از آنجائیکه دستیابی به ترکیبی از استحکام و تافنس بالا و همچنین خواص خستگی خوب در فولادهای کم آلیاژ از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است، لذا اصلاح و بهینه سازی پروسه های عملیات حرارتی برای نیل به این هدف ضروری است. در این پژوهش و در راستای رسیدن به اهداف مورد نظر، پروسه های عملیات حرارتی مختلفی طراحی گردید و روی فولاد aisi 4140 انجام شد. پس از بررسی های لازم، سیکل عملیات حرارتی بهینه (کوئنچ و تمپر دو مرحله ای) مشخص گردید. نمونه های کوئنچ و تمپر دو مرحله ای ابتدا در دمای c°860 به مدت 1 ساعت آستنیته و در روغن داغ کوئنچ و سپس در دمای c°300 به مدت 1 ساعت تمپر شدند. در ادامه، مجدداً در دمای c°860 آستنیته و در روغن داغ کوئنچ و در نهایت نمونه ها در دمای c°600 به مدت 30 دقیقه تمپر شدند. خواص مکانیکی، ریزساختاری و سطوح شکست نمونه ها بوسیله آزمونهای مکانیکی، میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین توزیع عناصر ناخالصی در داخل و مرز دانه ها با استفاده از آنالیز خطی اشعه x (edx line scan) بررسی شد. نتایج نشان داد که انعطاف پذیری نمونه های کوئنچ و تمپر دومرحله ای به مقدار قابل توجهی در مقایسه با نمونه های کوئنچ و تمپر معمولی افزایش یافته است؛ بطوریکه درصد افزایش طول و کاهش سطح مقطع در حالت کوئنچ و تمپر دومرحله ای به ترتیب 36 و 23 درصد در مقایسه با کوئنچ و تمپر معمولی بهبود یافته است. همچنین در مقادیر تقریبا ثابت سختی (33hrc)، انرژی ضربه از مقدار 68j در حالت کوئنچ و تمپر معمولی به مقدار 78j در نمونه های کوئنچ و تمپر دومرحله ای افزایش یافته است. بررسی سطوح شکست نمونه های ضربه حاکی از کاهش شکست ترد نمونه کوئنچ و تمپر دو مرحله ای در مقایسه با کوئنچ و تمپر معمولی می باشد. بهبود استحکام خستگی از mpa460 در نمونه های کوئنچ و تمپر معمولی به mpa530 در نمونه های کوئنچ و تمپر دو مرحله ای به اصلاح ریزساختارهای مارتنزیتی که ناشی از ریز شدن دانه های آستنیت اولیه می باشد و باعث تغییر مواضع تشکیل ترک در طی تست خستگی می شود، نسبت داده می شود. شکست نهایی نمونه-های خستگی در نمونه کوئنچ و تمپر معمولی بصورت نیمه ترد (شبه کلیواژ) و مسطح بوده، در حالیکه شکست نهایی نمونه های کوئنچ و تمپر دو مرحله ای بصورت نرم می باشد. همچنین بررسی میکروسکوپی سطوح شکست خستگی حاکی از تأثیر عملیات حرارتی کوئنچ و تمپر دو مرحله ای بر به تعویق انداختن جوانه زنی و رشد ترک های خستگی می باشد.

مشکلات ذاتی همراه با جوشکاری ذوبی آلیاژهای آلومینیم از قبیل اتلاف عناصر آلیاژی، انحلال گازها و غیره منجر به توسعه جوشکاری حالت جامد این آلیاژها در صنعت شده است. هزینه ی بالا و عدم قابلیت اتصال قطعات بزرگ و نامتقارن موجب ناکارآمدی اغلب فرایندهای حالت جامد شده است. مشکلات مذکور موجب توسعه ی فرایند جوشکاری حالت جامد جدیدی توسط موسسه ی جوشکاری انگلستان تحت عنوان جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای اتصال دهی آلیاژهای آلومینیم گردید که در ادامه برای اتصال دهی مواد دیگر نیز به کار گرفته شد.در این تحقیق بهینه سازی اتصال آلیاژ al5083-h321 توسط فرایند fsw مورد بررسی واقع شد. برای دستیابی به این مقصود تأثیر پارامترهایی همچون هندسه ابزار، ابعاد شانه و پین ابزار، سرعت چرخش ابزار، سرعت پیشروی ابزار و غیره بر خصوصیات ساختاری و خواص مکانیکی آلیاژ مذکور بررسی شد. در ادامه بررسی های ریزساختاری و درشت ساختاری و آزمون های مختلف مکانیکی بر روی اتصالات ایجاد شده انجام گرفت. مطالعات انجام شده در زمینه ی بررسی هندسه ابزار منجر به انتخاب هندسه ابزار مخروطی رزوه دار بعلت هم زدن و ایجاد سیلان مناسب در ناحیه اتصال به عنوان هندسه ابزار بهینه گردید، البته در حالتی که جهت چرخش ابزار هم جهت با جهت رزوه های ابزار انتخاب شد منجر به هدایت بیشتر ماده به سمت بالا و حفره دار شدن موضع اتصال گردید. بررسی ابعاد ابزار با نسبت بهینه قطر شانه به قطر پین منجر به نتایج نسبتاً مشابه کششی گردید، اما نتایج خمشی با افزایش ابعاد شانه و پین بهبود یافته بود. بررسی پارامتر سرعت چرخش ابزار دلالت بر انتخاب سرعت چرخش بهینه( rpm2000-rpm1400) داشت. سرعت چرخش بسیار پایین ابزار منجر به هم زدن نامناسب و عدم سیلان موضع اتصال گردید. در مقابل سرعت چرخش ابزار خیلی بالا منجر به حفره دار شدن و ایجاد تخلخل در ناحیه ی مرکزی اتصال گردید. ارزیابی سرعت پیشروی ابزار نیز منجر به انتخاب سرعت پیشروی بهینه (mm/min50-mm/min5) گردید، سرعت بالای پیشروی ابزار منجر به هم زدن نامطلوب ناحیه مرکزی اتصال و معیوب شدن موضع اتصال بعلت عدم هدایت مناسب ماده به پشت ابزار گردید. سرعت پیشروی ابزار بسیار پایین نیز منجر به اختلاف بیشتر در ساختار و خواص ناحیه مرکزی اتصال و نواحی مجاور و در نتیجه موضعی شدن کرنش گردید که منجر به خواص پایین تری نسبت به سرعت پیشروی بهینه گردید. ارزیابی کششی و خمشی اتصالات ایجاد شده با پارامترهای مذکور نشان داد که اتصالات ایجاد شده با شرایط بهینه بجای محل اتصال، در فلز پایه دچار شکست گردید. این نمونه ها قابلیت خمش بالایی از خود نشان دادند. همچنین قابلیت خمش سطح و خمش ریشه این اتصالات به هم نزدیک بود. اتصالات ایجاد شده در شرایط غیربهینه در ناحیه مرکزی اتصال دچار شکست گردیده و قابلیت خمش آن ها پایین بود.

به دلیل محدودیت های کاربردی سرامیک ها چون ترد و شکننده بودن، عدم قابلیت شکل پذیری، رسانایی حرارتی و الکتریکی، مقاومت به شوک حرارتی پایین، مقاومت خستگی ضعیف و پراکندگی زیاد در داده های مربوط به خواص مکانیکی به دلیل حساسیت بالای آن به عیوب ، لازم است با وارد نمودن فاز فلزی چکش خوار تا حد ممکن محدودیت های فوق را کاهش داده و از مزایای فاز سرامیکی چون مقاومت به سایش بالا، استحکام گرم و مقاومت به خزش بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین استفاده نمود. با ساخت کامپوزیتها از نوع سرمت مزایای فاز فلزی و سرامیکی در یک مجموعه جمع می شوند. بطوریکه امروزه سازه ها و قطعات از نوع سرمت اهمیت به سزایی در محیط های کاربردی چون ابزارهای برشی، میکروسنسورهای حرارتی، الکترو شیمیایی و اکسیژنی، سازه های هوا و فضا، ادوات زرهی، قالب های گرم و سرد، مهندسی پزشکی، موتورهای حرارتی، عایق های حرارتی، پیل های سوختی، پردازشگرهای میکروالکترونیکی و ... پیدا کرده است. از بین سرامیکها آلومینا متداولترین فاز سرامیکی برای سرمت ها شناخته شده که می تواند به دلیل پایداری شیمیایی، مقاومت به سایش، دانسیته نسبتاً پایین و پایداری و مقاومت حرارتی بالای آن باشد. فاز های فلزی مورد استفاده معمولاً فلزات نسبتاً پایدار در محیط های شیمیایی و حرارتی، قابلیت تر شوندگی خوب و در ضمن قابلیت واکنش دهی خوب در واکنش آلومینو ترمیک می باشد. از فلزات مورد استفاده می توان به fe ,ni ,co ,cr , pb ,mo, al، ... اشاره نمود. در این کار تحقیقاتی ساخت سرمت های al2o3-al به روش اکسید اسیون درجا و متالوژی پودر و سرمت al2o3-cr به روش سنتز احتراقی + متالورژی پودر در شرایط مختلف ترکیب شیمیایی، مدت زمان آسیاکاری و دمای عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است .جهت تعیین شرایط بهینه ساخت ،نمونه های تهیه شده مورد ارزیابی مشاهدات میکروسکوپی (sem)،آنالیزفازی (xrd) خواص فیزیکی و مکانیکی (دانسیته ،سختی ،تافنس ،استحکام) قرار گرفته اند. در ضمن برای ارزیابی بهتر شرایط آسیا کاری و عملیات حرارتی نمونه های با ترکیب شیمیایی مختلف مورد مطالعات dta-tg قرار گرفتند .

فولادهای میکروآلیاژی از خانواده فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا شامل مقادیر محدودی عناصر کاربیدساز قوی نظیر ti، nb و v جهت کنترل رشد دانه های آستنیت می باشند. درجه حرارت و زمان عملیات حرارتی و یا جوشکاری تأثیر بسزائی بر دانه بندی آستنیت و متعاقباً ریزساختار و خواص مکانیکی این فولادها دارد. در این پژوهش تأثیر درجه حرارت و زمان آستنیته کردن بر رشد دانه های آستنیت اولیه در فولاد میکروآلیاژی ti-nbدار بررسی شد. بدین منظور نمونه هایی در درجه حرارت های ?c1300-900 به مدت یک ساعت آستنیته و سپس در آب سختگردانی شدند تا دانه بندی آستنیت اولیه در نمونه ها بدون هیچ گونه تغییری در دمای محیط حفظ گردد. جهت آشکارسازی مرزدانه های آستنیت در فولاد مورد پژوهش، چندین تکنیک متالوگرافی یک مرحله ای و دو مرحله ای مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از میکروسکوپ های نوری و الکترونی نشان داد محلول های اچ شیمیایی مورد استفاده در تکنیک متالوگرافی یک مرحله ای حساسیتی به ظاهرسازی مرزدانه های آستنیت اولیه از خود نشان نمی-دهد و تکنیک متالوگرافی دو مرحله ای بر مبنای اکسیداسیون حرارتی در دمای بالا و سپس اچ شیمیایی به عنوان مناسب ترین روش جهت نمایان ساختن مرزدانه های آستنیت اولیه در فولاد تمیز مورد پژوهش انتخاب گردید. آشکارسازی دانه بندی آستنیت اولیه و نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپ های نوری، الکترونی (sem) و نیروی اتمی (afm) نشان داد که حضور رسوبات کاربیدی و کاربونیتریدی بسیار ریز حاوی عناصر میکروآلیاژی تیتانیم و نئوبیم منجر به بروز سه مد رشد دانه در فولاد مورد بررسی می گردد. بطوریکه در درجه حرارت های پایین آستنیته کردن که این ذرات رسوبی پایدار هستند، دانه های آستنیت با آهنگ ملایم و یکنواختی رشد می کنند و الگوی رشد دانه های آستنیت از نوع پیوسته است. اما در درجه حرارت های بالاتر، ذرات کاربونیتریدی شروع به انحلال و درشت شدگی نموده و الگوی رشد دانه های آستنیت از نوع ناپیوسته یا غیریکنواخت می باشد. با افزایش درجه حرارت و زمان آستنیته کردن، اندازه دانه های آستنیت در فولاد میکروآلیاژی ti-nbدار افزایش می یابد. همچنین با افزایش زمان آستنیته کردن اندازه دانه های آستنیت افزایش و نرخ رشد دانه های آن کاهش می یابد.