عنوان :

پروژه اثر بسیار مهم دما بر تنش آستانه ای

تعداد صفحات : ۷۱

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده :

   با پیشرفت بشر وایجاد تکنولوژی جدید ،نیاز انسان به تولید موادی که در دماهای بالا خواص مکانیکی مناسبی از خود نشان می دهند ،افزایش پیدا کرده است.برای پاسخگویی به این نیاز شناخت مکانیزم هایی که درشرایط دمای بالا اتفاق می افتد لازم است.آزمایش خزش از جمله آزمایشاتی است که به خوبی می تواند جوابگوی این نیاز باشد.

 محققان با بررسی در آلیاژهای آلومینیوم به نتایج جالبی در مورد اثر تنش آستانه ای رسیده اند .دما از جمله پارامترهای مهم در بحث خزش است . دما با هر نرخ کرنش خزشی یک رابطه اکپوتانسیلی دارد.افزایش دما افزایش سرعت مکانیزم های موثر در خزش از جمله نفوذ ،لغزش نابجایی ها ،لغزش مرزدانه ،کروی شدن ،اکسید شدن ،دکربوره شدن وغیره  می باشد.

هدف اصلی از این بررسی اثر بسیار مهم دما برتنش آستانه ای است.

 آنچه در مورد تنش آستانه ای به نظر می رسد این مطلب است که با خزش ارتباطی نزدیک داشته ومی توان با استفاده از نمودارهای خزش آن را تحلیل کرد.

در واقع  می توان گفت تنش آستانه ای به دلیل اندر کنش نابجایی ها با ذرات واثر متقابل آنها برهم ایجاد می شود.به بیان دیگر عدم تقارن نیروی صعود ناشی از عدم تقارن شبکه علت اصلی پیدایش تنش آستانه ای است. این تنش را می توان با استفاده از روش برونیابی برروی نمودار تنش – کرنش ویا باروابط موجود بدست آورد. از جمله پارامترهای موثر بر آن دما می باشد که با افزایش آن تنش آستانه ای بشدت افت می کند.

کلمات کلیدی :خزش ،تنش آستانه ای ،نرخ کرنش ،برون یابی

فهرست مطالب

چکیده :    ۱
۱- مقدمه :    ۲
۱-۱- فولادهای کم آلیاژی:    ۲
۱-۱-۱- اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده :    ۲
۱-۱-۲-۱- فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم :    ۴
۱-۱-۲-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم :    ۶
۱-۱-۲-۳- فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – وانادیوم :    ۷
۱-۱-۲-۴- فولادهای میکروآلیاژ شده مولیبدن – نیوبیوم :    ۸
۱-۱-۲-۵- فولادهای میکرو آلیاژ شده ی وانادیوم – نیتروژن :    ۹
۱-۱-۲-۶- فولادهای میکروآلیاژ شده ی تیتانیوم :    ۹
۱-۱-۲-۷- فولادهای میکروآلیاژ شده ی تیتانیوم – نیوبیوم :    ۱۲
۱-۲-نکته :    ۱۳
۲-۱- معرفی معادلات  خزش:    ۱۳
۲-۲- بررسی تنش آستانه ای در آلیاژAl-0/03wt%Sc:    ۱۶
۲-۳_ بررسی تنش آستانه ای در آلومینیوم ۵۰۸۳ اصلاحی  :    ۱۸
۲-۳-۱- وابستگی سرعت کرنش حالت پایدار به تنش:    ۲۰
۲-۳-۲- وابستگی تنش در حالت پایدار به دما:    ۲۲
۲-۳-۳- مشاهده ریزساختار:    ۲۳
۲-۳-۴-  آزمایش وجود تنش آستانه‌ای:    ۲۴
۲-۳-۵-  منشا تنش آستانه‌ای:    ۲۶
۲-۳-۶-  انرژی فعالسازی واقعی:    ۲۷
۲-۳-۷- نتایج  :    ۲۸
۲-۴- بررسی تش آستانه ای در کامپوزیت ۵% حجمی Sic-2124 Al :    ۲۹
۲-۴-۱- ماده آزمایش :    ۳۰
۲-۴-۱-۱- آزمایش مکانیکی:    ۳۰
۲-۴-۱-۲- آزمایش ریزساختار:    ۳۱
۲-۴-۲- منحنی‌های خزش:    ۳۱
۲-۴-۳- آزمایش‌های سرعت کرنش ثابت:    ۳۴
۲-۴-۴- وابستگی سرعت خزش حداقل به تنش در دماهای مختلف:    ۳۴
۲-۴-۵- وابستگی سرعت خزش حالت پایدار به دما:    ۳۵
۲-۴-۶- تفسیر رفتار خزش به صورت یک تنش آستانه‌ای:    ۳۶
۲-۴-۷- منشأ تنش آستانه‌ای:    ۳۸
۲-۵- بررسی تنش آستانه ای درکامپوزیتAl–۶Mg–۱Sc–۱Zr–۱۰ vol.% SiCp    ۴۱
۲-۵-۱ – وابستگی تنش آستانه‌ای به دما    ۴۵
۲-۵-۲-نتایج:    ۴۶
۲-۶-بررسی تنش آستانه ای برای خاصیت فوق خمیری درآلیاژهای Al-Mg-Zn    ۴۶
۲-۷-بررسی تنش آستا نه ای در سوپرپلاستیک    ۵۰
۲-۷-۱- توضیحات ابتدایی برای ناحیه I :    ۵۲
۲-۷-۲- پیشرفت‌های تفسیر ناحیه I    ۵۲
۲-۷-۳- تنش آستانه‌ای تحت ناخالصی    ۵۳
۲-۷-۴- نتایج    ۵۶
۲-۸- روشهای اندازه گیری تنش آستانه ای    ۵۷
۲ -۸-۱-روش عملی با استفاده از آزمایش خزش :    ۵۷
۲-۸-۲-روش تئوری با استفاده از مدلهای موجود:    ۵۸
۲-۹-اثر دما برتنش آستانه ای :    ۵۹
۲-۱۰-اثر تاریخچه بارگذاری برروی تنش آستانه ای :    ۶۱
۳-۱-نتیجه گیری    ۶۴
۳-۲-پیشنهاد:    ۶۵
منابع    ۶۶

منابع

۱-عشوری ،کیوان:مقایسه خوردگی فولادهای میکروآلیاژی با فولادهای معمولی ،دانشگاه آزاد اسلامی یزد ، شماره ۳-۴۷۵،.پاییز ۱۳۸۶

 [۲].S.P.Deshmukh,”Creep behavior and threshold stress of an extruded Al–۶Mg–۲Sc–۱Zr alloy”,materials sci A.381(2004)

[۳]. C. Girish Shastry a , P. Parameswaran a , M.D. Mathew a,∗ , K. Bhanu Sankara Rao a , S.D. Pathak b

” Effect of loading history on the threshold stress in the creep deformation of an austenitic stainless steel”,Materials Sci Eng A(2007)

[۴]. Emmanuelle A. Marquis, David C. Dunand ,”Model for creep threshold stress in precipitation-strengthened alloys with coherent partivles “,Sci Mater 47(2002) 503-508

[۵]. R. Kaibysheva,∗ , F. Musina , E. Avtokratovaa , Y. Motohashib, “Deformation behavior of a modified 5083 aluminum alloy”,Mater Sci Eng A 392 (2005) 373-379

[۶]. Zhigang Lin 1, Yong Li 2, Farghalli A. Mohamed ,” Creep and substructure in 5 vol.% SiC–۲۱۲۴ Al composite”,Mater Sci Eng A 332(2002) 330-342

[۷] Emmanuelle A.Marquis,David N.Seidman,David C.Dunand,”Effect of Mg addition on the creep and yield behavior of an Al-Sc alloy”,Acta Mater 51 (2003) 4751-4760

[۸].E.Arzt,j Rosler,Acta Metall.38 )1990( 671

[۹].K.T.Park,E.J.Lavernia.F.A.Mohamed,Acta Metall.Mater.42)1994(667

[۱۰].  S.P. Deshmukh a , R.S. Mishra a,∗ , K.L. Kendig ,”Creep behavior of extruded Al–۶Mg–۱Sc–۱Zr–۱۰ vol.% SiCp composite”,Mater Sci Eng A 410-411 (2005) 53-57

[۱۱].  J.A. del Valle,* F. Carreno and O.A. Ruano,” On the threshold stress for superplasticity in Mg–Al–Zn alloys’,Scr Mater 57 (2007) 829-832

۱- مقدمه :

   با پیشرفت بشر وایجاد تکنولوژی جدید ،نیاز انسان به تولید موادی که در دماهای بالا خواص مکانیکی مناسبی از خود نشان می دهند ،افزایش پیدا کرده است.برای پاسخگویی به این نیاز شناخت مکانیزم هایی که درشرایط دمای بالا اتفاق می افتد لازم است.آزمایش خزش از جمله آزمایشاتی است که به خوبی می تواند جوابگوی این نیاز باشد.

 محققان با بررسی در آلیاژهای آلومینیوم به نتایج جالبی در مورد اثر تنش آستانه ای رسیده اند .در این پروژه سعی می کنیم با تفکیک اثرات ۷این تنش برروی مواد مختلف نتیجه ای قابل لمس از مبحث مطروحه بدست آوریم . البته  مقالات در این زمینه بسیار انگشت شمار وپیوستگی این مقالات محدود هم کاری دشوار .

 هدف اصلی از این بررسی اثر بسیار مهم دما برتنش آستانه ای است که با توجه به این موضوع اهمیت بحث حاضر مشخص می شود.

قبل از ورود به مبحث اصلی لازم است مروری بر فولادهای میکروآلیاژی داشته باشیم .

 ۱-۱- فولادهای کم آلیاژی:

فولادهای کربنی با یک یا چند عنصر کرم ، نیکل ، مس ، مولیبدن ، فسفر وانادیم، به مقادیر چند درصد یا کمتر از فولاد کم آلیاژی می نامند. مقادیر بالا از عناصر الیاژی معمولاً برای خواص مکانیکی و سختی پذیری است .

 ۱-۱-۱- اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده :

این بخش بر روی فولادهای پرلیت – فریت میکروآلیاژ شده تاکید کرده است ، که از افزودنی های عناصر آلیاژ کننده مثل نیوبیوم و وانادیوم برای بالا بردن کربن و یا محتواهای منگنز استفاده می کند ( و به این ترتیب توانایی حمل بار بالا می رود ) بررسی های گسترده در طول دهه ۱۹۶۰ بر روی اثرات نیوبیوم و وانادیوم روی خصوصیات مواد یا مصالح درجه ساختمانی باعث کشف این موضوع گردید که مقادیر کم نیوبیوم، وانادیوم هر کدام (۱۰/۰% ) فولادهای استاندارد کربن – منگنز را بدون تداخل با بعمل آوری بعدی مستحکم و قوی می سازند مقدار کربن نیز می تواند کم شود تا هم قابلیت جوش را بالا ببرد و هم چقرمگی را ، چون اثرات مقاومت دهندگی نیوبیوم و وانادیوم بخاطر کاهش در استحکام ناشی از کاهش در مقدار کربن جبران می شوند .

خصوصیات مکانیکی فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالای میکرو آلیاژ شده ، فقط در صورت افزایش عناصر میکرو آلیاژ کننده حاصل می شوند . لازمه ی وجود آستنیت که به اثرات پیچیده طرح آلیاژ و تکنیک های نورد کاری بستگی دارد ،  نیز یک فاکتور مهم در تصفیه دانه ای فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالای نورد گرم است . تصفیه دانه ای در صورت وجود آستنیت با روش های نورد کاری کنترل شده ، باعث چقرمگی بالا و استحکامهای تسلیم زیاد در رنج ۳۴۵ تا ۶۲۰ مگا پاسکال(ksi 90 تا ۵۰) می شود.

این توسعه فرآیندهای نوردکاری کنترل شده همراه با طرح آلیاژ، سطوح استحکام تسلیم بالایی را تولید کرده است که با پایین آمدن تدریجی مقدار کربن توام می باشد بسیاری از فولادهای کم آلیاژ دارای استحکام بالا میکروآلیاژ شده اختصاصی ، مقادیر کربن به کمی ۶۰/۰% و یا حتی کمتر دارند ، با این حال هنوز می توانند استحکام تسلیم حدود ۴۸۵ مگا پاسکال (ksi 70) را توسعه داده و ایجاد نمایند . استحکام تسلیم بالا  ، با اثرات ترکیبی اندازه دانه ریز ایجاد شده و در طول نورد کاری گرم کنترل شده و استحکام دهندگی رسوب حاصل می شود که این خصوصیت ناشی از حضور وانادیوم ، نیوبیوم و تیتانیوم است .]۱[

 ۱-۱-۲– انواع گوناگون فولادهای فریت – پرلیت میکروآلیاژ شده عبارتند از :

۱-۱-۲-۱-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم

۱-۱-۲-۲-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم

  ۱-۱-۲-۳-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیوبیوم

۱-۱-۲-۴- فولادهای مولیبدن – نیوبیوم

۱-۱-۲-۵-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیتروژن

۱-۱-۲-۶-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم

۱-۱-۲-۷-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – تیتانیوم

   ۱-۱-۲-۸-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم – وانادیوم

 ۱-۱-۲-۱- فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم :

تهیه و توسعه فولادهای حاوی وانادیوم مدت کوتاهی پس از تهیه فولادهای هوازدگی رخ می‌دهد و محصولات نورد شده صاف با بیش از ۱۰/۰%  وانادیوم بطور وسیعی در شرایط نورد گرم بکار می روند فولادهای حاوی وانادیوم نیز در شرایط نورد کنترل شده ، نرمال شده و یا کوئنچ و تمپر شده بکار می روند .

وانادیوم با تشکیل ذرات رسوب ریز ( با قطر ۵  الی ۱۰۰ نانومتر ) V (CN) در فریت در طول سرد سازی پس از نورد گرم به قوی ساختن کمک می کند . این رسوبات وانادیوم ، که به پایداری رسوبات نیوبیوم نیستند ، محلول در همه دماهای عادی نورد کاری هستند که برای ایجاد فریت دانه ریز مفید می باشند قوی ساختن به وسیله وانادیوم ، بین ۵تا ۱۵ مگا پاسکال ( ksi 2 و ۷/۰ ) در هر ۰۱/۰ ترکیب شیمیایی وانادیوم است و این حد متوسط به مقدار کربن و سرعت سرد سازی حاصل از نورد گرم بستگی دارد ( و بنابراین به ضخامت مقطع نیز بستگی دارد ) سرعت سرد سازی که با دمای نورد گرم و ضخامت مقطع معین می شود برروی قوی ساختن سطح رسوب در فولاد ۱۵/۰% وانادیوم تاثیر می گذارد که در شکل ۱-۱ نشان داده شده است .

در سرعت های سرد سازی بالا بیشتر ذرات (CN) V در محلول باقی می ماند و بنابراین بخش کوچکتری از ذرات (CN) V رسوب کرده و قوی ساختن نیز کاهش می یابد در مورد یک ضخامت مقطع داده شده و محیط سرد سازی  ، سرعت های سرد سازی می توانند با افزایش یا کاهش دما قبل ازسرد سازی به ترتیب افزایش یافته و یا کاهش یابند. افزایش دما باعث بزرگتر شدن اندازه دانه ای آستنیت می شود در حالیکه کاهش دمای نورد کاری را دشوار تر می سازد .

مقدار منگنز نیز بر روی استحکام دادن فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم تاثیر می گذارد اثر منگنز روی فولاد وانادیوم نورد شده گرم در جدول (۲-۱) نشان داده شده است با افزایش ۹/۰ درصد منگنز که ناشی از قوی ساختن محلول جامد است . قوی کردن رسوب وانادیوم نیز افزایش می یابد چون منگنز دمای تغییر شکل آستنیت به فریت را پایین می آورد به این ترتیب باعث پراکندگی رسوب ریزتر می شود . این اثر منگنز روی قوی ساختن رسوب بزرگتر از اثرش در فولادهای نیوبیوم است با اینحال استحکام مطلق در یک فولاد نیوبیوم دارای Mn 2/1 % فقط حدود ۵۰ مگا پاسکال (ksi 7) کمتر از فولاد وانادیوم است اما در سطح آلیاژی بسیار کمتری است ( یعنی nb 06/0 % در برابر ۱۴/۰% وانادیوم ) سومین عاملی که روی استحکام فولادهای وانادیوم تاثیر می گذارد اندازه دانه ای فریت تولید شده بعد از سرد سازی از دمای آستنیت کننده است . اندازه های دانه ای فریت ریزتر (که نه تنها باعث استحکام های تسلیم بالاتر شده بلکه چقرمگی و شکل پذیری را نیز بالا می برند) می توانند با دماهای تغییر شکل کمتر آستنیت به فریت و یا با شکل گیری اندازه های دانه ای آستنیت ریز تر قبل از تغییر شکل تولید شوند پایین آوردن دمای تغییر شکل که روی قوی ساختن سطح رسوب تاثیر می گذارد می تواند با افزودن آلیاژ و یا با سرعت های سردسازی افزایش یافته ایجاد شود  در مورد یک سرعت سرد سازی داده شده تصفیه اندازه دانه فریت و تصفیه اندازه دانه آستنیت در طول نورد کاری صورت می گیرد .

اندازه دانه آستنیت فولادهای نورد گرم با تبلور مجدد و رشد دانه ای آستنیت در طول نورد کاری معین می شود فولادهای نورد گرم وانادیوم معمولاً دستخوش نوردکاری قراردادی قرار می گیرند اما با نورد کنترل شده تبلور مجدد تولید می شود. با نورد کاری قراردادی فولادهای وانادیوم قوی ساختن مناسب رسوب را تهیه کرده و قوی ساختن نسبتاً کمی را از تصفیه دانه ایجاد می کنند استحکام تسلیم حداکثر فولادهای وانادیوم نورد گرم قراردادی با ۲۵/۰ درصد کربن و ۰۸۷/۰ درصد وانادیوم حدود ۴۵۰ مگا پاسکال (ksi  ۶۵) است . حد عملی استحکام های تسلیم برای فولاد میکرو آلیاژ شده وانادیوم نورد گرم حدود ۴۱۵ مگا پاسکال (ksi  ۶۰) است حتی وقتی تکنیک های نورد کاری کنترل شده بکار روند .

فولادهای وانادیوم که در معرض نورد کاری کنترل شده تحت تبلور مجدد قرار می گیرند نیاز به اضافه کردن تیتانیوم دارند بطوریکه رسوب ریزی ازTiN  تشکیل می شود که رشد دانه آستنیت را بعد از تبلور مجدد محدود می سازد .  استحکام های تسلیم از نورد کاری کنترل شده قراردادی به حد عملی حدود ۴۱۵ مگا پاسکال (ksi  ۶۰) محدود شده است که به دلیل فقدان تاخیر تبلور مجدد است وقتی هم استحکام و هم چقرمگی ضربه ای از جمله عوامل مهم باشند در این صورت فولاد نیوبیوم کم کربن و نورد کاری شده کنترل شده قابل ترجیح است ( مثل ورقه مقاوم به ترک خوردگی تحریک شده هیدروژن ۶۰- X )]1[.

۱-۱-۲-۲- فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم :

مثل وانادیوم ، نیوبیوم  استحکام تسلیم را با سخت کردن رسوب ، بالا می برد ، میزان افزایش به اندازه و مقدار کاربیدهای نیوبیوم رسوب کرده بستگی دارد .

با این حال نیوبیوم نیز یک تصفیه کننده دانه ای موثر از وانادیوم است . بنابراین اثر ترکیبی قوی کردن رسوب و تصفیه دانه فریت نیوبیوم، یک عمل قوی کننده موثرتر از وانادیوم می سازد . اضافه کردن نیوبیوم معمولاً حدود ۰۴/۰% تا ۰۲/۰% درصد است .

استحکام دهی با نیوبیوم ۳۵ تا ۴۵ مگا پاسکال (۵تا ۶ ksi )در هر ۰۱/۰ درصد اضافه کردن است. این استحکام دهی با نقص قابل توجهی از چقرمگی فاز توام می باشد . تا اینکه روندهای نوردکاری ویژه ای تهیه شدند و مقادیر کربن برای جلوگیری از شکل گیری بینیت فوقانی پایین آورده شدند . بطور کلی دماهای پرداخت کاری بالا و عبورهای تغییر شکل نوری در مورد فولادهای نیوبیوم بکار می روند چون ممکن است باعث افزایش اندازه های دانه های مخلوط و یا فریت و یدمن اشتاتن شود که چقرمگی را ناقص می کند . فولادهای نیوبیوم با نورد کاری کنترل شده و سرد کردن مستقیم تولید می شوند.

نوردکاری کنترل شده تحت تبلور مجدد فولاد نیوبیوم می تواند بدون تیتانیوم موثر باشد و این در حالی است که نورد کاری تحت تبلور مجدد فولادهای وانادیوم برای تصفیه ی دانه ای به تیتانیوم نیاز دارد . همچنین نیوبیوم بسیاری مورد نیاز است و فولادهای تیتانیوم – نیوبیوم می توانند در دماهای بالاتر نورد کنترل شده تحت تبلور مجدد بشوند. در حال حاضر فولادهای سطح ساحلی با ضخامت بیش از ۷۵ میلیمتر (in 3) و با استحکام های تسلیم ۳۴۵ تا ۴۱۵ مگا پاسکال (۵۰ تا ۶۰ ksi) بطور معمول تولید می شوند . ]۱[

 ۱-۱-۲-۳- فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – وانادیوم :

فولادهای میکروآلیاژ دارای نیوبیوم  و وانادیوم استحکام تسلیم بالاتری در شرایط نورد گرم بطور قراردادی نسبت به فولادهای موجود را دارد . مثل فولادهای نورد گرم ، فولادهای وانادیوم – نیوبیوم تقریباً همه از استحکام افزایش یافته اشان به دلیل استحکام دهی به رسوب مشتق می شوند و بنابراین دماهای انتقال بالای شکل پذیر  شکننده دارند . اگر فولاد نورد، کنترل شده باشد اضافه کردن نیوبیوم و وانادیوم با هم از جمله مزایایی برای افزایش استحکام تسلیم و پایین آوردن دماهای انتقالی شکل پذیر  شکننده یا تصفیه دانه ای است .

معمولاً فولادهای نیوبیوم – وانادیوم با مقادیر کربن نسبتاً پایین شناخته می شوند . ( کربن کمتر از %۱۰/۰) این مقدار پرلیت را کاهش می دهد و چقرمگی ، شکل پذیری و قابلیت جوش را بالا می برد. این فولادها، معمولاً به عنوان فولادهای کاهش یافته پرلیت شناخته می شوند. ]۱[

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .