شديدي را بين ذرات و نابجايي متحرک شبکه را تاييد مي‌کند (شکل 2-7). ذرات غيرچسبنده پايدار با فرايندي زنجيره‌اي شامل صعود موضعي، لغزش بخش در حال صعود، نابجايي شبکه در راستاي مرز مشترک و ناپيوستگي ناشي از آن دور زده گردید.

با اين حال وابستگي شديد تنش آستانه‌اي طبيعي به دما (شکل2-8) به وضوح سه مدل شناخته شده را ارائه مي‌دهد که براي توجيه بزرگي تنش آستانه‌اي ارائه گرديده می باشد.

در اين مدلها؛ تنش آستانه‌اي برابر تنش لازم می باشد:

)الف ) براي انحناي نابجايي بين دو ذره

(ب ) براي ايجاد بخش نابجايي اضافي به عنوان نابجايي که با صعود موضعي بر مانع غلبه مي‌کنند.

(ج) براي جدا کردن يک نابجايي از ذره جاذب پس از تکميل صعود. تمام اين مدلهاي نظري تنش آستانه‌اي را مستقل از دما پيش‌بيني مي‌کنند.

يک مدل نظري جديد، وجود وابستگي ضعيف تنش آستانه‌اي را به دما پيش‌بيني مي‌کنند. با اين حال اين مدل بر مبناي فرضيات هسته‌دار کردن و جداسازي جفت در راستاي نابجابي صعودي قرار دارند و نه بر ارتباط جاذبه‌اي ذره- نابجايي که با داده‌هاي TEM سازگار می باشد. بنابراين امروزه هيچ مدل نظري وجود ندارد که بتوان آن را براي توجيه منشا تنش آستانه‌اي در 5083 Al بکار برد.

با مقايسه وابستگي دمايي تنش آستانه‌اي با داده‌هاي TEM نتيجه مي‌گيريم که کاهش تنش آستانه‌اي با افت انرژي نابجايي در سطح مشترک ذره- ماتريس (ناشي از تفکيک بخش صعودي اين نابجايي به نابجايي‌هاي در سطوح مشترک) در ارتباط می باشد. بايد تصریح نمود که اين افت بايد تنش آستانه‌اي ناشي از فرايند جاسازي را افزايش دهد؛ مشاهدات TEM وجود نيروي اضافي بسيار زيادي را براي جداسازي نابجايي از يک پراکندگي در 0c550T> تاييد مي‌کند. از بين رفتن تنش آستانه‌اي در نزديکي نقطه ذوب براي آلياژهاي آلومينيومي و کامپوزيت‌هاي ماتريس فلزي متعدد در 5083 Al با از بين رفتن نيروي اضافي در ارتباط می باشد که در محدوده دمايي که تنش آستانه‌اي هست براي لغزش نابجايي در راستاي سطوح مشترک ذره- ماتريس لازم می باشد [5].

2-3-6- انرژي فعالسازي واقعي:

براي تعيين انرژي فعالسازي واقعي ، تنشهاي موثر طبيعي (σ- σth/G) براي ناحيه تنش متوسط به عنوان تابعي از 1/T در مقياس نيمه لگاريتمي در سرعت کرنش ثابت ترسيم گرديد (شکل2-9)

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

مقادير انرژي فعالسازي واقعي Qc با فرض معادله 2-5 محاسبه گردید و به نحو مناسبي رفتار تغييرشکل 5083Al را توصيف مي‌کند. نظاره مي‌گردد که مقدار Qc در حدود kJ/mol 12 139 می باشد که بسيار مشابه انرژي فعالسازي براي نفوذدر خود شبکه در Al (kJ/mol 4/143) می باشد. بنابراين تأثیر تنش آستانه‌اي در تحليل انرژي فعالسازي مقاديري واقع‌گرايانه‌اي از انرژي فعالسازي واقعي را فراهم مي‌کند [5].

2-3-7- نتايج :

الف)رفتار تغييرشکل آلياژ اصلاحي 5083Al با Zr%2/0 و Mn%6/1 در محدوده دمايي 0c570-250 آزمايش گردید. تحليل داده‌هاي تجربي 5083Al وجود تنش آستانه‌اي را در محدوده دمايي 0c500-250 نشان داد که در آن تنش آستانه‌اي به دمايي با انرژي (Qo) kJ/mol 18 وابسته بود. در 0c550T> تنش آستانه اي از بين رفت.

ب )با مشارکت دادن تنش آستانه‌اي در تحليل، مشخص گردید که در سرعت‌هاي کرنش طبيعي εkT/(D1Gb) مقدار توان تنش واقعي n در حدود 4 می باشد و انرژي فعالسازي واقعي Qc هم kJ/mol 12 139 می باشد. در سرعت کرنش طبيعي بالاتر، مقدار n در حدود 3/7 می باشد و مقدار Qc کاهش مي‌يابد. در سرعت کرنش طبيعي پايين‌تر مقدار n در حدود 4/1 می باشد.

ج )گسستگي نابجايي شبکه از پراکندگي تحت نيروي اضافي در تمام دماها نظاره گردید که شامل بازه دمايي 0c570-550 مي‌گردید که در آن تنش آستانه‌اي از بين مي‌رود. نابجايي گسترده بخشهايي که نابجايي شبکه را دور مي‌زنند روي نابجايي‌هاي مرز دانه (GBD)1 در سطوح مشترک ماتريس- ذره رخ مي‌دهد [5].

2-4- بررسي تش آستانه اي در کامپوزيت 5% حجمي Sic2124 Al :

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

ذرات سراميک، کريستال‌هاي سوزني‌شکل، يا کامپوزيت‌هاي تقويتي با الياف کوتاه با پايه Al (که به گونه معمول کامپوزيت‌هاي Al ناپيوسته ناميده مي‌شوند) نشانگر دسته‌اي مواد پيشرفته هستند که مقاومت ويژه بالا، مدول بالا و چگالي پاييني دارند. به خاطر جنبه‌هاي تجاري جذابي که براي مصارف در دماي بالا در صنايع اتوموبيل و هوافضا دارند، رفتار خزشي کامپوزيت‌هاي Al ناپيوسته سوژه تعدادي از تحقيقات در سال‌هاي اخير بوده می باشد. به ويژه رفتار خزشي کامپوزيت‌هاي ناپيوسته Al-SiC که در آنها ذرات SiC (SiCp) يا کريستال‌هاي سوزني‌شکل (SiCw) در ماتريس آلياژ Al شرکت مي‌کنند توجه زيادي را به خود جلب کرده‌اند؛ بخشي به خاطر هزينه پايين مواد خام و بخشي به خاطر سهولت روغن‌کاري در بهره گیری از فرايندهاي متعارف فلزي و بخشي هم به خاطر خواص تقريباً ايزوتروپيک آن.

چندين دسته از نتايج تجربي براي خزش در کامپوزيت‌هاي ناپيوسته Al-SiC موجود می باشد که با شيوه متالوژي پودر (PM) تهيه شده‌اند. اين نتايج نشان مي‌دهند که رفتار خزشي اين کامپوزيت‌ها در دو خصيصه مشابه آلياژهاي تقويتي DS1 می باشد

(الف) وابستگي سرعت خزش به تنش همان گونه که با مقدار توان تنش n تعريف شده که متغير می باشد.

)ب ) وابستگي سرعت خزش به دما که با مقدار انرژي فعالسازي Q تعريف مي‌گردد و بزرگتر از خودپراکني می باشد QD می باشد. اين تشابه نشان مي‌دهد که وابستگي غيرعادي سرعت خزش به تنش در کامپوزيت‌هاي PM ناپيوسته Al-SiC مشابه آلياژهاي DS را مي‌توان با عبارت يک تنش آستانه‌اي τ0 تفسير نمود: تغييرشکل نظاره شده نه با تنش اعمالي τ که با تنش موثر τe برابر با τ – τ0 بدست مي‌آيد. در اين موارد منشأ تنش آستانه‌اي به وجود پراکندگي خوب ذرات ناپيوسته پايدار نسبت داده مي‌گردد که به عنوان موانعي موثر براي حرکت نابجايي‌ها اقدام مي‌کنند. شواهد زيرساختاري در حمايت از وقوع روابط ميان ذرات پراکنده و نابجايي‌ها در آلياژهاي DS ارائه شده می باشد. چنين شواهدي با چندين خصيصه که اتصال نابجايي‌ها به ذرات را نشان مي‌دهند بيان مي‌گردد. تحليل داده‌هاي خزشي کامپوزيت‌هاي PM ناپيوسته Al-SiC نشان دهنده يک تنش آستانه‌اي می باشد اما منشأ چنين تنشي مشخص نيست. نخست تقويت کننده هاي SiC (ذرات يا کريستال‌هاي سوزني‌شکل) در ماتريس‌هاي Al بيش از حد درشت هستند که به عنوان موانعي موثر براي نابجايي‌ها اقدام کنند. علاوه بر اين محاسبات ديگر نشان داده‌اند که تنش‌هاي آستانه‌اي ناشي از تقويت‌هاي SiC بسيار کوچکتر از آنهايي می باشد که از داده‌هاي تجربي تخمين زده مي‌گردد. دوم نشان داده شده که رفتار تنش آستانه‌اي در کامپوزيت‌هاي PM Al-SiC مربوط به ارتباط بين نابجايي‌ها و ذرات پراکنده‌اي می باشد که به عنوان پيامد فراوري کامپوزيت‌ها با متالوژي پودر به وجود مي‌آيند. با اين حال هنوز هيچ تحقيق دقيقي بر روي خزش و زيرساختار در کامپوزيت PM براي آزمايش اعتبار اين گفته انجام نشده می باشد [6].

2-4-1- ماده آزمايش :

در تحقيق حاضر کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM بکار رفت. اين کامپوزيت با تکنيک PM توليد گردید که براي فراوريAl 2124 PM بکار رفت. اين کامپوزيت از «آزمايشگاه تکنولوژي مواد ارتش» بدست آمد و به شکل ميله‌هايي به قطر mm4/25 در راستاي اقدام‌آوري دريافت شدند[6]. 

2-4-1-1- آزمايش مکانيکي:

آزمايش‌هاي تحت شرايطي زيربراي Al 2124 PM صورت گرفت. اين شرايط شامل موارد زير می باشد:

الف) نمونه‌ها با آرايش برشي مضاعف به نحوي ماشين شدند که محور بارگذاري عمود بر راستاي اقدام‌آوري بود؛

ب) پيش از آزمايش تمام نمونه‌ها در اتمسفر گاز آرگون در دماي K768 براي 2 ساعت حل شدند، با آب سرمادهي شده و حداقل براي يک هفته در دماي اتاق ماندند؛ هدف از اين فرايند حرارتي حذف اثرات ماشين‌کاري و پايدار ساختن اندازه دانه ماده بود،

ج) آزمايش‌هاي خزشي در محدوده دمايي K678-618 در يک ماشين آزمايش خزش با بار ثابت (سرعت کرنش پايين و متوسط)انجام شدند [6].

2-4-1-2- آزمايش ريزساختار:

آزمايش زيرساختاري دو تکنيک بکار رفت: اسکن ميکروسکوپ الکتروني (SEM) و ميکروسکوپ انتقال الکتروني (TEM). در تکنيک اول ريزساختار کامپوزيت به وسيله اسکن ميکروسوپ الکتروني Philips XL-30 با ولتاژ kV20 صورت گرفت. براي چنين آزمايشي نمونه‌ها به ضخامت mm5 بريده شدند و با تکنيک‌هاي معمول صيقل يافتند.

براي تحقيق TEM نمونه‌ها تا 40٪ کرنش تحت آزمون خزش قرارگرفتند. پس از کرنش نمونه‌ها به سرعت تحت بار سرد شدند تا گسترش زيرساختاري را در حين خزش نمونه‌ها حفظ گردد. براي آزمايش TEM با ايجاد برش‌هايي نازک تقريبا به ضخامت mm4/0از طول گِيجي نمونه‌هاي خزش يافته تهيه شدند. برش‌هاي نازک با صيقل‌کاري مکانيکي تا ضخامت حدود mm1/0 کاهش يافتند. اين فويل‌ها با بهره گیری از صيقل‌کار الکتريکي تهيه شدند. محلول بکار رفته براي صيقل‌کاري مخلوطي از 75٪ متانول 25٪ HNO3 بود. يخ خشک براي حفظ دماي محلول در کمتر از K240 بکار رفت. فويل‌هاي نازک تهيه شده از اين روش در kV200 اقدام‌آوري شدند.

در مورد آزمايش مکانيکي هر دو آزمايش (تنش ثابت يا سرعت کرنش ثابت) غيرمنقطع و با تنش متغير انجام شدند. به خاطر رفتار خزشي غيرعادي که در Al و برخي از آلياژهايش ، آزمايشهاي افزايشي تنش به جاي آزمايشهاي کاهشي انجام شدند وقتي کاهش تنش در دماهاي پايين و متوسط صورت گرفتند. داده‌ها با آزمايش‌هاي افزايش تنش براي چک کردن تکثير داده‌ها مقايسه گردید [6].

2-4-2- منحني‌هاي خزش:

منحني نمونه خزش در شکل (2-10-a) نشان داده شده می باشد که در آن کرنش برشي γ در برابر زمان t در دماي آزمايش K678 ترسيم شده می باشد. آزمايش اين منحني خزش و ديگر موارد وجود خصاص زير را نشان مي‌دهد:

(الف ) کرنش موقت γ0 و

(ب ) يک مرحله عادي (گذرا) اوليه که در آن سرعت خزش γ پيوسته با زمان t کاهش مي‌يابد و

(ج ) مرحله حالت پايدار (مرحله دومين) که در آن γ ثابت می باشد و

(د) مرحله سومين که در آن γ با زمان t افزايش مي‌يابد. در شکل (2-10-b ) سرعت کرنش برشي در برابر کرنش برشي γ در تنش‌هاي مختلف در K648 ترسيم شده می باشد. اين نوع نمودار دو هدف را برآورده مي‌کند: يکي شکل منحني خزش را براي کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM به عنوان تابعي از تنش آزمايش مي‌کند و ديگري اينکه مقايسه دقيقي بين رفتار کامپوزيت و آلياژ ماتريس تقويتي Al 2124 PM مستقر مي‌کند. داده شکل ( 2-10-b )خصايص زير را نشان مي‌دهد:

(الف ) مرحله حالت پايدار بسيار کوتاه می باشد و

(ب ) سرعت خزش حالت پايدار به بهترين نحو با خزش حداقل توصيف مي‌گردد و

(ج ) مرحله سوم شديدتر از مرحله حالت پايدار می باشد. اين خصايص مشابه آنهايي می باشد که براي آلياژ ماتريس غيرتقويتي Al2124 ارائه شده می باشد [6].

شکل 2-10:( a)نمونه منحني خزش براي کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM.(b ) سرعت خزش به عنوان تابعي از کرنش خزش براي کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM.(c ) تنش به عنوان تابعي از کرنش براي کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM [6].

2-4-3- آزمايش‌هاي سرعت کرنش ثابت:

شکل( 2-10-c ) که در آن تنش برشي τ در برابر کرنش برشي γ ترسيم شده يک منحني نمونه تنش-کرنش را نشان مي‌دهد که براي کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM بدست آمده می باشد. آزمايش اين شکل و ديگر موارد در سرعت کرنش‌ها و دماهاي مختلف نشان مي‌دهد که کرنش‌هاي حالت پايدار (که مقدار تنش اندازه‌گيري شده ثابت مي‌گردد) کوچک هستند (در حدود 2-5%). اين خصوصيت که معادل مورد آزمايش خزش می باشد، مشابه مقداري می باشد که براي Al2124PM و کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM ارائه شده می باشد [6].

2-4-4- وابستگي سرعت خزش حداقل به تنش در دماهاي مختلف:

وابستگي سرعت خزش حالت پايدار به تنش اعمالي با انجام يک سري از آزمايش‌هاي افزايش تنش و غيرمنقطع در سه دماي مختلف K 678 و 648 و 618 تحقيق گردید. نتايج در شکل (2-11-a )نشان داده شده که در آن سرعت حالت پايدار (يا سرعت خزش حداقل) در برابر تنش برشي τ بر روي يک مقياس لگاريتمي مضاعف براي هر سه دما ترسيم شده می باشد. همان گونه که در اين شکل ديده مي‌گردد داده‌ها تا شش برابر بزرگي سرعت کرنش امتداد مي‌يابند. توان تنش ظاهري na همان گونه که از روي شيب نمودار تخمين زده مي‌گردد ثابت نيست اما با کاهش تنش اعمالي افزايش مي‌يابد. (شکل2-11- (b

شکل2-11: (a) سرعت خزش حالت پايدار به عنوان تابعي از تنش اعمالي (مقياس لگاريتمي) براي کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM در K 678 و 648 و 618 (b) توان تنش ظاهري براي خزش در کامپوزيت       Sic2124 Al vol%5PM به عنوان تابعي از تنش اعمالي در K 648 ؛ براي مقايسه مستقيم داده‌هاي     Al2124PM هم آمده می باشد [6].

2-4-5- وابستگي سرعت خزش حالت پايدار به دما:

سرعت خزش حالت پايدار در برابر تنش در (شکل-a 2-11 )براي ترسيم γ لگاريتمي در برابر 1/T بکار رفت، که در آن T دماي مطلق در تنش ثابت می باشد. سپس انرژي فعالسازي ظاهري براي خزش Qa از شيب‌هاي خطوط مستقيم حاصله بدست مي‌آيند که برابر Qa/R هستند که در آن R ثابت گازي می باشد. مقادير تخميني Qa به عنوان تابعي از تنش برشي اعمالي در شکل 2-12 ترسيم شده‌اند. براي مقايسه، داده‌هاي ارائه شده براي Al2124PM هم تحت شرايط مشابه ترسيم شده می باشد. بررسي شکل نشان مي دهد: انرژي فعالسازي ظاهري Qa ثابت نيست اما با کاهش تنش اعمالي افزايش مي‌يابد. علاوه بر اين انرژي فعالسازي ظاهري به خصوص در تنش‌هاي پايين بزرگتر از انرژي نفوذ در خود QD (kJ mol-1142) می باشد.

شکل 2-12: انرژي فعالسازي ظاهري براي خزش Qa در کامپوزيت Sic2124 Al vol%5PM به عنوان تابعي از تنش اعمالي؛ براي مقايسه مستقيم داده‌هاي Al2124PM هم آمده می باشد [6].

2-4-6- تفسير رفتار خزش به صورت يک تنش آستانه‌اي:

دو تحقيق جديد هست که يکي با تفسير رفتار خزشي آلياژهاي Al2124PM در ارتباط می باشد و ديگري مربوط به مقايسه بين خصوصيات خزش Sic2124 Al vol%5PM و Al2124PM می باشد. اين تحقيقات همراه با فرضيه خاصي در مورد Al2124PM به گونه مختصر در زير مي‌آيد.

نخست اينکه مشخص شده رفتار خزشي آلياژهاي PM Al مثل Al2124PM و Al6061PM در مورد

(الف ) مقادير بالاي توان تنش

(ب ) افزايش توان تنش با کاهش تنش اعمالي

(ج ) مقادير بالاي انرژي فعالسازي براي خزش مشابه آلياژهاي غيرتقويتي DS می باشد. اين تشابه نشان مي‌دهد که وابستگي خطي سرعت خزش به تنش در Al2124PM مثل آلياژهاي DS را مي‌توان به صورت تنش آستانه‌اي تفسير نمود و اينکه رفتار خزشي را مي‌توان با معادله (2-9)که قبلا بيان گردید نشان داد.

دسته بندی : برق

دیدگاهتان را بنویسید