کامپوزیت های زمینه فلزی دسته ای از مواد پیشرفته مهندسی هستند که بدلیل خواص منحصر به فردشان، کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف پیدا کرده اند. این مواد از یک زمینه فلزی و یک فاز تقویت کنند? معمولاً سرامیکی تشکیل می شوند. از بین فلزات متداول، آلومینیم و آلیاژهای آن بیشترین کاربرد را بعنوان زمینه کامپوزیت ها پیدا کرده اند و امروزه کامپوزیت های زمینه آلومینیم حاوی تقویت کننده های مختلف تولید می شوند. در این پژوهش یک نوع کامپوزیت آلومینیم- آلومینای ذره ای درجا در حالت مذاب، به روش تزریق پودر فعال توسعه داده شد. به این منظور ابتدا مخلوطی از پودر آلومینیم و اکسید روی در آسیاب گلوله ای پرانرژی فعال و سپس با هدف انجام واکنش آلومینوترمی تولید تقویت کننده درجا به مذاب تزریق شد. برای فعال کردن، مخلوط پودری آلومینیم و اکسید روی به مدت زمان های مختلف فعال و با پراش پرتو ایکس بررسی شد. نتایج نشان داد که در شرایط فعال سازی اعمال شده در زمان های طولانی تر از 60 دقیقه واکنش در محفظه آسیاب آغاز گردید. آنالیز حرارتی پودر فعال شده و فعال نشده نشان داد که دمای شروع واکنش از حدود 1008 درجه سانتیگراد برای پودر فعال نشده به حدود 563 درجه سانتیگراد برای پودر فعال شده به مدت 60 دقیقه کاهش یافت. با استفاده از نمودار های آنالیز حرارتی، معادلات حاکم حل و مکانیزم واکنش و انرژی اکتیواسیون آن تعیین شد. مکانیزم انجام واکنش از نوع کنترل شونده از طریق مرز فازی بود و انرژی اکتیواسیون آن با فعال سازی به مدت 60 دقیقه بیش از 7 برابر کاهش یافت. همچنین نسبت آلومینیم به اکسید روی نیز در فرایند فعال سازی بررسی و مخلوط اکسید روی- 40% آلومینیم بهینه تشخیص داده شد. پس از تزریق پودر فعال به عمق مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل تحت فشار در یک سیستم ریخته گری کوبشی منجمد شد. ریزساختار نمونه های کامپوزیتی ریختگی به صورت کیفی و کمی ارزیابی و مشاهده گردید ذرات آلومینا در اثر واکنش درجا در زمینه پراکنده شده اند. مکانیزم غالب توزیع ذرات در زمینه بصورت تجمع در بین بازوهای دندریتی، یعنی به دام افتادن بود. همچنین نتایج نشان داد که متوسط اندازه ذرات تقویت کننده با افزایش دمای مذاب و افزایش مقدار آلومینیم در پودر فعال کاهش یافته است، اما ضریب شکل تغییر محسوسی نکرد. به طور میانگین بیشتر از 75% ذرات تقویت کننده ابعادی کمتر از ?m 1/0 داشتند. این مشاهدات بر اساس تغییر سرعت واکنش و فاصله میانگین ذرات اکسید روی در پودر فعال تزریق شده توجیه شد. افزایش مقدار پودر فعال اضافه شده به مذاب تغییر قابل توجهی در اندازه و ضریب شکل ذرات تقویت کننده ایجاد نکرد. خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی با نمونه غیر کامپوزیتی متناظر آن مقایسه و نتایج نشان داد برای تمامی شرایط استحکام فشاری و کششی و سختی نمونه کامپوزیتی افزایش و درصد افزایش طول کاهش یافت.

در سالهای اخیر کامپوزیت های زمینه منیزیمی تقویت شده با ذرات سرامیکی بدلیل دارا بودن استحکام ویژه بالا و چگالی کم مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این میان روش غیرواکنش گر درجا یکی از جدیدترین روشهای تولید این نوع کامپوزیت هاست، که بدلیل سادگی فرایند بازیافت آن، از لحاظ زیست محیطی دارای بیشترین اهمیت است. در تحقیق حاضر، تولید کامپوزیت mg/mg2si به روش غیرواکنش گر درجا انجام شد. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که ساختار کامپوزیت محصول، شامل ذرات فاز اولیه mg2si، ساختار یوتکتیکی mg-mg2si و منیزیم بود. ساختار ذرات mg2si ساختاری درشت و دندریتی بود که این ساختار موجب کاهش خواص مکانیکی گردید. بدین منظور، جهت بهسازی این ساختار از دو روش حرارتی و شیمیایی استفاده شد. یک سیستم انجماد جهت دار به منظور بررسی انجمادی کامپوزیت مذکور و تاثیر سرعت سرد شدن بر ساختار تقویت کننده طراحی، ساخته و استفاده شد. مورفولوژی ذرات تقویت کننده در سرعت های سرد شدن بالا به حالت چند وجهی تبدیل شد و اندازه ذرات بطور چشمگیری کاهش یافت. بهبود خواص مکانیکی در سرعت های سرد شدن بالا شاهدی بر موفقیت آمیز بودن این عملیات بود. با افزایش 0/5% وزنی بیسموت قبل از ریخته گری، ساختار ذرات mg2si به چند وجهی تبدیل شد و همچنین اندازه ذرات اولیه mg2si کاهش یافت. آزمون های کشش در سه دما بر سه نوع نمونه منیزیم خالص، کامپوزیت mg/mg2si و حالت بهسازی شده این کامپوزیت انجام شد. بدلیل ساختار مناسب در شرایط بهسازی، خواص کششی در دمای 24 درجه سانتی گراد و 150 درجه سانتی گراد نسبت به کامپوزیت mg/mg2si بهسازی نشده افزایش نشان داد. در محدوده دمایی 220 درجه سانتی گراد، کاهش بیش از حد استحکام نهایی کامپوزیت ملاحظه شد.

فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 aisi به شکل ورق، میله و لوله یکی از مواد سازه ای اصلی صنایع پتروشیمی و پالایشگاه ها، نیروگاه ها و راکتورهایی هسته ای می باشد. فرایند تولید آن شامل ریخته گری پیوسته و تغییر شکلهای متوالی به شکل داغ، گرم و سرد است. تغییرات ریزساختاری این فولاد در فرایند تغییر شکل داغ شامل رشد دانه در حین پیشگرم، تبلور مجدد دینامیکی در حین تغییر شکل و تبلور مجدد استاتیکی و متادینامیکی در زمانهای عبور بین پاسی است که شناخت آنها سبب بهبود طراحی خط نورد می شود. لذا در این تحقیق رشد دانه در حین پیشگرم فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 و سینتیک نرم شدن آن در حین و پس از تغییر شکل داغ توسط آزمایش فشار داغ مورد بررسی قرار گرفت. رشد دانه بر حسب تغییر اندازه دانه متوسط و توزیع اندازه دانه توسط چهار روش جنسن- گاندرسن، روش مقطع زدن متوالی، شبیه سازی سه بعدی مونت کارلو و روش ابراز- لوک بررسی شد. مشاهده شد که توزیع اندازه دانه در حین رشد دانه می تواند با فرض توزیع نرمال لگاریتمی از روش جنسن- گاندرسن از مقطع دوبعدی به دست آید. سینتیک نرم شدن در حین تغییر شکل داغ در دو اندازه دانه اولیه 15 و ?m 40 بررسی شد. نتایج نشان داد زمانی مکانیزم گردنبندی بر توسعه تبلور مجدد دینامیکی حاکم است که نسبت پارامتر زنر هولمن (z) به ثابت a (پارامتر z/a ) بیش از 1000 باشد. رابطه اورامی جهت بررسی سینتیک تبلور مجدد دینامیکی به کار گرفته شد. توان اورامی و کرنشی که در آن 50% تبلور مجدد دینامیکی رخ می دهد از دو روش بررسی ریزساختاری و نمودار تنش کرنش به دست آمد و مقایسه شد. جهت بررسی سینتیک نرم شدن بین پاسی از آرایه l27 در روش تاگوچی استفاده شد. مقادیر پیش کرنش اعمالی در محدوده 25/0 تا 2 برابر کرنش اوج و در چهار گروه انتخاب شد و در هر گروه رابطه اورامی بر حسب توان اورامی و زمان 50% نرم شدن به دست آمد و به این ترتیب سینتیک تبلور مجدد استاتیکی و متادینامیکی مشخص شد. با رسم زمان 50% نرم شدن نرمالیزه بر حسب کرنش نرمالیزه، کرنش انتقالی و زمان 50% نرم شدن مربوط به آن بر حسب پارامتر زنر- هولمن به دست آمد و تشریح شد. با مشخص شدن کرنش انتقالی، موقعیت آن روی منحنی تنش کرنش مورد بررسی بیشتر قرار گرفت. سه سری آزمایش شامل بررسی سختی سنجی ویکرز، آزمایش تفرق اشعه x و الگوی تفرق میکروسکوپ الکترونی عبوری بر نمونه های کوئنچ شده در کرنشهای مختلف بکار گرفته شد. همچنین شبیه سازی ریزساختاری سلولار اتوماتو به این منظور انجام شد. نتایج نشان داد که اختلاف چگالی متوسط نابجایی در دانه های تبلور مجدد یافته دینامیکی و زمینه پس از کرنش انتقالی به مقدار ثابتی می رسد. در نهایت، روش تصحیح نمودار تنش کرنش حاصل از آزمایش فشار داغ توسط نرم افزار abaqus بررسی شد و با کاربرد آرایه l16 در روش تاگوچی و استفاده از تحلیل میانگین روابطی برای یافتن ضریب اصطکاک و تصحیح نمودار تنش کرنش ارائه شد. نتایج تحقیق شامل ارائه روابطی برای تصحیح نمودار تنش کرنش در حین آزمایش فشار داغ، نحوه ارزیابی رشد دانه در حین پیشگرم، ارائه روابط سینتیکی تبلور مجدد دینامیکی، استاتیکی و متادینامیکی و ارائه روشی برای یافتن کرنش انتقالی از منحنی تنش کرنش می باشد.

به تازگی آلیاژهای پایه منیزیم، برای ترمیم و بازسازی عیوب استخوانی مورد توجه قرار گرفته است. از آن جا که خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی این آلیاژها پایین است، نیاز به بهبود این ویژگی ها به خصوص در کاربرد های تحت بار احساس می شد. طراحی و ساخت نانوکامپوزیت های پایه منیزیم می توانست یکی از راه ها برای حل این مشکل باشد. هدف از این تحقیق، تولید، مشخصه یابی نانوکامپوزیت آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت (az91-fa)، ارزیابی تاثیر میزان نانوذرات فلوئورآپاتیت به عنوان تقویت کننده بر روی ریز ساختار، خواص مکانیکی، خوردگی زیستی و زیست فعالی نانوکامپوزیت های آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت و تعیین میزان نانوذرات بهینه برای حصول تلفیق مطلوبی از خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی بود. نانوکامپوزیت های با 10، 20 و 30 درصد وزنی از نانوذرات فلوئورآپاتیت با روش متالورژی پودر تولید شدند. ریز ساختار، خواص مکانیکی، خوردگی زیستی و زیست فعالی نانوکامپوزیت های آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت در مقایسه با آلیاژ منیزیم az91 به عنوان نمونه شاهد بررسی شد. نتایج نشان داد که اضافه شدن نانوذرات فلوئورآپاتیت تأثیر چشمگیری روی خواص مکانیکی و رفتار خوردگی زیستی آلیاژ منیزیم az91 دارد. حضور نانوذرات فلوئورآپاتیت در آلیاژ منیزیم az91 باعث بهبود سختی و ضریب کشسانی شد. نانوکامپوزیت آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت با 20 درصد وزنی از نانوذرات فلوئورآپاتیت بالاترین استحکام تسلیم فشاری را نشان داد و همچنین با افزایش میزان نانوذرات فلوئورآپاتیت در نانوکامپوزیت های آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت، انعطاف پذیری کاهش یافت. نانوکامپوزیت های آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت در مقایسه با آلیاژ منیزیم az91 مقاومت به خوردگی بهتری را نشان داد و مقاومت به خوردگی نانوکامپوزیت های آلیاژ منیزیم-فلوئورآپاتیت با افزایش میزان نانوذرات فلوئورآپاتیت، افزایش یافت. اگر چه افزایش میزان نانوذرات فلوئورآپاتیت باعث بهبود مقاومت به خوردگی نمونه ها شد اما کاهش خواص مکانیکی را نیز به دنبال داشت. نتایج حاصل از آزمون ها جهت تعیین مقدار بهینه نانوذرات برای کسب تلفیقی از خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی بهینه نشان داد که نانوکامپوزیتی با 20 درصد وزنی نانوذرات فلوئورآپاتیت، انتخاب بهینه است. همچنین اضافه شدن نانوذرات فلوئورآپاتیت به آلیاژ منیزیم az91، تشکیل فسفات منیزیم کلسیم و کربنات کلسیم را روی سطح بهبود داده و تسریع می بخشد و در نتیجه حفاظت بهتری را برای آلیاژ منیزیم az91 زمینه فراهم می کند. از سوی دیگر، از تشکیل فسفات منیزیم کلسیم روی سطح، بهبود رشد استخوان در بدن در کاربردهای کلینیکی انتظار می رود.

صفحات دو قطبی پیل های سوختی تاثیر قابل توجهی در وزن، حجم و هزینه های اقتصادی آن دارند. صفحات گرافیتی یا فلزی مشکلاتی را به لحاظ خوردگی، شکنندگی، وزن زیاد و هزینه های بالای تولید دارند. در این پژوهش، ساخت صفحات دوقطبی توسط کامپوزیت های پلیمری رسانا مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، از پلی پروپیلن بعنوان ماتریس و از گرافیت و سه گونه کربن سیاه هادی بعنوان پرکننده برای تامین رسانایی گرمایی و الکتریکی استفاده شد. کامپوزیت های حاوی 55 تا 60 درصد گرافیت، 15 تا 18 درصد کربن سیاه و 20 تا 25 درصد پلی پروپیلن، بهترین گزینه ها برای تولید صفحات پیل سوختی هیدروژنی می باشند. صفحات کامپوزیتی ساخته شده با چگالی حدود 1/1 در مقایسه با صفحات فلزی با چگالی 5 الی g/cm3 8 برای کاربرد مورد بحث، از لحاظ سبکی نیز گزینه برتری می باشند. در بین کامپوزیت های تولیدی، نمونه هایی با ویژگی های مطلوب صفحات دو قطبی در پیل سوختی با هدایت الکتریکی بیش از s/cm 50، استحکام فشاری افزون بر mpa 25 و ضریب هدایت گرمایی بالاتر از w/(m.k)10 وجود دارند. صفحات کامپوزیتی ساخته شده چگالی حدود 1/1 دارند که وزن این صفحات در مقایسه با نمونه های مشابه فلزی 80 درصد، و نسبت به نمونه های مشابه گرافیتی 40 درصد کمتر می باشد. و نیز مشکل خوردگی صفحات فلزی و شکنندگی صفحات گرافیتی را ندارند. کامپوزیت های ساخته شده از کربن سیاه نوع xe-cb و نوع hi-cb-40b به ترتیب دارای بیشترین و کمترین هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و مقاومت مکانیکی بودند.

پودرهای قالب به طور عمده از اکسیدهای سیلیسیم، کلسیم، آلومینیوم، عناصر قلیایی و قلیایی خاکی، با مقادیر کم فلوئوریدها و کربن تشکیل شده اند. این پودرها در ریخته گری مداوم تختال های فولادی به منظور محافظت فلز مذاب از اکسیداسیون مجدد، جلوگیری از اتلاف حرارت، روانسازی، جذب آخال های مضر و کنترل انتقال حرارت بین پوسته فولادی منجمد شده و قالب مسی بر سطح فولاد مذاب افزوده می شوند و بر پایداری فرایند و کیفیت سطحی نهایی محصول، تأثیر بسزائی دارند. از میان ترکیبات مختلف تشکیل دهنده پودرهای قالب، فلوئور عمدتاً بر ویسکوزیته، دمای انجماد و کریستالیزاسیون این پودرها تأثیرگذار است؛ اما انتشارات مواد فرّار حاوی این ترکیب، سبب آلودگی محیط زیست می شود. در این تحقیق نخست سه پودر وارداتی مختلف مورد استفاده در مجتمع فولاد مبارکه شناسائی شده و سپس پودر استارت به عنوان پودر مرجع جهت بررسی اثر ترکیباتی نظیر اکسید بور، کربنات سدیم، اکسید آهن، اکسید تیتانیوم و کربنات لیتیم بر ویسکوزیته، دمای کریستالیزاسیون و درصد کریستالیزاسیون با هدف کم فلوئور کردن آن انتخاب شد. در این راستا 33 نمونه پودر با استفاده از سرباره کوره بلند و کلینکر سیمان پرتلند به عنوان دو ترکیب اصلی و پایه در این پودرها ساخته شد. جهت بررسی ویسکوزیته این پودرها از تست ویسکومتر شیاری و مدل های ریاضی و برای تعیین دما و درصد کریستالیزاسیون آن ها از آنالیز حرارتی تفاضلی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش پرتو ایکس استفاده شد و در انتها مدل جدیدی برای محاسبه ویسکوزیته در دماهای بالا ارائه شد. نتایج نشان دادند که استفاده از سرباره کوره بلند در ساخت این پودرها به دلیل میزان بالای گوگرد در ترکیب آن و نقش بسیار مخرب گوگرد در کیفیت فولاد تولیدی محدود می شود. در نمونه های حاوی کلینکر سیمان پرتلند، کریولیت ترکیبی بسیار موثرتر از فلوئورید کلسیم در کاهش ویسکوزیته بوده اما به دلیل طبیعت شیشه ساز این ترکیب، کریستالیزاسیون به شدت افت پیدا کرد. به منظور رفع این مشکل اکسید تیتانیوم در مقادیر 2، 5 و 8 درصد وزنی به پودرهای کم فلوئور افزوده شد. حضور حدود 8 درصد وزنی tio2 در ترکیب شیمیایی نمونه کم فلوئور، سبب جوانه زنی فاز اسکورلومیت (ca3(fe,ti)2[(si,ti)o4]3) شده که ساختاری مشابه با فاز آندرادیت (ca3fe2o12si3) در نمونه مشابه سازی شده داشت. در نهایت نمونه بدون فلوئور با ترکیب شیمیایی حاوی 8 درصد وزنی tio2 و 1 درصد وزنی li2o، ویسکوزیته مشابه با پودر مرجع و درصد کریستالیزاسیون نهایی 43% ، به عنوان بهترین نمونه از نظر مشابهت خواص با پودر مرجع معرفی شد. به منظور بررسی عملکرد مدل ارائه شده جدید، ویسکوزیته نمونه های مشابه با پودر مرجع با استفاده از مدل جدید و دو مدل ریبود و اربین محاسبه شد. نتایج نشان دادند که مقادیر بدست آمده با استفاده از مدل جدید در دمای °c1150 تشابه بیشتری با نمونه مرجع داشته که این امر عملکرد دقیق تر مدل جدید را نسبت به دو مدل دیگر نشان داد.

حفاظت از محیط زیست و کاهش اثرات منفی مواد آلوده کننده بر موجودات زنده، یکی از مهمترین موضوعات در عصر حاضر است. احتراق ناشی از سوخت های فسیلی، منبع اصلی آلاینده های هوا، مانند دی اکسید گوگرد است. دی اکسید گوگرد در شهر های بزرگ و ناحیه های، صدمات متعددی را برای موجودات زنده و محیط زیست ازجمله باران های اسیدی و مشکلات تنفسی بوجود می آورد. یکی از روش های حذف دی اکسید گوگرد با توجه به محصولات تولیدی که تاحدودی مورد اقبال صنایع قرار گرفته است، استفاده از آمونیاک می باشد. این فرایند محصولات جانبی متنوعی داشته که یکی از با ارزش ترین آنها، آمونیوم سولفات است. در انجام این پایان نامه، یک سیستم آزمایشگاهی برای حذف دی اکسید گوگرد با استفاده از آمونیاک طراحی و ساخته شد و در طی آن تاثیر مشخصه هایی مانند غلظت دی اکسید گوگرد در گاز ورودی (در محدوده ppm 4600-600)، شدت جریان گاز ورودی(در محدوده 5/0-5/2 لیتر بر دقیقه)، غلظت جاذب دی اکسید گوگرد(در محدوده 0-4/0 نرمال) و دما (در محدوده 12-36 درجه سانتی گراد) بر راندمان حذف دی اکسید گوگرد و خلوص آمونیوم سولفات به عنوان دو تابع هدف، در پالایشگاه اصفهان، مورد بررسی قرار گرفتند. در مشخص کردن تعداد آزمایش ها و مقادیر هرکدام از متغیرها در هر آزمایش و ارزیابی نتایج از روش آماری سطح پاسخ بهره گرفته شد. اندازه گیری غلظت دی اکسید گوگرد در فاز گاز توسط آنالایزر testo صورت پذیرفت. درصد خلوص آمونیوم سولفات در هر آزمایش براساس تحلیل نتایج آزمون پراش اشعه ایکس (xrd) بدست آمد. بر این اساس، آمونیوم سولفات محصول عمده تولیدی بوده و ترکیبات آمونیوم سولفیت و آمونیوم پری سولفیت نیز به عنوان دو محصول جانبی تولید شدند. مدل های ارائه شده برای هر دو تابع هدف، با متغیرهای تاثیرگذار به صورت مدل مرتبه دوم حاصل شد. نتایج نشان می دهد، حداقل راندمان حذف دی اکسید گوگرد 87/93 درصد و حداکثر100 درصد است. مدل برازش شده براساس ضریب همبستگی 9011/0 =r^2 ، از صحت قابل قبولی برخورداراست. همچنین حداکثر محصول آمونیوم سولفات تولیدی در این پژوهش در شرایط غلظت دی اکسید گوگرد ورودی ppm 2600، دمای 24 درجه سانتی گراد، دبی هوای آلوده 5/1 لیتر بر دقیقه و غلظت آمونیاک 2/0 نرمال، برابر 1/65 درصد وحداقل برابر صفر( در شرایط استفاده از آب خالص به عنوان جاذب) بدست آمد. تاثیرگذارترین عامل بر راندمان حذف دی اکسید گوگرد، غلظت آمونیاک مشاهده شد (0013/0=prob>f). افزایش غلظت آمونیاک سبب افزایش راندمان خذف دی اکسید گوگرد و کاهش خلوص محصول آمونیوم سولفات می شود. بر خلاف پژوهش های پیشین، به دلیل کوچک بودن بازه تغییرات دما، اثر دما بر روی راندمان حذف شاخص نبود. افزایش دما، همانند اثر غلظت دی اکسید گوگرد ورودی، سبب کاهش خلوص محصول مورد نظر گردید. در غلظت های بالا و پایین محدوده تغییرات غلظت دی اکسید گوگرد ورودی، راندمان حذف دی اکسید گوگرد بیشینه شد. همچنین دبی اثر مستقلی بر دو تابع هدف نداشت ولی تشدید کننده عوامل دیگر بود.

چکیده از میان انواع کامپوزیت های زمینه فلزی می توان به کامپوزیت های زمینه آلومینیومی اشاره نمود که به دلیل خواصی همچون استحکام ویژه بالا، مقاومت به سایش خوب، ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا، کاربرد زیادی را در صنعت خودروسازی، صنایع نظامی و صنایع هوا فضا پیدا کرده اند. روش درجا (in situ) یکی از روش های جدید ساخت کامپوزیت های زمینه آلومینیومی است که در آن فاز تقویت کننده داخل زمینه تولید می شود و در حقیقت فاز تقویت کننده از طریق انجام واکنش های شیمیایی بین عناصر یا بین عناصر و ترکیب های دیگر درون فاز زمینه ایجاد می شود. بنابراین، فاز تقویت کننده با ابعاد ریز و توزیع یکنواختی در زمینه پراکنده می شود. مزیت عمده روش درجا، ترشوندگی مناسب ذرات تقویت کننده توسط مذاب می باشد. در این پژوهش برای تولید کامپوزیت al-al2o3 به روش درجا، از پودر اکسید مس و اکسید روی به عنوان مواد افزودنی به مذاب آلومینیوم خالص استفاده شد. بدین منظور، مخلوط پودری آلومینیوم و اکسید روی پس از فعال سازی مکانیکی، با اکسید مس ترکیب و به مذاب آلومینیوم تزریق گردید. پس از تزریق پودر فعال به عمق مذاب، دوغاب کامپوزیتی حاصل تحت فشار در یک سیستم ریخته گری کوبشی منجمد شد. با واکنش بین این اکسیدها با مذاب، علاوه بر ذرات آلومینا، عناصر مس و روی نیز تولید شدند که حل شدن آنها در مذاب آلومینیوم باعث آلیاژی شدن زمینه گردید. به منظور بررسی دمای شروع واکنش های آلومینوترمیک آکسید روی و اکسید مس در نمونه های پودری فعال شده و همچنین نمونه های مخلوط چندگانه و مقایسه آنها با نمونه های فعال نشده، از روش آنالیز حرارتی دیفرانسیلی استفاده شد. مشاهده شد که با انجام عملیات فعال سازی و همچنین استفاده از مخلوط پودری چندگانه ، دمای واکنش های آلومینوترمیک اکسید روی و اکسید مس بطور چشمگیری کاهش یافت. پارامترهای موثر در روش ریخته گری نمونه های کامپوزیتی با استفاده از نتایج آنالیز فازی سرباره و آنالیز عنصری نمونه های اولیه تولید شده بررسی شدند. برای ارزیابی اندازه و توزیع ذرات آلومینا در نمونه کامپوزیت تولید شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی استفاده شد. مشاهده این تصاویر نشان داد که ذرات آلومینای حاصل از واکنش آلومینیوم با مخلوط چندگانه پودری اکسید روی- اکسید مس در مقایسه با ذرات مشابه حاصل از واکنش آلومینیوم با اکسید روی، بزرگتر و از توزیع بهتری در زمینه برخوردار هستند. برای ارزیابی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیت تولیدی، متناظر با هر نمونه یک نمونه غیرکامپوزیتی با ترکیب شیمیایی یکسان تولید و آزمایش های سختی، فشار وکشش در دمای محیط بر روی نمونه ها انجام شد. خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی با نمونه غیر کامپوزیتی متناظر آن مقایسه و نتایج نشان داد برای تمامی شرایط استحکام فشاری و کششی و سختی نمونه کامپوزیتی افزایش و درصد افزایش طول کاهش یافت. واژگان کلیدی : کامپوزیت زمینه فلزی، روش درجا، واکنش آلومینیوترمیک، ریخته گری کوبشی، ریزساختار

در این تحقیق، کامپوزیت زمینه آلومینیم با استفاده از تقویت کننده های سیم بلند فولادی دوبعدی با درصدهای حجمی 5/0 و 5/1? به کمک روش نفوذدهی مذاب بدون اعمال فشار اضافی ساخته و مشخصه یابی شد. سیم های فولادی بکار رفته در این پژوهش شامل سیم فولاد زنگ نزن، سیم فولاد ساده کربنی، سیم فولاد آلومینایز شده و سیم فولادی با پوشش ni-p به صورت درهم تنیده و در دوبعد و با مش بندی مختلف بودند. استفاده از سیم های فولاد زنگ نزن به عنوان تقویت کننده به دلیل داشتن مش بندی کوچک با عدم موفقیت همراه بود. مش بندی ریز این سیم ها مانع از انجام کامل نفوذدهی مذاب شد. یکی از مسائل مرتبط با کامپوزیت زمینه آلومینیمی تقویت شده با سیم های فولادی، تشکیل فازهای بین فلزی در فصل مشترک زمینه و الیاف است. خصوصیات مکانیکی کامپوزیت های ساخته شده در این پژوهش در حضور فازهای مختلف در فصل مشترک بررسی شد. به منظور تهیه ی سیم فولادی با پوشش ni-p، پوشش ni-p به روش الکترولس و به ضخامت 8-5 میکرومتر بر روی الیاف فولادی اعمال شد. خواص مکانیکی کامپوزیت های ساخته شده توسط آزمون های کشش و ریزسختی و همچنین مشخصات ریزساختاری آن ها توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و همچنین آزمون های آنالیز طیف سنجی تفرق انرژی اشعه ایکس و تفرق اشعه ی ایکس انجام شد. نتایج حاصل از این بررسی ها نشان داد استحکام کششی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پوشش دار ni-p نسبت به زمینه ی آلومینیم خالص بهبود یافته و در عین حال انعطاف پذیری این کامپوزیت افت چندانی نکرده است. کمترین انعطاف پذیدی و بیشترین مقادیر استحکام کششی مربوط به کامپوزیت های تقویت شده با الیاف آلومینایز شده بود. فازهای بین فلزی fe-al که در نتیجه ی تماس fe-al در دمای بالا تشکیل می شوند، فازهایی با سختی و تردی زیاد هستند. از نتایج بررسی های ریزساختاری می توان استنباط نمود که حضور فازهای بین فلزی fe3al، fe2al5 و feal3 در فصل مشترک زمینه/الیاف آلومینایز شده باعث استحکام دهی فصل مشترک شده و در عین حال سختی و شکنندگی فصل مشترک را افزایش می دهند. در مقابل پوشش نازک ni-p در فصل مشترک زمینه/الیاف پوشش دار ni-p مانع از نفوذ اتم ها و تشکیل فازهای یاد شده می شود. اثر این فازها بر استحکام و سختی کامپوزیت با انجام عملیات حرارتی بر روی کامپوزیت تقویت شده با الیاف آلومینایز شده به مدت 6 ساعت و در دمای ?c500 نشان داده شد. کامپوزیت تقویت شده با الیاف آلومینیایز شده که تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند بیشترین استحکام تسلیم و نهایی را در بین کامپوزیت های ساخته شده دارا بودند. در نهایت از تحقیق حاضر می توان چنین نتیجه گیری نمود که حضور فازهای بین فلزی fe-al باعث بهبود استحکام و افزایش سختی کامپوزیت شده و انعطاف پذیری را شدیداً کاهش می دهد. از طرف دیگر، حضور پوشش ni-p در فصل مشترک باعث حفظ انعطاف پذیری و بهبود استحکام کامپوزیت نسبت به زمینه ی آلومینیم می شود.

در این تحقیق، کامپوزیت زمینه آلومینیم با استفاده از تقویت کننده های سیم بلند فولادی دوبعدی با درصدهای حجمی 5/0 و 5/1? به کمک روش نفوذدهی مذاب بدون اعمال فشار اضافی ساخته و مشخصه یابی شد. سیم های فولادی بکار رفته در این پژوهش شامل سیم فولاد زنگ نزن، سیم فولاد ساده کربنی، سیم فولاد آلومینایز شده و سیم فولادی با پوشش ni-p به صورت درهم تنیده و در دوبعد و با مش بندی مختلف بودند. استفاده از سیم های فولاد زنگ نزن به عنوان تقویت کننده به دلیل داشتن مش بندی کوچک با عدم موفقیت همراه بود. مش بندی ریز این سیم ها مانع از انجام کامل نفوذدهی مذاب شد. به منظور تهیه ی سیم فولادی با پوشش ni-p، پوشش ni-p به روش الکترولس و به ضخامت 8-5 میکرومتر بر روی الیاف فولادی اعمال شد. خواص مکانیکی کامپوزیت های ساخته شده توسط آزمون های کشش و ریزسختی و همچنین مشخصات ریزساختاری آن ها توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و همچنین آزمون های آنالیز طیف سنجی تفرق انرژی اشعه ایکس و تفرق اشعه ی ایکس انجام شد. نتایج حاصل از این بررسی ها نشان داد استحکام کششی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پوشش دار ni-p نسبت به زمینه ی آلومینیم خالص بهبود یافته و در عین حال انعطاف پذیری این کامپوزیت افت چندانی نکرده است. کمترین انعطاف پذیدی و بیشترین مقادیر استحکام کششی مربوط به کامپوزیت های تقویت شده با الیاف آلومینایز شده بود. فازهای بین فلزی fe-al که در نتیجه ی تماس fe-al در دمای بالا تشکیل می شوند، فازهایی با سختی و تردی زیاد هستند. از نتایج بررسی های ریزساختاری می توان استنباط نمود که حضور فازهای بین فلزی fe3al، fe2al5 و feal3 در فصل مشترک زمینه/الیاف آلومینایز شده باعث استحکام دهی فصل مشترک شده و در عین حال سختی و شکنندگی فصل مشترک را افزایش می دهند. در مقابل پوشش نازک ni-p در فصل مشترک زمینه/الیاف پوشش دار ni-p مانع از نفوذ اتم ها و تشکیل فازهای یاد شده می شود. اثر این فازها بر استحکام و سختی کامپوزیت با انجام عملیات حرارتی بر روی کامپوزیت تقویت شده با الیاف آلومینایز شده به مدت 6 ساعت و در دمای ?c500 نشان داده شد. در نهایت از تحقیق حاضر می توان چنین نتیجه گیری نمود که حضور فازهای بین فلزی fe-al باعث بهبود استحکام و افزایش سختی کامپوزیت شده و انعطاف پذیری را شدیداً کاهش می دهد. از طرف دیگر، حضور پوشش ni-p در فصل مشترک باعث حفظ انعطاف پذیری و بهبود استحکام کامپوزیت نسبت به زمینه ی آلومینیم می شود.

چکیده فرایند گالوانیزه گرم پیوسته یکی از شناخته شده ترین روش های متداول مورد استفاده جهت حفاظت ورق های فولادی نورد سرد شده در برابر خوردگی است. امروزه به دلیل افزایش مصارف ورق های گالوانیزه در کاربردهایی که کیفیت سطحی بالا نیاز است، کیفیت مورد انتظار از آنها نیز بالاتر رفته است. از آنجا که یکنواختی ضخامت پوشش نقش به سزایی در کیفیت ورق تولیدی ایفا می کند و همچنین یکی از عوامل تعیین کننده هزینه های تولید و قیمت نهایی ورق تولید شده است، لزوم انجام پژوهشی که در آن یکنواختی ضخامت پوشش مورد بررسی جامع قرار گیرند احساس می شود. در این پژوهش، عوامل موثر بر یکنواختی ضخامت پوشش گالوانیزه گرم ورق فولادی تولید شده در مجتمع فولاد مبارکه و روش های بهبود یکنواختی بررسی گردید. پروفیل ضخامت پوشش در عرض ورق گالوانیزه، توسط مشاهدات میکروسکوپی و روش تعیین کننده جرم پوشش در قسمت های مختلف از کلاف های تولیدی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد، مهم ترین عوامل موثر بر یکنواختی ضخامت پوشش ، دمای حمام، سیالیت مذاب، سرعت خط گالوانیزه، پارامترهای تیغه هوا مانند ارتفاع تیغه هوا از سطح مذاب داخل حمام و لرزش ورق هنگام عبور از مقابل تیغه هوا است. همچنین تأثیر غیریکنواختی ضخامت پوشش بر خواص متالورژیکی ورق های گالوانیزه از جمله بافت پوشش، رفتار خوردگی و خواص مکانیکی توسط آزمون های نظیر آنالیز gdoes، پراش پرتو ایکس، مشاهدات میکروسکوپ نوری و الکترونی، آزمون پاشش نمک، آزمون پلاریزاسیون تافل، آزمون کشش و رسم منحنی های حد شکل دهی بررسی گردید. یررسی های میکروسکوپی نشان داد که به دلیل شکل گیری لایه ممانعت کننده در فصل مشترک پوشش و زیرلایه، با افزایش ضخامت پوشش، ضخامت لایه های آلیاژی ثابت مانده و تنها ضخامت لایه اتا یا همان لایه با ترکیب شیمیایی روی خالص افزایش یافت. همچنین با افزایش ضخامت پوشش، بافت سطحی از صفحات قاعده به صفحات زاویه زیاد و صفحات منشوری تغییر می کند که سبب کاهش مقاومت خوردگی پوشش می شود. از طرف دیگر نتایج آزمون پاشش نمک نشان داد که همراه با افزایش ضخامت پوشش، زمان ظاهر شدن 5% زنگ قرمز در سطح ورق افزایش یافته که نشان دهنده افزایش قدرت پوشش جهت حفاظت کنندگی کاتدی از زیرلایه است. در هنگام شکل دهی ورق گالوانیزه، لایه اتا تشکیل شده بر سطح پوشش به صورت روانکار جامد عمل کرده و بنابراین سبب کاهش ضریب اصکاک می گردد. نتایج آزمون شکل دهی اریکسون نیز نشان داده که با افزایش ضخامت پوشش، وسعت ناحیه ایمن در نمودارهای حد شکل دهی افزایش می یابد که نشان دهنده بهبود خاصیت شکل دهی پوشش است. در آخر تأثیر برخی پارامترهای تولید شامل سرعت خط گالوانیزه، دمای حمام مذاب روی و ارتفاع تیغه هوا بر یکنواختی پوشش ارزیابی گردید. افزایش سرعت خط گالوانیزه به دلیل کاهش زمان غوطه وری ورق داخل حمام مذاب و در نتیجه کاهش نفوذ روی در زیرلایه و همچنین افزایش جرم پوشش قرار گرفته بر سطح ورق هنگام خروج از داخل حمام بر ضخامت کل پوشش تأثیر گذار است. افزایش دمای حمام مذاب از یک سو سبب افزایش سیالیت مذاب و در نیتجه کاهش لایه اتا گردیده و از سوی دیگر با افزایش نفوذ روی در زیرلایه ضخامت لایه آلیاژی را افزایش می دهد. افزایش ارتفاع تیغه هوا از سطح مذاب نیز سبب کاهش سیالیت مذاب هنگام عبور از مقابل تیغه هوا گردیده و بنابراین ضخامت پوشش و غیریکنواختی آن افزایش می یابد. با استفاده از نتایج بدست آمده سرعت بهینه خط گالوانیزه در حدودm/min 70، دمای حمام مذاب?c 473 و ارتفاع بهینه از سطح مذاب داخل حمام حدودmm 700 بدست آمد.

آلومینیم به سبب داشتن ظرفیت جریان تئوری نسبتاً بالا(a.hr/kg 2980) از یک طرف و چگالی و قیمت مناسب از طرف دیگر، یک ماده مفید برای ساخت آندهای گالوانیکی یا فداشونده به شمار می رود. با وجود این، در اثر واکنش های خوردگی معمولاًروی سطح آلومینیم خالص، یک لایه اکسیدی محافظ ایجاد می شود که منجر به کاهش پتانسیل مدار بسته آن در آب دریا می گردد و بدین ترتیب قابلیت آن برای حفاظت کاتدی سازه های فولادی از دست می رود. حفاظت کاتدی سکوهای نفتی دور از ساحل و لوله های انتقال نفت و گاز موجود در آب های جمهوری اسلامی ایران نیز مستلزم استفاده از این آندها می باشد. بدین منظور سالیانه چندین میلیون تن آند آلومینیمی وارد می شود. هم اکنون بخش کوچکی از این نیاز توسط کارخانه های داخلی تأمین می شود که گزارش ها حاکی از عدم کیفیت و موثر نبودن آن ها می باشد. در این پژوهش به منظور افزایش کیفیت و عملکرد آندهای آلومینیمی تولید داخل و بی نیاز نمودن کشور از واردات این آندها، به مشخصه یابی یک نوع از این آندهای وارداتی پرداخته شد و با اطلاعات به دست آمده سعی در ارائه ی روشی برای ساخت آندهای عملکرد بالا شد. عملکرد نمونه ها به کمک آزمون الکتروشیمیایی کوتاه مدت تافل و آزمون استاندارد dnv مورد ارزیابی قرار گرفت. ریزساختار و مرفولوژِی خوردگی نمونه ها نیز به وسیله ی میکرسکوپ های نوری و الکترونی بررسی شد. به نظر می رسد که در روش ریخته گری در قالب فلزی، افزودن دو عنصر روی و ایندیم به تنهایی برای تولید آند با عملکرد الکتروشیمیایی قابل قبول کافی نمی باشد و نیاز به حضور عناصر دیگری از جمله سیلیسیم، منیزیم و کلسیم در ترکیب آلیاژی آند می باشد. در پایان، یک آند فداشونده ی آلومینیمی با خواص الکتروشیمیایی مناسب و ترکیب شیمیایی اسمی in %02/0-ca %1/0-mg %1/0-si % 3/0-zn %5/5 -al معرفی شد.

فوم های فلزی به خاطر خواص فیزیکی و مکانیکی منحصربفردشان به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. این ساختارها از روش های گوناگونی قابل تولید می باشند که روش گازار یکی از این روش ها بوده و در مقایسه با سایر روش های تجاری معمول امکان کنترل موثر میزان تخلخل، اندازه و جهت گیری حفره را فراهم می کند. استفاده از روش گازار به علت شرایط عملیاتی ویژه و همچنین هزینه بالای تولید بسیار محدود گردیده است. اخیراً تحقیقاتی به منظور ساخت فوم هایی با مشخصات ساختارهای گازار از جنس فلزات گوناگون با استفاده از روش تجزیه حرارتی انجام شده است. با توجه به پتانسیل کاربردی فلز منیزیم در صنایع مختلف، در این پژوهش ساخت فوم گازار منیزیمی با استفاده از تجزیه حرارتی دو نوع الیاف پلیمری به نام های ویسکوزریون با فرمول مولکولی c6h10o5 و پلی پروپیلن با ترکیب شیمیایی c3h6 در فشار اتمسفر مورد مطالعه قرار گرفت. شناسایی عوامل فوم زای انتخابی از نظر ترکیب شیمیایی، روند تجزیه در اثر افزایش دما و همچنین آنالیز گازهای حاصل از تجزیه در اتمسفرهای محیط و آرگون به کمک آزمون های پراش پرتو ایکس (xrd)، آنالیز حرارتی (dta و tg) و طیف سنجی مادون قرمز (ft- ir) صورت گرفت. در این روش، تشکیل حفره در اثر انحلال هیدروژن حاصل از تجزیه حرارتی عوامل فوم زای پلیمری در منیزیم به صورت موثر اتفاق می افتد. تأثیر مقدار عامل فوم زا بر ساختار فوم های ایجاد شده از نظر میزان تخلخل و قطر متوسط حفره با استفاده از نرم افزار آنالیز تصویری (clemex) مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش مقدار عامل فوم زا درصد تخلخل ابتدا تا یک حد ماکزیمم افزایش یافته ولی پس از آن بهبودی مشاهده نگردید که علت آن عدم تغییر میزان حلالیت هیدروژن در فاز مذاب بیش از یک مقدار مشخص می باشد. قطر متوسط حفره در اثر افزایش مقدار عامل فوم زا چندان تغییر نکرده و دارای مقادیر نسبتاً ثابتی است. بالاترین میزان تخلخل ایجاد شده با استفاده از الیاف ویسکوزریون حدود52% و این مقدار برای الیاف پلی پروپیلن در حدود 23% می باشد که بالاتر بودن میزان تخلخل ایجاد شده در اثر استفاده از الیاف ویسکوزریون به علت تشکیل سرباره ویسکوز بر روی سطح مذاب است. در اثر تشکیل سرباره، فشار جزئی گاز در مذاب افزایش یافته و در نتیجه منجربه افزایش میزان انحلال گاز می گردد و به این ترتیب تولید ساختارهایی با میزان تخلخل بیشتر ممکن خواهد بود. اما در فرایند ساخت فوم با استفاده از الیاف پلی پروپیلن به دلیل عدم تشکیل سرباره موثر بر روی سطح مذاب هیچ عاملی برای جلوگیری از فرار گاز از مذاب وجود نداشته و میزان تخلخل کاهش خواهد یافت. بنابراین این نتیجه به دست می آید که فرایند ساخت فوم با استفاده از الیاف ویسکوزریون امکان تولید مقادیر بیشتر تخلخل نسبت به روش استفاده از الیاف پلی پروپیلن را فراهم می آورد.

در این پژوهش رفتار خزشی فولاد نسوز 40hp تولیدی کارخانه فولاد اخگر اصفهان مورد مطالعه قرار گرفت. این نوع فولاد یکی از آلیاژهای پرکاربرد در ساخت لوله های کوره رفورمر صنایع پتروشیمی و صنایع تولید آهن جهت تولید گازهای احیاکننده است که به روش ریخته گری گریز از مرکز افقی تولید می شود. به دلیل شرایط محیطی کوره رفورمر (دمای بین ? 700 تا ? 1100 و فشار داخلی mpa 1 تا mpa 5) فرآیند خزش در این لوله ها بسیار فعال می باشد. بنابراین آلیاژهای مورد استفاده باید از مقاومت خزشی بالایی برخوردار باشند. یکی از روش های افزایش مقاومت در برابر خزش فولادهای نسوز، اضافه کردن عنصر تیتانیم به عنوان عنصر کاربیدزا به ترکیب شیمیایی است. در این پژوهش ابتدا چهار نمونه لوله با مقادیر صفر، 06/0، 21/0 و 23/0 درصد وزنی تیتانیم به روش ریخته گری گریز از مرکز افقی تولید و سپس آزمون های کشش، سختی سنجی، خزش و بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ نوری، الکترونی روبشی و آنالیزعنصری انجام شد. افزایش مقدار تیتانیم موجب ریزشدن ریزساختار ریخته گری، کاهش فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی و کاهش نسبی اندازه دانه در سطح مقطع عرضی لوله شد. تیتانیم همچنین موجب کاهش پیوستگی کاربیدهای مرزدانه، ظریف شدن و نیز تغییر شکل آنها از حالت اسکلتی به شکل کروی شد. از طرف دیگر افزایش مقدار تیتانیم بدلیل تشکیل کاربید مرکب نیوبیم-تیتانیم و افزایش نسبت کروم به کربن موجب تغییر در نوع کاربیدهای کروم اولیه شده و در نتیجه انواع کاربید کروم با درصد کروم متفاوت در ساختار ریخته گری تشکیل شد. آزمون خزش برروی نمونه های تولیدی با تنش ثابت mpa40 و در دمای ?900، برای زمان حداکثر100 ساعت طراحی و انجام شد. تنها نمونه با مقدار تیتانیم 06/0 درصد وزنی با نرخ خزش حالت پایای 6-10×6 تا بیش از 100ساعت مقاومت کرد. بررسی مقطع طولی نمونه های شکسته شده در حین آزمون خزش نشان داد که تحت تنش اعمالی، ترک های ریزساختار در فصل مشترک کاربیدهای کروم با زمینه جوانه زده و رشد کردند. همچنین با افزایش مقدار تیتانیم، رسوبات کاربیدی ثانویه تشکیل شده در حین آزمون خزش از نوع کاربیدهای غنی از نیوبیم و تیتانیم بود.آنالیز خطی و نقطه ای فازهای تشکیل شده نشان داد که در تمامی نمونه ها با درصد تیتانیم مختلف، فاز مخرب g با ترکیب شیمیایی 6si7nb16ni در حین آزمون خزش تشکیل گردید. اما مقدار آن در نمونه های تیتانیم دار کمتر از نمونه بدون تیتانیم مشاهده شد. از این رو به نظر می رسد وجود تیتانیم مانع استحاله کاربید مرکب نیوبیم- تیتانیم به فاز g می شود. بر اساس اطلاعات بدست آمده از آزمون خزش و با استفاده از پارامتر لارسون میلر، عمر تقریبی لوله های تولیدی در شرایط واقعی کاربرد یعنی تنش mpa 5/22 و دمای ?900، بیش از 10 سال تخمین زده شد.

آلومینیم و آلیاژهای آن پس از فولاد پرمصرف ترین آلیاژهای فلزی هستند. آلیاژ آلومینیم 5086 دارای ویژگی هایی از جمله عدم قابلیت عملیات حرارتی سختی رسوبی، قیمت پایین، استحکام به وزن نسبتا بالا، مقاومت به خستگی بالا، مقاومت به خوردگی عالی در برابر آب شور، شکل پذیری خوب و جوش پذیری مناسب می باشد. مهمترین ویژگی فرایندهای تغییر شکل شدید پلاستیکی، اعمال کرنش بسیار زیاد به قطعه بدون ایجاد تغییر در سطح مقطع آن می باشد. در میان این فرایندها روش اکستروژن در کانال های هم مقطع زاویه دار به دلیل قابلیت تولید قطعه و امکان تولید تجاری و صنعتی بیشتر از سایر روش ها مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، فرایند ecap بر روی آلیاژ آلومینیم 5086 تا 10 عبور در دمای 150 درجه سانتی گراد در دو مسیر چرخش a و bc و در قالب با زاویه 120 درجه انجام شد. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی نمونه های این آلیاژ از آزمون های کشش تک محوری و سختی سنجی استفاده شد. سطح شکست نمونه های کشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد بررسی قرار گرفت. بافت نمونه ها به کمک دستگاه پراش پرتو ایکس (xrd) و مقایسه نتایج الگوی پراش نمونه ها و محاسبه پارامتر بافت ارزیابی شد. ریزساختار نمونه ها با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم ebsd ارزیابی شد. نتایج حاکی از آن بود که سختی نمونه ها در عبورهای اولیه از فرایند در هر دو مسیر با افزایش قابل توجهی (از 62 ویکرز به 107 ویکرز با 2 مرتبه عبور از مسیر bc) روبه رو بودند و در ادامه با افزایش تعداد عبور، نرخ افزایش سختی کم شد و در مقطعی نیز در مسیر a سختی کاهش یافت. استحکام کششی نمونه ها (از mpa 267 به mpa 316 با 2 مرتبه عبور از مسیر bc) نیز روندی مشابه سختی داشت، گرچه نوسانات آن در عبورهای بالاتر بیشتر بود. درصد ازدیاد طول نمونه ها با عبور اول از فرایند با کاهش چشمگیری روبه رو شد به طوریکه از 7/34 درصد به 4/22 درصد رسید و در ادامه نرخ کاهش درصد ازدیاد طول کم شد. تصاویر سطح شکست نمونه های کشش نشان دهنده افزایش تعداد حفره ها و در نتیجه ریز شدن آن ها متناسب با افزایش تعداد عبور است. مطالعات بافت در نمونه ها نشان داد که صفحات (220) بافت غالب نمونه های ecap شده را تشکیل داده اند، گرچه بافت غالب نمونه اولیه صفحات (111) و (311) بوده است. تصاویر ریزساختار بیانگر این بود که اندازه دانه از حدود 20 میکرون در نمونه اولیه به کمتر از یک میکرون در نمونه 6 مرتبه عبور داده شده از قالب در مسیر bc رسیده است. ریز شدن دانه ها با تئوری تفکیک دانه ها و شکل گیری مرزهای با زاویه زیاد و همچنین پدیده بازیابی و تبلور مجدد دینامیکی قابل توجیه می باشد. به نظر می رسد با توجه به نتایج، نمونه 4 مرتبه عبور داده شده از قالب در مسیر bc با سختی 111 ویکرز و استحکام کششی 337 مگاپاسکال و درصد ازدیاد طول 21 درصد بهترین نتایج خواص مکانیکی و ریزساختار را دارد. در این نمونه با توجه به افزایش سختی و استحکام، درصد ازدیاد طول در حد مناسبی است که منطبق با هدف اصلی این پروژه یعنی افزایش استحکام آلیاژ با جلوگیری از کاهش زیاد انعطاف پذیری نسبت به روش های دیگر شکل دهی می باشد.

آلیاژ پایه کبالت f-75 astm از جمله مواد زیست سازگار با مقاومت سایشی و خوردگی بالا می باشد که در ساخت انواع کاشتنی های جراحی کاربرد وسیعی دارد. در این پژوهش تأثیر متغیرهای ریخته گری دقیق شامل دمای پیشگرم قالب، جنس قالب و دمای بارریزی بر ساختار میکروسکوپی و رفتار سایشی این آلیاژ مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه ها با استفاده از روش ریخته گری دقیق با قالب توپرتهیه شد و سپس تحت عملیات حرارتی انحلالی در دمای 1220 درجه سانتیگراد به مدت 1 و 4 ساعت و عملیات حرارتی پیرسازی در دمای 850 درجه سانتیگراد به مدت 7 و 10 ساعت قرار گرفت. برای مشخصه یابی نمونه ها از متالوگرافی نوری و الکترونی، پراش پرتو ایکس، آنالیز حرارتی تفاضلی و آزمایش سایش وسختی سنجی ماکرو استفاده گردید. تأثیر متغیرهای فوق بر ریزساختار آلیاژ به کمک نرم افزار شبیه سازی procast نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و فواصل بین بازوهای دندریتی به عنوان معیار مقایسه انتخاب شد. نتایج نشان داد که با تغییر جنس قالب، فواصل بین بازوهای دندریتی ثانویه، ساختار دانه بندی، کسر حجمی کاربیدها و نسبت کسر حجمی کاربیدهای بلوکی به یوتکتیکی موجود در ریزساختار به میزان کمی تغییر یافت. همچنین تغییر زیادی در رفتار سایشی و سختی آلیاژ دیده نشد. بر اساس نتایج شبیه سازی، چهار دمای پیشگرم قالب 550، 700، 850 و 1000 درجه سانتیگراد انتخاب شد. افزایش دمای پیشگرم قالب باعث کاهش محسوسی در رسوبات کاربیدی در مرزدانه ها، افزایش متوسط اندازه دانه از حدود 50 میکرون به 150 میکرون، افزایش فواصل بین بازوهای دندریتی ثانویه، بهبود رفتار سایشی شد. تغییر دمای بارریزی از 1430 تا 1490 درجه سانتیگراد منجر به خشن شدن دندریت ها و افزایش فواصل بین بازوهای دندریتی ثانویه از 62 تا 72 میکرون گردید. سیکل عملیات حرارتی انحلال باعث حذف کاربیدهای یوتکتیکی ، توزیع مناسب و پخش شدن کاربیدهای بلوکی و رشد دانه ها شد. با انجام عملیات حرارتی پیرسازی، استحاله برشی تبدیل ساختار کریستالی فاز زمینه از مکعبی با وجوه مرکزدار (fcc) به شش وجهی فشرده (hcp) رخ داد که باعث بهبود رفتار سایشی آلیاژ گردید. کسر حجمی فاز استحاله یافته با زمان و دمای پیرسازی ارتباط داشت. با توجه به نتایج تجربی و مدل شبیه سازی، دوغاب سرامیکی با درصد سیلیکای کمتر برای قالبگیری، دمای پیشگرم قالب 1000 درجه سانتیگراد و دمای بارریزی 1470 درجه سانتیگراد به عنوان شرایط بهینه ریخته گری دقیق آلیاژ پایه کبالت زیستی f-75 انتخاب گردید.

کامپوزیت های زمینه آلومینیمی به دلیل خواصی همچون استحکام ویژه بالا، مقاومت به سایش خوب، ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا کاربرد زیادی را در صنعت خودروسازی، صنایع نظامی و صنایع هوافضا پیدا کرده اند. یکی از روش های ساخت کامپوزیت های زمینه آلومینیمی، روش درجا می باشد که در آن فاز تقویت کننده از طریق انجام واکنش های شیمیایی بین عناصر یا بین عناصر و ترکیب های دیگر درون فاز زمینه ایجاد می شود. در این تحقیق برای تولید کامپوزیت آلومینیم- آلومینای ذره ای به روش درجا، پودر سولفات آلومینیم پس از فعال سازی مکانیکی به مذاب آلومینیم خالص تزریق شد. انجام فعال سازی مکانیکی باعث کاهش دمای تجزیه سولفات آلومینیم از c°950 به حدود دمای ذوب آلومینیم شد که علت آن کاهش اندازه دانه های کریستالی، افزایش کرنش شبکه و افزایش سطح ویژه بود. رفتار سینتیکی واکنش تجزیه سولفات آلومینیم از روی داده های وزن سنجی حرارتی (tg) تحت شرایط غیرهم دما مورد مطالعه قرار گرفت. اگر چه مکانیزم واکنش تجزیه سولفات آلومینیم در اثر فعال سازی مکانیکی تغییر نکرد، ولی مقدار انرژی اکتیواسیون با افزایش زمان فعال سازی کاهش یافت. در اثر تجزیه سولفات آلومینیم در مذاب، علاوه بر ذرات آلومینا، گاز so3 نیز ایجاد گردید که بدون ایجاد تغییر در ترکیب شیمیایی مذاب از آن خارج شد. برای ارزیابی اندازه و توزیع ذرات آلومینا در نمونه های کامپوزیتی ساخته شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. این تصاویر نشان داد که با افزایش سرعت همزدن مذاب، توزیع ذرات بهبود یافته است و اندازه متوسط آن ها حدود یک میکرون بوده است. برای ارزیابی خواص مکانیکی کامپوزیت های تولیدی آزمایش های سختی، سایش پین بر دیسک و کشش انجام شد. کاهش وزن نمونه ها پس از مسافت 100 متر سایش تحت بار 4 نیوتن از حدود 1/10 میلی گرم برای نمونه غیر کامپوزیتی به حدود 5 میلی گرم برای نمونه کامپوزیتی حاوی 16 درصد ذرات آلومینا کاهش یافت. با افزایش درصد فاز آلومینا استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی نمونه ها افزایش یافت ولی درصد ازدیاد طول اندکی کاهش پیدا کرد.

در سال¬های اخیر سمنتیت خالص (fe3c) به عنوان ماده اولیه تولید قطعات با کاربری در دمای بالا (با استحکام بالا) و ماده¬ای کمکی درکوره¬های قوس الکتریکی مورد توجه محققین قرار گرفته است. به همین منظور، در تحقیق پیش¬رو مخلوطی از پودر هماتیت و گرافیت با سه نسبت استوکیومتری 1:1، 25:1/1 و 5:1/1 (نسبت استوکیومتری میزان کربن مصرفی در رابطه با واکنش تبدیل هماتیت به سمنتیت)، در سه دمای 800، 850 و °c 900، به مدت 6 ساعت و نسبت گلوله به پودر 40:1 تحت فرایند فعال¬سازی همزمان مکانیکی- حرارتی (stma) قرار گرفت. بررسی ریز ساختار محصول، با نسبت استوکیومتری 1:1 که در دمای °c800 آسیاب شده بود، با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آزمون طیف¬سنجی تفکیک انرژی (eds) حاکی از حضور پرلیت، سمنتیت پرویوتکتوئیدی و کربن آزاد فعال¬شده داشت. آنالیز تصویری این محصول نیز حاکی از حضور بیش از wt% 1/2 کربن محتوی بود. حضور این مقدار کربن محتوی با نمایان شدن پیک گرماگیر مربوط به استحاله یوتکتیکی، طبق نمودار فازی آهن- سمنتیت، در آنالیز حرارتی (dsc) محصول نیز تایید شد. به منظور افزایش میزان کربن محتوی از طریق انحلال سریع کربن آزاد فعال¬شده در ساختار محصول آسیا¬کاری داغ، فرایند ذوب جزئی (fm) در دمای c°1180 به مدت 25 دقیقه و در اتمسفر خنثی روی محصول مذکور انجام گرفت. بررسی ریز ساختار این محصول نیز نشان دهنده حضور بیش از wt% 75 سمنتیت پرویوتکتیکی و در حدود wt% 7/5 کربن محتوی بود. در ادامه نمونه¬های با نسبت استوکیومتری بالاتر و دمای آسیا¬کاری بیشتر، تحت فرایند ذوب جزئی قرار گرفت. بررسی ریز ساختار این محصولات نیز با استفاده از میکروسکوپ نوری و محلول¬های اچ رنگی ومتمایز¬کننده، sem و eds انجام گرفتند. آنالیز تصویری نشان داد که با افزایش دمای آسیا¬کاری و افزایش میزان کربن، میزان سمنتیت در محصول ذوب جزئی افزایش می¬یابد، به¬گونه¬ای که در دمای c°800 و نسبت استوکیومتری 5:1/1 ،از طریق مکانیزم افزایش منبع کربنی، ساختاری متشکل از زمینه سمنتیتی به همراه گرافیت کرمی شکل حاصل می¬شود. این در حالی است که در دمای c°900 و با نسبت استوکیومتری 25:1/1، و از طریق خرد شدن و توزیع گرافیت در ساختار، محصولی مشابه حالت قبل تولید می¬شود. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده می¬توان کوپل فرایند فعال¬سازی همزمان مکانیکی- حرارتی/ ذوب جزئی را به عنوان روشی نوین در تولید سمنتیت خالص از هماتیت معرفی نمود.

کامپوزیت¬های زمینه فلزی دسته¬ای از مواد پیشرفته مهندسی هستند که به دلیل خواص منحصر به فردشان، کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف پیدا کرده¬اند. این مواد از یک زمینه فلزی و یک فاز تقویت¬کننده معمولاً سرامیکی تشکیل می¬شوند. از بین فلزات متداول، آلومینیم و آلیاژهای آن بیشترین کاربرد را به عنوان زمینه در ساخت کامپوزیت¬ها پیدا کرده¬اند و امروزه این کامپوزیت¬ها با استفاده از تقویت¬کننده¬های متنوعی تولید می¬شوند. در این پژوهش یک نوع کامپوزیت آلومینیم- آلومینای ذره¬ای در جا، با استفاده از اکسید غیر فلزی (شبه فلزی) بر و در حالت مذاب تولید شده است. با در نظر گرفتن خصوصیت آلومینیم در احیای اکسیدهای فلزی طی یک واکنش آلومینوترمی ، ابتدا مخلوطی از پودر آلومینیم و اکسید بر در آسیاب گلوله¬ای پرانرژی فعال و سپس با هدف انجام واکنش آلومینوترمی به منظور احیای اکسید بر به صورت درجا در داخل مذاب، پودر فعال تولید شده به مذاب اضافه شد. آنالیز حرارتی مخلوط پودری اولیه نشان از انجام واکنش آلومینوترمی درحدود 1000 درجه¬ی سانتیگراد داشت. پس از شروع آسیاکاری، برای اطمینان از فعال شدن و همچنین عدم انجام واکنش آلومینوترمی حین آسیاکاری، مخلوط پودری آلومینیم و اکسید بر در زمان-های مختلف به ترتیب تحت آنالیز حرارتی و آزمون پراش پرتوی ایکس قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیز حرارتی بیانگر کاهش تدریجی دمای انجام واکنش از حدود 1000 به حدود 600 درجه¬ی سانتیگراد بود. همچنین نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس حاکی از این بود که با آسیاکاری مخلوط پودری به مدت حدود 30 ساعت، واکنش در محفظه¬ی آسیاب انجام شد. طی فرایند ریخته¬گری گردابی، پس از افزودن پودر فعال شده به گرداب حاصل از چرخش همزن، دوغاب کامپوزیتی در یک قالب فلزی استوانه¬ای ریخته-گری و منجمد شد. ریزساختار نمونه¬های کامپوزیتی ریختگی به صورت کیفی و کمی ارزیابی و مشاهده گردید. ذرات آلومینا در اثر واکنش درجا در زمینه پراکنده شده¬اند. خواص مکانیکی نمونه¬های کامپوزیتی با نمونه غیر¬کامپوزیتی متناظر آن مقایسه و نتایج نشان داد بالاترین درصد در افزایش استحکام کششی نهایی حدود 65 درصد و بالاترین افزایش سختی حدود 35 درصد است. همچنین مطابق انتظار درصد افزایش طول کاهش یافت.

طی دو دهه گذشته تلاش های بسیاری جهت ابداع و توسعه روش های تغییرشکل شدید برای تولید نمونه های فلزی بسیار ریزدانه ویا نانوساختار انجام شده است. مهمترین ویژگی فرایندهای تغییر شکل شدید، اعمال کرنش بسیار زیاد به قطعه بدون ایجاد تغییر در سطح مقطع آن می باشد. تغییر شکل شدید فلزات به روش های گوناگون اعمال می شود که در میان آنها فرایند اکستروژن زاویه ای (ecap) به دلیل قابلیت تولید قطعات حجیم و امکان تولید تجارتی و صنعتی، بیشتر از سایر روش ها مورد توجه قرار گرفته است. امروزه گستره استفاده از ارتعاشات آلتراسونیک در فرایندهای شکل دهی رو به افزایش است. علت های عمده این گسترش، قابلیت ها و ویژگی های ایجاد شده در فرایند و ماده ی در حین ارتعاشات آلتراسونیک می باشد که از آنها تحت عناوین اثرات سطحی و اثرات حجمی یاد می شود. در این پایان نامه ارتعاشات آلتراسونیک در حین فرایند ecap اعمال شده و اثرات آن بر روی خواص مکانیکی نمونه، اندازه ی دانه تولید شده، یکنواختی ساختار ایجاد شده و هم چنین نیروی مورد نیاز فرایند مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور یک سیستم شامل قالب ecap با زاویه قالب 120 درجه، تمرکزدهنده ی ارتعاشات آلتراسونیک با فرکانس تشدید khz20، روبند و دیگر تجهیزات لازم برای سوار کردن مجموعه بر روی پرس طراحی و ساخته شد. در دو حالت همراه با ارتعاشات آلتراسونیک و بدون حضور ارتعاشات آلتراسونیک، نمونه های آلومینیومی (آلومینیوم خالص 98/99) از قالب عبور داده شده و سپس در مقطع میانی نمونه پارامترهای ذکر شده مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص شد که ارتعاشات آلتراسونیک باعث کاهش بیشتر اندازه دانه شده و به عبارت دیگر اعمال ارتعاشات آلتراسونیک راندمان فرایند ecap را افزایش می دهد. خواص مکانیکی نمونه از قبیل استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی بعد از حضور ارتعاشات آلتراسونیک نسبت به شرایط عادی افزایش پیدا کردند. با بررسی میکروسختی در سطح نمونه مشخص شد که یکنواختی اندازه دانه با حضور ارتعاشات آلتراسونیک بیشتر می شود. نشان داده شد که ارتعاشات آلتراسونیک نیروی مورد نیاز فرایند را کاهش داده و میزان کاهش در دامنه های ارتعاشی بالاتر، بیشتر خواهد بود. مسیر جدیدی برای فرایند ecap در طی عبورهای متوالی از قالب معرفی و سپس اثر این مسیر پیشنهادی در شرایط بدون حضور ارتعاشات آلتراسونیک و با حضور ارتعاشات مورد بررسی قرار گرفت. استفاده از مسیر پیشنهادی یکنواختی ساختار را در مقایسه با مسیرهای سنتی بهبود بخشید. مدل های المان محدود مطابق با شرایط عملی ذکر شده آماده و نتایج شبیه سازی با نتایج عملی موجود مورد مقایسه قرار گرفتند. به منظور اعمال ارتعاشات آلتراسونیک در شبیه سازی های المان محدود، تکنیک جدیدی تحت عنوان تکنیک سنبه الاستیک معرفی شد. استفاده از مدل معرفی شده کمک می کند تا شرایط شبیه سازی با شرایط واقعی بسیار به یکدیگر نزدیک باشند. کلیه شبیه سازی های انجام شده بر پایه مدل معرفی شده دارای انطباق بسیار خوبی با نتایج تجربی بودند. به منظور بررسی اثر ارتعاشات آلتراسونیک بر تنش شارش ماده، مجموعه ای طراحی و ساخته شد که با سوار کردن آن بر روی دستگاه تست کشش این قابلیت فراهم شد تا بتوان ارتعاشات آلتراسونیک را در حین تست کشش اعمال کرد. در این راستا نمونه هایی با اندازه دانه متفاوت تحت آزمایش تست کشش همراه با آلتراسونیک قرار گرفتند. در کلیه نمونه ها بعد از اعمال ارتعاشات تنش شارش افت کرده و به عبارتی در ماده نرم شدگی دیده شد. مشاهده شد که هرچقدر دانه ها ریزتر باشند نرم شدگی ماده کمتر است. این نرم شدگی کمتر در مواد ریزدانه تر به چگونگی حرکت نابجایی ها درماده نسبت داده شد.

آلیاژهای آلومیناید تیتانیم با توجه به نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت اکسیداسیون مطلوب و حفظ استحکام تا دمای بالا، قابلیت مناسبی برای کاربرد در دمای بالا یافته اند. با توسعة نسل سوم آلیاژهای آلومیناید تیتانیم و حل مشکل کارپذیری، در سالهای اخیر، تحقیقات در حوزة بهبود خواص آلیاژهای مذکور متمرکز شده است. در این تحقیق اثر اضافه شدن عناصر خاکی کمیاب (la) و اربیم (er) بر استحکام دمای بالا و مقاومت اکسیداسیون آلیاژ tnm با ترکیب اسمی ti-43.5al-4nb-1mo-0.1b (at%) بررسی شده است. در این راستا آلیاژسازی در کورة قوس الکتریکی خلا انجام شد و تغییرات بوجود آمده حاصل از افزودن 1/0، 2/0، 3/0 و 5/0 درصد اتمی از عناصر خاکی کمیاب بر ریزساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی تابشی میدانی و میکروسکوپ الکترونی عبوری تعیین و تحلیل گردید و نهایتا استحکام فشاری و مقاومت اکسیداسیون در دماهای 900 و 1000 درجة سانتیگراد اندازه گیری شد. نتایج بدست آمده نشان داد با افزودن عنصر خاکی کمیاب، ذرات اکسیدی در ریزساختار پراکنده می شوند، که اندازة این ذرات با افزایش میزان عنصر اضافه شده، افزایش می یابد. با افزودن میزان بهینة 2/0 درصد اتمی عنصر لانتانیم، حضور ذرات اکسیدی باعث افزایش تنش سیلان به میزان 18% و 42 % به ترتیب در دماهای 900 و 1000 درجة سانتیگراد می شود. این افزایش تنش سیلان بر اساس نقش اندازه و فواصل بین ذرات بر مکانیزمهای استحکام دهی و تبلورمجدد دینامیک تحلیل شد. مقایسة ریزساختار آلیاژهای حاوی اربیم با آلیاژهای حاوی لانتانیم، نشان داد که توزیع ریزتری از ذرات اکسیدی در آلیاژهای حاوی اربیم بوجود می آید. از طرفی مشخص شد که در آلیاژهای حاوی اربیم نیز، 2/0 درصد اتمی میزان بهینه برای دستیابی به بیشترین تنش سیلان است. ضمناً نتایج بدست آمده نشان داد، آلیاژهای حاوی اربیم تنش سیلان بالاتری نسبت به آلیاژهای حاوی لانتانیم در میزان مشابه از عناصر خاکی کمیاب دارند. این پدیده با توجه به نقش اندازة ذرات بر مکانیزم های استحکام دهی تحلیل گردید. بررسی منحنی های اکسیداسیون همدمای بلند مدت (320 ساعت) در دماهای 900 و 1000 درجة سانتیگراد نشان داد که با اضافه شدن 1/0 درصد اتمی لانتانیم و اربیم، مقاومت اکسیداسیون آلیاژ tnm افزایش و با اضافه شدن 2/0 درصد اتمی از عناصر مذکور مقاومت اکسیداسیون کاهش می یابد. بهبود مقاومت اکسیداسیون با توجه به نتایج بدست آمده برای انرژی اکتیواسیون نفوذ در محدودة 40 تا 50 (kcal/mol)، بر اساس کاهش نفوذ کاتیونهای فلزی در لایة اکسیدی tio2 تفسیر شد. ضمن آنکه حضور بیش از 1/0 درصد اتمی از عنصر خاکی کمیاب به دلیل والانس کمتر این عناصر نسبت به تیتانیم باعث افزایش نفوذ اکسیژن و کاهش مقاومت اکسیداسیون می شود.

یکی از مهمترین گروه های جایگزین برای سوپرآلیاژها، می توان به آلومینایدهای آهن اشاره کرد، که در بین آنها ترکیب بین فلزی feal از اهمیت ویژه ای در کاربردهای حساس و استراتژیک برخوردار است. از عمده ترین روش های تولید این ترکیب، می توان به روش تولید در فاز جامد که به لحاظ سینتیکی دارای سرعت تشکیل پایینی می باشد، اشاره کرد. در این رابطه بکارگیری فرایند آلیاژسازی مکانیکی، قبل از اعمال فرایند عملیات حرارتی، توانسته است، سرعت تشکیل این ترکیب را بطور محسوسی افزایش دهد. لذا هدف اصلی از این تحقیق بررسی اثر بکارگیری دو عامل فعال سازی مکانیکی و فعال سازی حرارتی، بطور هم زمان، با استفاده از آسیای دمای بالا، روی تشکیل ترکیب بین فلزی feal، و مکانیزم تشکیل آن می باشد. در این تحقیق پودرهای خالص آهن و آلومینیوم به نسبت استوکیومتری در دامنه تشکیل ترکیب بین فلزی feal مخلوط شده و به همراه گلوله های فولادی(به نسبت 20 به 1) درون محفظه آسیای طراحی شده، تحت اتمسفر گاز آرگون، قرار گرفتند. در مرحله اول پس از تنظیم پارامترهای آسیا، نمونه های مخلوط پودری در زمان های مختلف (3 تا 9 ساعت) و در دمای 700 و ℃800 (دمایی بین نقطه ذوب آلومینیوم و آهن) تحت فرایند آسیاکاری داغ قرار گرفتند. در این دما فاز واکنش گر (al) بصورت فاز مذاب در کنار فاز واکنش دهنده (fe) بصورت فاز جامد، در شرایط آسیاکاری قرار می گیرند. جهت بررسی اثرات دما و زمان از نمونه های آماده شده، آزمون های xrd، sem و edax به عمل آمد. در مرحله دوم بمنظور بررسی مکانیزم تشکیل ترکیب مذکور، نمونه های پودری تحت آزمون های تکمیلی نظیر آنالیز حرارتی dta(با سرعت گرم کردن ℃10/minو تحت اتمسفر آرگون)، آزمایش هم دما (در دمای ℃700 و تحت اتمسفر آرگون) و سنتز احتراقی (روی مخلوط پودری فشرده شده بصورت استوانه ای) قرارگرفتند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد، ترکیب بین فلزی feal با اعمال 6 ساعت آسیاکاری روی مخلوط پودری fe-al (به نسبت مولی 1 =fe/al) در دمای ℃ 800 بصورت یکنواخت(تک فاز) به دست می آید. همچنین بررسی های انجام گرفته روی نحوه شکل گیری این ترکیب نشان داد که مکانیزم تشکیل آن شامل دو مرحله اصلی می باشد. مرحله اول مشتمل بر واکنش بین آلومینیوم مذاب و آهن جامد و تشکیل ترکیب بین فلزی fe2al5 و مرحله دوم شامل فرایند نفوذ آهن و آلومینیوم در ترکیب fe2al5 و تشکیل ترکیب بین فلزی feal می باشد. در پایان مشخص گردید که فرایند نفوذ، مهمترین عامل کنترل کننده سرعت تشکیل ترکیب بین فلزی feal پس از واکنش اولیه می باشد.

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی به دلیل خواصی همچون استحکام ویژه بالا، مقاومت به سایش خوب، ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت به اکسیداسیون بالا کاربرد زیادی را در صنعت خودروسازی، صنایع نظامی و صنایع هوافضا پیدا کرده اند. یکی از روش های ساخت کامپوزیت های زمینه آلومینیومی، روش ریخته گری گردابی می باشد که در آن فاز تقویت کننده به وسیله گرداب ایجاد شده، توسط همزن به داخل مذاب کشیده و نگه داشته می شود. در این تحقیق برای تولید کامپوزیت آلومینیوم-آلومینای ذره ای به روش ریخته گری گردابی، پودر آلومینا ابتدا توسط آسیاب سیاره ای پرانرژی با پودر آلومینیوم پوشش داده، پودر پوشش داده شده به مذاب آلومینیوم (al-1wt%mg) تزریق شد. این فرایند، سبب افزایش درصد ذرات آلومینا در زمینه کامپوزیت ریختگی آلومینیوم-آلومینا گردید، که علت آن بهبود ترشوندگی ذرات آلومینا با مذاب آلومینیوم بود. بهبود ترشوندگی سبب شد تا درصد ذرات آلومینا در زمینه آلومینیومی کامپوزیت ریختگی به 20% برسد. از طرف دیگر پوشش آلومینیومی می تواند مانع از آگلومره شدن ذرات سرامیکی آلومینا درون مذاب آلومینیوم شود و بدین سان توزیع ذرات آلومینا در زمینه آلومینیومی بهبود یابد. برای ارزیابی درصد، اندازه و توزیع ذرات آلومینا در نمونه های کامپوزیتی ساخته شده از تصاویر میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی استفاده شد. نشان داده شد با افزایش سرعت همزن، نه تنها توزیع ذرات بهبود یافته بلکه اندازه متوسط آن ها به حدود 10 میکرون می رسید. سختی نمونه کامپوزیتی حاوی 20% ذرات تقویت کننده آلومینا نسبت به نمونه آلومینیوم خالص (غیر کامپوزیتی) 52% افزایش یافت و کاهش وزن نمونه ها در تست سایش در نمونه کامپوزیتی حاوی 20% ذره تقویت کننده نسبت به نمونه غیر کامپوزیتی 47% کاهش یافت.

طی دهه های گذشته تلاش های بسیاری جهت توسعه روش های تغییرشکل پلاستیکی شدید برای تولید نمونه های فلزی بسیار ریزدانه انجام شده است. در این روش ها کرنش بسیار زیاد به قطعه بدون ایجاد تغییر محسوسی در ابعاد قطعه اعمال می شود. از میان روش های تغییر شکل پلاستیکی شدید، فرایند اکستروژن تحت کانال زاویه ای با مقطع یکسان (ecap) به دلیل قابلیت موثر آن در تولید ساختارهای فوق ریزدانه بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش نمونه هایی از جنس آلومینیوم – لیتیم 8090 ریختگی پس از 2 مرحله ecap در مسیر a (بدون چرخش بین هر عبور) و آنیل در دمای 520 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت، تحت فرایند ecap تا 10 عبور با مسیرهای a و bc (چرخش 90 درجه بین هر عبور) در قالب با زاویه 120 درجه در دمای 250 درجه سانتی گراد قرار گرفت. در مرحله بعد به منظور بررسی تاثیر رسوب سختی پس از فرایندecap، نمونه های 2، 4، 6 و 8 مرحله ecap شده تحت عملیات رسوب سختی قرار گرفتند. با استفاده از تصاویرebsd ریزساختار نمونه های مختلف مورد بررسی قرارگرفت. به منظور بررسی خواص مکانیکی نمونه های ecap شده قبل و پس از رسوب سختی از آزمون کشش تک محوری و سختی سنجی استفاده شد. بررسی سطح شکست نمونه های ریختگی و آنیل شده، 2 مرحله ecap شده در مسیرهای a و bc قبل و پس از رسوب سختی و پس از آزمون کشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) انجام گرفت. علاوه بر آن بافت کریستالوگرافیکی نمونه ها توسط دستگاه xrd مجهز به گونیومتر بافت اندزه گیری شد. نتایج نشان داد که فرایند منجر به ریز شدن قابل توجه اندازه دانه گردید به طوریکه اندازه دانه از حدود 30 میکرون در نمونه آنیل شده به حدود یک میکرون در نمونه 6 مرحله ecap شده در مسیر a رسید که نشان از ایجاد ساختار فوق ریزدانه می باشد. بطور کلی در هر دو مسیر مشاهده شد که در مراحل اولیه فرایند سختی و استحکام نمونه ها افزایش می یابد و سپس با ادامه فرایند و تعداد عبورهای بیشتر سختی و استحکام رو به کاهش می رود. همچنین با انجام عملیات رسوب سختی، سختی و استحکام نمونه ها در هر دو مسیر زیاد شده و درصد ازدیاد طول بشدت کاهش می یابد به طوریکه پس از 2 مرحله انجام فرایند ecap و سپس رسوب سختی آن، سختی نمونه به 2 برابر نمونه آنیل شده رسید. مسیرهای مختلف a و bc در فرایند ecap و همچنین عملیات رسوب سختی باعث ایجاد بافت متفاوتی در نمونه های ecap شده می گردند. نکته قابل توجه وجود بافت غالب برنج (<112> {110}) در نمونه ها پس از عملیات رسوب سختی می باشد.

با توجه به اینکه امروزه بیشترین حجم فولاد از روش ریخته گری مداوم تولید می شود و از طرفی در این روش امکان انجام آزمایشات تجربی کم و پرهزینه است، لذا در این پروژه سعی شده تا با شبیه سازی انتقال حرارت در این سیستم، به بررسی رفتار انتقال حرارت و انجمادی شمش ریخته گری مداوم پرداخته شود.نتایج حاصله که مبتنی بر حصول گرادیان دما و فلاکس حرارتی می باشد ، و پارامترهای مختلفی همچون ضخامت پوسته جامد شده ، طول متالورژیکی ، طول منطقه خمیری محاسبه گردیده است . این بررسی ها نشان می دهد که حداقل دو متغیر سیستم یعنی دمای ریخته گری و سرعت ریخته گری بر مقادیر پارامترهای مذکور در حین ریخته گری اثر می گذارند.

فولادهای پرکربن کم آلیاژ به دلیل مقاومت سایشی مناسب در شرایط نورد گرم در ساخت غلتکها و رینگهای نورد گرم مقاطع به کار می رود. ریز ساختار این فولاد ها در حالت ریختگی شامل شبکه های بسته کاربیدی در زمینه آستنیت و مقدار کمی مارتنزیت می باشد. این ریز ساختار بدلیل توزیع نامناسب کاربیدها در زمینه و همچنین وجود استنیت باقیمانده خواص مکانیکی و سایشی نامطلوب دارد. جهت بهبود این خواص می بایست شبکه های کاربیدی در زمینه حل و سپس به نحو مناسبی توزیع گردد. بعلاوه فاز آستنیت به فازهای مانند پرلیت با بینیت تبدیل شود. انحلال شبکه کاربیدی به دماهای بالا و زمانهای طولانی عملیات حرارتی نیاز دارد ضمن آنکه شبکه های کاربیدی به طور کامل حل نمی شوند. با انجام عملیات بهسازی مذاب به کمک مواد بهساز می توان توزیع و مورفولوژی کاربیدها را در حالت ریختگی بهبود بخشید و عملیات حرارتی را در زمانهای کوتاه تر به نحو مطلوبی انجام داد. عملیات بهسازی علاوه بر تاثیر بر ریز ساختار و خواص مکانیکی اثرات مثبتی بر کنترل آخال و تخلخل های میکروسکوپی دارد. در این پژوهش ابتدا عملیات بهسازی فولادهای پر کربن کم آلیاژ با استفاده از سه نوع بهساز مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت و ترکیب بهینه انتخاب گردید . زمان میرایی انتخاب شده بررسی گردید و خواص مکانیک و ریز ساختاری نمونه های بهسازی شده و نشده در حالت ریختگی مورد مقایسه قرار گرفت. سپس سیکلهای متفاوت عملیات حرارتی جهت یافتن سیکل عملیات حرارتی مناسب انجام گردید. نمونه ها عملیات حرارتی شده و خواص مکانیکی و ریز ساختاری نمو نه های بهسازی شده و نشده در حالت عملیات حرارتی شده مورد مقایسه قرار گرفته است. همچنین تاثیر عملیات بهسازی بر تخلخل بررسی شده است.