تحقیق اثر بسیار مهم دما برتنش آستانه ای
چکیده ای از بخشهایی از متن:
چکیده :
بررسی ماهیت تنش آستانه ای،روش های اندازه گیری تئوری وعملی ،عوامل موثر وچگونگی محاسبه تنش آستانه ای از جمله مسایل مهمی است که کمتردرمقالات به آن اشاره شده است.هرچند مقالات ومنابع مرتبط با تنش آستانه ای بسیارمحدود است لیک در این پروژه سعی گردیده تا حدودی با این مبحث آشنا شویم .
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
1- 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 7این 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 .
1-1- 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 .
1-1-1- 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 1960 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 (10/0% ) 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 345 تا 620 مگا پاسکال(ksi 90 تا 50) 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 60/0% و یا حتی کمتر دارند ، با این حال هنوز می توانند استحکام تسلیم حدود 485 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 .]1[
1-1-2- انواع گوناگون فولادهای فریت – پرلیت میکروآلیاژ شده عبارتند از :
1-1-2-1-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم
1-1-2-2-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم
1-1-2-3-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیوبیوم
1-1-2-4- فولادهای مولیبدن – نیوبیوم
1-1-2-5-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیتروژن
1-1-2-6-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم
1-1-2-7-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – تیتانیوم
1-1-2-8-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم – وانادیوم
1-1-2-1- 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 10/0% 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 .
...
پیشنهاد شده که یک منبع جایگزین برای رفتار تنش آستانه‌ای در کامپوزیت‌های ناپیوسته SiC-Al (مثل آلیاژهای PM Al) با جداشدگی نابجایی‌ها از ذرات اکسید در ارتباط است که در نتیجه فراوری کامپوزیت‌ها با متالوژی پودر بدست می‌آیند. نتایج تجربی حاضر برای نخستین بار شواهدی زیرساختاری در تایید این نظر فراهم می‌آورد. همچنین روابط نابجایی- پراکندگی ذره مشابه آنهایی است که برای آلیاژهای Al2124PM و آلیاژهای DS ارائه شده است.
بنابر معادله 2-12تنش آستانه‌ای برای خزش در Sic-2124 Al vol%5PM با وابستگی دمایی مشخص می‌شود که بسیار شدیدتر از تنش جداشدگی τd است که به مدول برشی نسبت داده می‌شود. «روسلر» و «آرتز»[8] پیشنهاد کردند که جداشدن ناشی از حرارت یک ذره در آلیاژهای DS منجربه کاهش تنش آستانه ای می گردد که با کاهش دما افزایش می‌یابد. با این حال همان گونه که «پارک» [9] و دیگران نشان داده‌اند، مفهوم فعا لسازی حرارتی نمی‌تواند مقادیر و گرایش‌های تغییرات انرژی فعالسازی ظاهری را برای خزش در آلیاژهای PM Al (که ریزساختارهای‌شان اتصال نابجایی‌ها به ذرات پراکنده را نشان می‌دهد) توجیه کند. حدس زده می‌شود که وابستگی شدید دمایی تنش آستانه‌ای مثل معادله 2-12ممکن است پیامد رابطه‌ای میان ناخالصی‌ها (که توانایی تفکیک ذرات ناپیوسته را دارند) و نابجایی‌هایی باشد که در وجه جداشدگی ذرات به دام افتاده‌اند. با این حال این حدس ماهیتاً کیفی است و اثبات این مکانیسم نیازمند کار بیشتری است.
رفتار خزشی کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM در موارد زیر مشابه Al2124PM است:
(الف ) خصوصیات منحنی خزش،
(ب ) توان تنش ظاهری بالا و تغییرات آن با تنش اعمالی،
(ج ) انرژی فعالسازی ظاهری زیاد برای خزش و تغییرات آن با تنش اعمالی،
(د) وجود تنش آستانه‌ای و
(ه) وابستگی دمایی تنش آستانه‌ای. این تشابهات در رفتار بین کامپوزیت و آلیاژ ماتریس غیرتقویتی نشان می دهند که منشأ اولیه تنش آستانه‌ای در هر دو ماده مشابه است؛ و تغییرشکل ماتریس Al2124PM خزش کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM را کنترل می‌کند. شواهد تجربی با این مشاهدات سازگار است. نخست، داده‌های زیرساختاری در مورد کامپوزیت نشانگر وجود رابطه‌ای میان نابجایی‌ها و ذرات پراکنده بسیار نرم است. شکل و ریخت این ذرات مشابه آنهایی است که در Al2124PM مشاهده می‌شود که پیش از این به عنوان ذرات اکسید تشخیص داده شده بودند و از فراوری ماده با متالوژی پودر بدست می‌آیند. رابطه میان نابجایی‌ها و ذرات اکسید به احتمال زیاد نشان دهنده منشأ اولیه تنش آستانه‌ای در آلیاژ و کامپوزیت است. دوم آنکه، نمودار داده‌های خزش کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM در حورد سرعت خزش در برابر تنش موثر در مقیاس لگاریتمی نشان می‌دهد که رفتار خزشی واقعی آلیاژ گذاری را از لغزش ویسکوز (3=n) به ناحیه تنش بالا (5=n) نشان می‌دهد که پیدایش آن به جدا شدن جابه‌جایی‌ها از اتمسفر اتمی محلول نسبت داده می‌شود. رفتار خزشی واقعی کامپوزیت مشابه آلیاژ ماتریس غیرتقویتی Al2124PM است. چنین شباهتی علاوه بر دیگر تشابهات در رفتار خزش بین دو ماده نشان می‌دهد که رفتار خزشی کامپوزیت تحت کنترل تغییرشکل ماتریس است [9-7].
2-5- بررسی تنش آستانه ای درکامپوزیتAl–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol.% SiCp
آزمایش‌های خزشی بر روی کامپوزیت دانه نرم Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol.% SiCp در محدوده دمایی 533-423 کلوین صورت گرفت. کامپوزیت توان تنش ظاهری و انرژی فعالسازی ظاهری زیادی را برای خزش در دماهای پایین از خود نشان داد.تنش آستانه‌ای مشخص می‌شود. نقش تنش آستانه‌ای در تحلیل مقادیر بالای توان تنش ظاهری و انرژی فعالسازی به همان مقداری کاهش یافت که از آلیاژهای محلول جامد انتظار می‌رفت. نتایج، افزایش مقاومت خزشی را در مقایسه با آلیاژ غیرتقویتی نشان دادند.
آلیاژ Al–Mg–Sc–Zr مقاومت بالا و مقاومت خزشی خوبی را در دمای اتاق تا K423 از خود نشان می‌دهد. خواص مکانیکی عالی این سیستم آلیاژی ناشی از:
(الف ) اثر مقاوم‌سازی محلول جامد که به وسیله منیزیم ایجاد می‌شود و
(ب ) مقاوم‌سازی ذره با رسوب نرم و چسبنده Al3(Sc, Zr) است. منیزیم به عنوان بهترین مقاوم کننده محلول جامد برای آلومینیوم شناخته می‌شود. تا wt.%6 منیزیم در آلیاژهای Al-Sc قابل حل است که اثر محلول جامد را عالی ایجاد می‌کند.
...