فرآوری اغتشاشی اصطکاکی (fsp) یک تکنیک جدید حالت جامد می باشد که بر اساس اصول اصلی جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی (fsw) توسعه یافته است و از آن برای اصلاح ریز ساختار در مواد فلزی، از جمله سوپر پلاستیسیته، کامپوزیت سطحی، همگن سازی نانو فازهای آلیاژهای آلومینیوم و کامپوزیت های پایه فلزی و بهبود ریز ساختار آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری شده استفاده می شود. هدف اصلی این تحقیق بررسی پارامترهای فرآیند از جمله پروفیل پین ابزار در ساخت کامپوزیت آلومینیوم-مس (al-cu) می باشد. در این تحقیق از چهار ابزار با پین هایی با پروفیل های مختلف (استوانه رزوه دار، استوانه بدون رزوه، مربعی، مثلثی) برای ساخت کامپوزیت استفاده می شود و هم زمان پارامترهای دیگری از جمله سرعت دورانی (1250، 1600 و 200 دور بر دقیقه) و تعداد پاس (دو و سه پاس) مورد بررسی قرار می گیرد. این بررسی شامل ارزیابی رفتار ریز ساختاری، ریز سختی و خواص کششی کامپوزیت های ساخته شده می باشد. به ترتیب به منظور مطالعه ریز ساختار از میکروسکوپ نوری، مطالعه ریز سختی از ریز سختی سنج ویکرز و مطالعه خواص کششی از دستگاه کشش الکترونیکی استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که در سطح مقطع نمونه های تولید شده با ابزار رزوه دار مک وجود دارد که با افزایش سرعت دورانی به دلیل افزایش حرارت ورودی و بهتر شدن جریان مواد در اطراف پین، این عیب کاهش پیدا می کند. در حالت تک پاس در نمونه های تولید شده با ابزار مربعی و مثلثی عیب کلوخه ای شدن وجود دارد که با افزایش دور دورانی به دلیل ورود حرارت بیشتر و چسبندگی ذرات مس به یکدیگر، این عیب اندکی افزایش پیدا می کند. در نمونه های تولید شده با ابزار استوانه ای در حالت تک پاس عیب کلوخه ای شدن کمتر از نمونه های تولید شده با سه ابزار دیگر می باشد و با افزایش دور دورانی، عیب کلوخه ای شدن ذرات بیشتر می-شود. پارامتر دیگری که مورد بررسی قرار گرفت اثر تعداد پاس بر پراکندگی ذرات مس در زمینه آلومینیوم می باشد. نتایج نشان می دهد که افزایش تعداد پاس اثر چشمگیری بر پراکندگی ذرات مس دارد و ابزار مربعی به دلیل ایجاد اغتشاش بیشتر سبب پراکندگی بهتر ذرات مس و ایجاد ریز ساختاری با دانه های ریزتر در منطقه اغتتشاشی اصطکاکی نسبت به نمونه های تولید شده با ابزار استوانه ای می شود. نتایج آزمایشات کشش بر روی نمونه ها نشان می دهد که در پاس اول به دلیل حضور ذرات درشت مس، استحکام تسلیم و استحکام نهایی نمونه ها نسبت به فلز پایه کاهش پیدا کرده است. افزایش دور دورانی در نمونه های ساخته شده با ابزار استوانه ای سبب بهبود خواص کششی می شود اما در نمونه های ساخته شده با ابزار مربعی خواص کششی نمونه ها با افزایش دور اندکی کاهش پیدا می کند. افزایش تعداد پاس سبب افزایش استحکام نمونه ها می شود و به طور کلی استحکام نمونه های ساخته شده توسط ابزار مربعی نسبت به نمونه های ساخته شده توسط ابزار استوانه ای بیشتر می باشد، در حالی که ازدیاد طول نمونه های ساخته شده با ابزار استوانه ای بیشتر است زیرا حرارت تولید شده بیشتر توسط این ابزار سبب بهبود پیوند بین ذرات تقویت کننده و فلز پایه می شود. اندازه گیری ریز سختی نشان می دهد که کامپوزیت ها دارای سختی بیشتری نسبت به فلز پایه هستند و همچنین نمونه های تولید شده با ابزار مربعی دارای سختی بیشتری نسبت به نمونه های تولید شده با ابزار استوانه ای هستند.

قطعات داغ صنایع تبدیل انرژی، در شرایط کاری سخت قرار داشته و لذا عمری محدود دارند. از آنجا که این قطعات از جنس سوپر آلیاژها و با روشهای تولید پر هزینه ساخته می شوند، جایگزینی آنها پرهزینه است. بنابراین برآورد دقیق عمر اینگونه قطعات امری بسیار مهم به شمار می آید. مکانیک شکست با ارائه روشهای مدل سازی رشد ترک ناشی از خستگی و خزش می تواند به عنوان بخشی مهم از یک برنامه تخمین عمر در نظر گرفته شود. تعیین دقیق پارامتر های مکانیک شکست نظیرضریب شدت تنش k ، انتگرال j وc* برای مدل سازی رشد ترک ناشی از خستگی و خزش ضروری می باشد. محاسبه پارامتر های غیر خطی نوک ترک حین خزش برای اجسام دارای هندسه پیچیده نیازمند تحلیل های اجزاء محدود زمان بر و پر هزینه می باشد. در این پایان نامه، توسعه روشهای ساده کاهش مدول الاستیسیته بر مبنای تحلیل الاستیک خطی، برای تعیین بار حدی و تنش مرجع در قطعات ترک دار مورد بررسی قرار گرفته است. این روشها به هندسه های مشخص اعمال گشته ونتایج با داده های تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه شده است. بدین ترتیب، مدل سازی رشد ترک و تعیین پارامتر c* برای یک نمونه پره توربین جت با روش های فوق الذکر صورت گرفت. با ساخت مدل های سه بعدی اجزاء محدود از پره، تحلیل تنشهای مکانیکی و حرارتی با استفاده از نرم افزار ansys انجام شد. نیروهای گریز از مرکز و همچنین توزیع دما درپره به صورت شرایط مرزی در مدل اجزاء محدود تعریف شده اند. نتایج تحلیل تنش برای تعیین موقعیت، جهت و اندازه بیشترین سطح تنشهای عمودی در پره مورد استفاده قرار گرفت. بدین ترتیب، یک نقطه بحرانی در سمت خلاء ایر فویل ودر همسایگی ریشه پره برای مدل سازی ترک انجام شد. با فرض رخداد شرایط خزش مقیاس بزرگ، پارامتر نوک ترک c* با استفاده از روش تنش مرجع محاسبه گردید.

آلومینیم دومین عنصر وافر در جهان به حساب می آید. خواص مناسب این عنصر و کیفیت بی نظیر آلومینیم و آلیاژهای آن مانند دانسیته پایین، استحکام خاص بالا، قابلیت تولید مناسب، خواص مکانیکی و فیزیکی خوب و مقاومت به خوردگی بالا تولید و استفاده از این عنصر و آلیاژهای متشکل از آن را بسیار رشد داده است. امروزه آلیاژهای آلومینیم دارای کاربردهای کسترده ای در صنایع نظامی، صنایع الکتریکی، هوافضا، صنایع اتومبیل سازی و حمل و نقل و صنایع دریایی می-باشد. ایجاد لایه کامپوزیتی بر روی سطح آلومینیم برای غلبه بر ضعف خواص سطحی آن چندی است که مورد توجه محققان قرار گرفته است. روش نوین فرایند اصطکاکی اغتشاشی عملیاتی است که اخیرا به طور گسترده ای برای اصلاح و بهسازی ساختار مواد به کار گرفته می شود. یکی از کاربردهای عمده فرایند اصطکاکی اغتشاشی ایجاد لایه کامپوزیت سطحی بر روی زمینه فلز می-باشد. لایه های کامپوزیتی استحکام و سختی بالا و مقاومت به خوردگی و سایش بسیار مطلوبی دارند. در تحقیق حاضر توانایی فرایند اصطکاکی اغتشاشی در ایجاد لایه کامپوزیت سطحی بر روی زمینه آلیاژ آلومینیم 5083 و 1100 مورد بررسی قرار گرفت. در طی این تحقیق پارامترهای مناسب فرایندی نظیر سرعت دورانی، سرعت پیشروی و تعداد پاس مورد استفاده جهت دستیابی به بهترین توزیع ممکن ذرات تقویت کننده بدست آمد و سپس اثر تغییر اندازه ذرات مس روی خواص لایه کامپوزیت سطحی بررسی گردید. جهت تعیین اثر هندسه ابزار در فرایند، دو نوع ابزار که یکی شامل پین مربعی و دیگری شامل پین استوانه ای رزوه دار مورد استفاده قرار گرفت. اندازه دانه، میکروسختی، استحکام کششی، تست سوپرپلاستیسیته و پراش اشعه ایکس بر روی لایه های کامپوزیت ایجاد شده انجام گرفته و نتایج نمونه های مختلف با یکدیگر و با نمونه خام مقایسه گشتند و در نمودارها و جداول ارائه گردیدند. نتایج نشان می دهد که سرعت دورانی 750 و 1900 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی 25 میلیمتر بر دقیقه و 4 پاس فرایندی همگن ترین لایه کامپوزیت را ایجاد می نماید. در این تحقیق سختی، خواص کششی در دمای محیط و دمای بالا در لایه های کامپوزیت تولید شده در مقایسه با ماده پایه افزایش یافت. همچنین لایه کامپوزیتی تولید شده با استفاده از پودر نانو بهترین خواص را در میان نمونه های تولید شده از خود نشان داد. الگوهای مربوط به پراش اشعه ایکس بیانگر انجام تعدادی واکنش بین آلومینیم، منیزیم و مس در نمونه های تولید شده توسط پارامترهای فرایندی مورد نظر بود.

مس و آلیاژهای آن مخصوصا برنج به طور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند. این استفاده گسترده به دلیل رسانندگی الکتریکی و حرارتی عالی، استحکام خوب، مقاومت به خوردگی و خستگی است. با این حال، جوشکاری ورق های مس و برنج به یکدیگر از طریق روش های ذوبی و پیشرفته اعم از لیزر و پرتو الکترونی علاوه بر مشکلات عملیاتی و هزینه ها ، اغلب مسائل زیست محیطی خاص خود را دارند. جوشکاری همزنی اصطکاکی روش جدیدی است که به منظور اتصال آلیاژهای آلومینیومی در سال 1991 میلادی ابداع شد و تا به حال توجه زیادی از صنایع از قبیل هوافضا، صنایع ریلی، صنعت خودرو را به خود جلب کرده است. این جوش قابلیت اجرا برای انواع آلیاژها به ویژه آلیاژهای غیرهمجنس و نیز آلیاژهایی که جوش آنها به وسیله جوشکاری های متداول همچون ذوبی مشکل یا غیر ممکن است، را دارد. روش جوشکاری همزنی اصطکاکی علاوه بر مزیت های اقتصادی، عملیاتی و زیست محیطی ، مزیت های دیگری نیز اعم از اصلاح خواص پیوندی را دارد. در این فرآیند هیچ گونه ذوبی در ناحیه ی جوش اتفاق نمی افتد و بر پایه ی حالت جامد می باشد. در این فرآیند جوشکاری، یک ابزار مصرف نشدنی چرخشی روی خط جوش حرکت داده می شود و دو قطعه را به یکدیگر جوش می دهد. در این تحقیق، جوشکاری ورق-های یک میلیمتری غیر همجنس مس تجاری و برنج به کمک تکنیک جوشکاری همزنی اصطکاکی (fsw) صورت گرفته است. تعداد 9 ابزار با هندسه های متفاوت به منظور بررسی عوامل موثر در روند جوشکاری ساخته شده است. با تغییر سرعت دورانی ابزار، سرعت پیشروی ابزار، زاویه ی انحراف و عمق نفوذ، اثر این عوامل بر روی استحکام کششی و ریزساختار بررسی شده است. از مهمترین عوامل تأثیر گذار بر روی خواص مکانیکی انتخاب جنس ماده در سمت پیشرو و جهت نورد نسبت به جهت جوشکاری است. پس از اماده کردن نمونه ها، برای بررسی ریزساختار، متالوگرافی شدند. از میکروسکوپ نوری و الکترونی برای تصویر برداری استفاده شده است. برای بدست آوردن استحکام و سختی ، نمونه ها تحت آزمون کشش و سختی قرار گرفتند. برای بدست آوردن سختی جوش، 3 نمونه خوب تحت بار 100 گرم به مدت 20 ثانیه قرار گرفتند. پس از بدست آوردن استحکام و سختی، خواص جوش با مواد پایه مقایسه شده است. در این نوع جوش نیز عیوبی در نتیجه ی انتخاب ناصحیح عوامل موثر به وجود می آید که بدان اشاره شده است.

کشف نانولوله های کربنی (cnts) و خواص فوق العاده آنها، پنجره ای جدید در زمینه مواد و نانوتکنولوژی باز کرده است. یکی از جاذبه های جهانی در استفاده از cntها، بکارگیری آنها در ساخت کامپوزیتها است. در تحقیق حاضر، نانوکامپوزیتهای مس تقویت شده با cnt، با درصدها و انواع مختلف cntهای چند دیواره اصلاح شده، ساخته و خواص مکانیکی و الکتریکی آنها بررسی شده است. در مرحله ی اول، خواص سطحی cntهای اولیه به دو صورت عامل دار و پوشش دار کردن الکترولس، اصلاح شد. در مرحله ی بعد با ترکیب امواج التراسونیک و آسیاب کاری مکانیکی، پودر کامپوزیتی مس و cnt آماده شد. لازم به ذکر است پارامترهای انتخابی آسیاب کاری، با طراحی آزمایش به روش تاگوچی بررسی و مناسب ترین حالت برای آسیاب نمونه ها انتخاب شد. در نهایت، نمونه ها با استفاده از دستگاه پرس گرم سینتر شدند. مشخصه یابی نمونه ها نشان داد افزایش زمان آسیابکاری منجر به بهبود خواص مکانیکی می شود، اما چگالی آسیب های وارد شده به cntها افزایش یافته که این امر خصوصاً برای خواص الکتریکی نامطلوب است. بررسی نتایج استفاده از نانولوله های عامل دار نشان داد عامل دار کردن و شدت گروه های عاملی تاثیر بسزایی در بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت دارد. به گونه ای که به ازای افزودن 1% وزنی cnt عامل دار، میکروسختی به ترتیب 116% و 58% نسبت به مس خالص اولیه و مس خالص آسیاب شده بهبود یافته است. با این حال، بهترین نتایج میکروسختی، با استفاده از cntهای پوشش داده شده به دست آمد. اضافه کردن 1% وزنی cnt پوشش داده شده، بهبود 150 درصدی میکروسختی نسبت به نمونه ساخته شده با مس خالص اولیه به وجود آورده است. شدت گروه های عاملی بر خواص الکتریکی نانوکامپوزیت نیز تاثیرگذار می باشد. برقراری تعادل بین شدت گروه های عاملی و تخریب cntها از مواردی است که باید در نظر گرفته شود. به علت حضور مقدار اکسیژن بیشتر در cntهای پوشش داده شده (که نقش اساسی در بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت است)، مقاومت الکتریکی نمونه های ساخته شده با cntهای پوشش دار بهبود نیافته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد کلید اصلی برای رسیدن به خواص اصلاح شده، بهبود توامان واکنش سطحی cnt و مس و یکنواختی پخش می باشد.