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 میتوان 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.
- 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 این 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 .
وانادیوم با تشکیل ذرات رسوب ریز ( با قطر 5 الی 100 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 5تا 15 مگا پاسکال ( ksi 2 و 7/0 ) در هر 01/0 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 15/0% وانادیوم تاثیر می گذارد که در شکل 1-1 نشان داده شده است .
شکل (1-1) اثر میزان سرد کاری روی افزایش استحکام تسلیم ناشی از قوی ساختن رسوب در یک فولاد 15/0 درصد وانادیوم ]1[
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 (2-1) نشان داده شده است با افزایش 9/0 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 50 مگا پاسکال (ksi 7) کمتر از فولاد وانادیوم است اما در سطح آلیاژی بسیار کمتری است ( یعنی nb 06/0 % در برابر 14/0% 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 25/0 درصد کربن و 087/0 درصد وانادیوم حدود 450 مگا پاسکال (ksi 65) است . حد عملی استحکام های تسلیم برای فولاد میکرو آلیاژ شده وانادیوم نورد گرم حدود 415 مگا پاسکال (ksi 60) 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 415 مگا پاسکال (ksi 60) 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 60- X )]1[.
...
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده
فصل اول :مقدمه
1- مقدمه ...................................... 1
1-1- فولادهای کم آلیاژی....................... 1
1-1-1- اثرات افزودنی های میکروآلیاژ کننده... 1
1-1-2- انواع گوناگون فولادهای فریت – پرلیت میکروآلیاژ 2
1-1-2-1-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم ... 2
1-1-2-2-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم .... 5
1-1-2-3-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیوبیوم 6
1-1-2-4- فولادهای مولیبدن – نیوبیوم ........ 7
1-1-2-5-فولادهای میکروآلیاژ شده وانادیوم – نیتروژن 7
1-1-2-6-فولادهای میکروآلیاژ شده تیتانیوم ... 8
1-1-2-7-فولادهای میکروآلیاژ شده نیوبیوم – تیتانیوم 11
1-2-نکته :................................... 11
فصل دوم :مروری بر منابع
2-1- معرفی معادلات خزش:....................... 12
2-2- بررسی تنش آستانه ای در آلیاژAl-0/03wt%Sc... 14
2-3_ بررسی تنش آستانه ای در آلومینیوم 5083 اصلاحی 16
2-3-1- وابستگی سرعت کرنش حالت پایدار به تنش. 15
2-3-2- وابستگی تنش در حالت پایدار به دما.... 20
2-3-3- مشاهده ریزساختار..................... 21
2-3-4- آزمایش وجود تنش آستانهای............ 23
2-3-5- منشا تنش آستانهای................... 25
2-3-6- انرژی فعالسازی واقعی................ 26
2-3-7- نتایج .............................. 27
2-4- بررسی تش آستانه ای در کامپوزیت 5% حجمی Al 2124-Sic 27
2-4-1- ماده آزمایش ......................... 28
2-4-1-1- آزمایش مکانیکی.................... 29
2-4-1-2- آزمایش ریزساختار.................. 29
2-4-2- منحنی‌های خزش.......................... 30
2-4-3- آزمایشهای سرعت کرنش ثابت............. 32
2-4-4- وابستگی سرعت خزش حداقل به تنش در دماهای مختلف 32
2-4-5- وابستگی سرعت خزش حالت پایدار به دما.. 33
2-4-6- تفسیر رفتار خزش به صورت یک تنش آستانهای... 34
2-4-7- منشأ تنش آستانهای.................... 36
2-5- بررسی تنش آستانه ای درکامپوزیتAl–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol.% SiCp 39
2-5-1 - وابستگی تنش آستانهای به دما......... 43
2-5-2- نتایج................................ 44
2-6-بررسی تنش آستانه ای برای خاصیت فوق خمیری درآلیاژهای Al-Mg-Zn 44
2-7-بررسی تنش آستا نه ای در سوپرپلاستیک ........ 48
2-7-1- توضیحات ابتدایی برای ناحیه I......... 50
2-7-2- پیشرفت‌های تفسیر ناحیه I............... 51
2-7-3- تنش آستانهای تحت ناخالصی.............. 51
2-7-4- نتایج................................ 54
2-8- روشهای اندازه گیری تنش آستانه ای........... 55
2 -8-1-روش عملی با استفاده از آزمایش خزش.... 55
2-8-2-روش تئوری با استفاده از مدلهای موجود... 56
2-9-اثر دما برتنش آستانه ای ................... 57
2-10-اثر تاریخچه بارگذاری برروی تنش آستانه ای .. 59
فصل سوم : نتیجه گیری
3-1-نتیجه گیری ................................ 62
3-2-پیشنهاد................................... 63
منابع ......................................... 64
فهرست اشکال
شکل (1-1): اثر میزان سرد کاری روی افزایش استحکام تسلیم ناشی از قوی ساختن رسوب در یک فولاد 15/0 درصد وانادیوم................... 3
شکل(1-2): اثر کاربید نیوبیوم روی استحکام تسلیم برای اندازه های متفاوت ذرات کاربیدنیوبیوم .................................. 5
شکل (الف 1-3):در زبری دانه آستنیت طی گرم کردن مجدد و بعد از نورد گرم برای نگهداری به مدت 30 دقیقه که مقدار تیتانیوم بین080/0% و 022/0% درصد می باشد..................................................... 9
شکل (1-3-ب ): وابستگی استحکام دهی رسوب روی اندازه متوسط رسوب (X) و کسر آن مطابق با تئوری و مشاهدات آزمایشی برای افزودنی های میکروآلیاژ کننده ی داده شده............................................. 10
شکل (2-1):نمودار خزش –تنش آلیاژ Al-6Mg-2Sc-1Zr............. 12
شکل (2-2) :هندسه مدل صعود برای آلیاژ آلومینیوم....... 15
شکل (2-3):اثر تنش اعمالی بر سرعت حرکت نابجایی ها....... 15
شکل(2-4): منحنی‌های تنش واقعی- کرنش واقعی برای 5083Al... 18
شکل(2-5): مثال آزمایشهای افزایش تنش و منحنی خزش برای 5083Al 18
شکل (2-6):نمودار کرنش در برابر تنش جریانی در حالت پایدار درمقیاس لگاریتمی..................................................... 19
شکل (2-7):مشاهدات TEM از 5083Al تا کرنش واقعی 2.3در (a,b) 570=Tو (C)450=Tکلوین........................................ 22
شکل(2-8) :وابستگی تنش آستانهای واقعی را به دما نشان می‌دهد 24
شکل (2-9):مدول برشی بر تنش موثر دربرابر معکوس دمای مطلق 26
شکل (2-10):(a)نمونه منحنی خزش برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM. (b) سرعت خزش به عنوان تابعی از کرنش خزش برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM (c ) تنش به عنوان تابعی از کرنش برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM 31
شکل2-11: (a) سرعت خزش حالت پایدار به عنوان تابعی از تنش اعمالی (مقیاس لگاریتمی) برای کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM در K 678 و 648 و 618 (b) توان تنش ظاهری برای خزش در کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM به عنوان تابعی از تنش اعمالی در K 648 ؛ برای مقایسه مستقیم داده‌های Al2124PM هم آمده است. 33
شکل (2-12): انرژی فعالسازی ظاهری برای خزش Qa در کامپوزیت Sic-2124 Al vol%5PM به عنوان تابعی از تنش اعمالی؛ برای مقایسه مستقیم داده‌های Al2124PM هم آمده است.......................................... 34
شکل(2-13) : مقادیر تخمینی (τ0/G) به صورت لگاریتم (τ0/G) دربرابر1/T 37
شکل(2-14): نمودار جریان تنش با سرعت کرنش حداقل برای کامپوزیت Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC (نشانه‌های بسته نشان دهنده داده‌های خزش است درحالیکه نشانه‌های توخالی نشان دهنده داده‌های آزمایش کششی است.)........... 41
شکل(2-15): (a) نموداری که نشان دهنده تخمین تنش آستانهای برای خزش نابجایی)5=n) است و (b) تغییرات سرعت خزش وابسته به دما با تنش موثر طبیعی برای کامپوزیت شکل یافته Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC......................... 42
شکل( 2-16): تغییر تنش آستانهای با دما برای کامپوزیت Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC و آلیاژ Al–6Mg–2Sc–1Zr که وابستگی دمایی را نشان می‌دهد...... 43
شکل (2-17):نمایش آهنگ کرنش در برابر تنش واقعی برای تعیین تنش آستانه ای (a,b)پودر متالورژی zk61وآلیاژهای مسلح zk60 و(c,d)آلیاژ AZ91 و(e,f) آلیاژ AZ61,(h,g ) آلیاژ AZ31.......................................... 46
شکل (2-18)وابستگی تنش آستانه ای به دما .............. 47
شکل (2-19): نمایش شماتیک رابطه s شکل بین تنش و سرعت کرنش (مقیاس لگاریتمی) که اغلب مشخصه رفتار تشکیل آلیاژهای ریزدانه سوپرپلاستیک است و (b) روابط شماتیک مربوط به این رفتار، شکل‌پذیری و نقش لغزش مرزی در کرنش کل 49
شکل( 2-20- ((a) نمودار لگاریتم τ0/G به عنوان تابعی از 1/T برای آلیاژهای مختلف Zn-22% Al. داده‌ها برای حاوی120و423و1460 و 40 ppm (b) نمودار τ0/G به عنوان تابعی از مقدار Fe در Zn-22% Al در دمای 433 کلوین ............. 52
شکل(2-21):روش برون یابی برای تنش آستانه ای........... 55
شکل (2-22):تاثیر دما بر تنش آستانه ای در دماهای 423و477و533 کلوین 58
شکل(2-23):اثر دما برروی منحنی نرخ کرنش – تنش.......... 58
شکل (2-24) :نمودار تاثیر دما بر تنش آستانه ای از طریق تئوری وعملی 59
شکل (2-25): تغییرات نسبت کرنش با زمان آزمایش خزش...... 60
شکل(2-26):تغییرات با تنش برای آزمایشهای متعارف ودر تنش متفاوت 61
دماهای مختلف..................................... 56
جدول 2-5:تنش آستانه ای حساب شده با تفسیر تنش از نمودار دربرابر .............................................. 61
جدول1-1:اثر مقدار منگنز روی قوی ساختن رسوب فولاد میکروآلیاژ شده وانادیوم با ترکیب پایه 08/0 درصد کربن و 30/0 درصد سیلیسیوم 5
جدول2-1:تنش آستانهای در دماهای مختلف............. 24
جدول 2-2 :تنش آستانهای بر حسب دما............... 36
جدول 2-3: مدلهای مختلف تنش آستانه ای.............. 56
جدول 2-4: نتایج حاصل برای تنش آستانه ای در دماهای مختلف 56
جدول 2-5:تنش آستانه ای حساب شده با تفسیر تنش از نمودار دربرابر .............................................. 61
75 ص فایل WORD
دانلود پروژه بـررسـی تنـش آسـتانـه ای بـر روی فـلـزات و آلـیـاژها
