نانوذرات روی و اکسید روی به دلیل خواص منحصر بفردشان درکاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می گیرند. این امر لزوم شناسایی و ارائه روش های تولید با قابلیت تجاری سازی را آشکار می سازد. در پژوهش حاضر از یک روش تحت عنوان چگالش بخار تعلیق الکترومغناطیسی جهت تولید نانوذرات روی و اکسید روی استفاده شد. طراحی کویل مناسب جهت تعلیق روی به کمک شبیه سازی المان محدود انجام گردید. تاثیر دبی گاز خنثی، دبی اکسیژن، دمای گاز خنثی، نوع گاز خنثی و فشار محفظه روی اندازه، توزیع اندازه و مورفولوژی نانوذرات روی و اکسید روی مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخصه یابی نانوذرات حاصل به کمک روش های پراش پرتو ایکس، پراکنش دینامیکی نور، میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری انجام شد. نحوه تشکیل مورفولوژی های مختلف نانوذرات به کمک مکانیزم های ترمودینامیکی و بلورشناسی مورد بحث قرار گرفت. نتایج نشان داد که در فشار یک اتمسفر، اندازه ذرات روی در حد زیرمیکرون است، هر چند که افزایش دبی گازهای ar و he-20%ar باعث کاهش میانگین اندازه می گردد. میانگین اندازه ذرات در فشار یک اتمسفر با گاز ar در دبی های 15، 20 و lit.min-1 25 به ترتیب برابر 79±793، 84±649 و nm4±121 و با مخلوط he-20%ar در دبی های 10، 15، 20 و lit.min-1 25 به ترتیب برابر 96±782، 90±521، 150±375 و nm10±199 بدست آمد. کاهش دمای گاز خنثی در حدود 75 درجه باعث تغییر موفولوژی ذرات از شکل کروی به بلورهای پخ خورده گردید. این تغییر مورفولوژی به افزایش میزان فوق اشباع و تغییرات انتروپی در این حالت نسبت داده شده است. چگالش ذرات در فشارهای کمتر از یک اتمسفر منجر به کاهش میانگین اندازه ذرات روی شد. ذرات چگالش شده در فشارهای 460، 380 و mmhg 300 در گاز arکروی بودند و به ترتیب میانگین اندازه های4±131، 7±110 و nm5±107 داشتند. میانگین اندازه ذرات چگالش شده در فشار mmhg 300 با گاز he-20%ar ، nm7/2±5/39 بود. پیشنهاد هایی بر نحوه اثرگذاری کاهش فشار و نوع گاز چگالنده در فشار کاهش یافته، روی میانگین اندازه ذرات ارائه شد. ذرات اکسید روی با تزریق گاز اکسیژن به درون محفظه تولید شدند. نسبت مولی اکسیژن به گاز خنثی لازم برای تولید اکسیدروی در حالت های چگالش در فشار یک اتمسفر با ar، he-20%ar، he-20%ar خنک شده و در فشار mmhg 330 با he-20%ar تعیین شد. این نسبت ها به ترتیب برابر 12/0، 177/0، 177/0 و 211/0 بود. مورفولوژی ذرات در تمامی حالات به صورت میله ای شکل و تتراپاد بود. میانگین اندازه ذرات چگالش شده در فشار یک اتمسفر با ar، he-20%ar، he-20%ar خنک شده و در فشار mmhg 330 با he-20%ar در جهت طولی به ترتیب برابر 6/290، 5/94، 0/79 و nm 1/82 و در جهت عرضی به ترتیب برابر 4/132، 7/54، 0/33 و nm 6/26 بود. تشکیل مورفولوژی میله ایی شکل ذرات به مرجح تر بودن رشد ذرات در جهت [0001] نسبت به جهات دیگر بلوری در اکسید روی نسبت داده شد. کار حاضر نشان می دهد که فرایند چگالش بخار تعلیق الکترومغناطیسی به نحو مطلوبی قادر به تولید نسبتا سریع نانوذرات فلزی روی و اکسید روی به صورت بلوری و با توزیع اندازه نسبتا یکنواخت می باشد.

تغییر شکل پلاستیکی سرد و آنیل متعاقب ساختار مارتنزیتی در فولادهای کم کربن که با عنوان فرایند مارتنزیت شناخته می شود یکی از روش های پر کاربرد ترمومکانیکی پیشرفته جهت دستیابی به ساختار دانه بندی بسیار ریز و نانومتری است. هدف از پژوهش حاضر مقایسه فرایندهای نورد سرد-آنیل و فشار کرنش صفحه ای-آنیل بمنظور ایجاد ساختار فوق ریز دانه/ نانو در فولاد کم کربن حاوی 13/0 درصد کربن است. بدین منظور پس از دستیابی به ریزساختار مارتنزیتی، تغییر شکل پلاستیکی با استفاده از دو روش فوق الذکر به میزان 65 تا 85 درصد کاهش در ضخامت روی ورق های فولادی انجام شد. سپس عملیات آنیل متعاقب در دماهای بین 550-400 درجه سانتیگراد به مدت زمان 180-0 دقیقه بمنظور ارزیابی و مقایسه تغییرات ریزساختاری و دستیابی به ریزترین اندازه دانه در هر یک از این فرایندها انجام گرفت. بررسی تغییرات ریزساختاری حین فرایند با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی انجام شد. از روش متالوگرافی رنگی بمنظور تعیین درصد فاز مارتنزیت در ریزساختار قبل از تغییر شکل پلاستیکی استفاده شد. مقایسه پارامتر بافت برای نمونه های کرنش یافته به وسیله دو روش اعمال کرنش، بعد از تغییر شکل پلاستیک انجام گرفت. علاوه بر آن جهت بررسی سینتیکی مکانیزم های بازگشت حین آنیل نمونه های کرنش یافته، از منحنی های لگاریتمی ارزیابی سختی استفاده شد. نتایج نشان داد که خرد شدن تیغه های مارتنزیتی درحین تغییر شکل پلاستیک در هر دو روش، باعث افزایش قابل ملاحظه مکان های مناسب برای جوانه زنی تبلورمجدد در مرحله آنیل و درنتیجه ریزتر شدن دانه ها می شود. مقایسه پارامتر بافت ناشی از تغییر شکل پلاستیک به وسیله دو روش، حاکی از فراگیر شدن بافت شامل صفحه (110) از شروع تغییر شکل پلاستیک برای نورد سرد و از کرنش های بیشتر از 35 درصد برای فشار کرنش صفحه ای بود. در تمامی دماهای آنیل، نمونه های تغییر شکل یافته به وسیله فشار کرنش صفحه ای افت سختی شدیدتری از خود در برابر دما و زمان آنیل نسبت به نمونه های کرنش یافته به وسیله نورد سرد نشان دادند. همچنین دمای 500 درجه سانتیگراد مناسب ترین دما جهت تبلور مجدد کامل دانه ها در دو روش تشخیص داده شد. ریزساختار حاصله بعد از آنیل، دانه های هم محور فریت، رسوبات بسیار ریز کاربیدی و بسته های ریز مارتنزیت تمپر شده بود. بررسی های ریزساختاری و سینتیکی نشان داد که افزایش میزان کرنش در هر دو روش، زمان آنیل جهت تبلور مجدد کامل و میانگین اندازه دانه فولاد را کاهش می دهد. کوچکترین میانگین اندازه دانه به دست آمده از هر دو روش در 85% کاهش ضخامت به دست آمد که برای روش نورد سرد-آنیل حدود 155 نانومتر و برای روش فشار کرنش صفحه ای-آنیل حدود 125 نانومتر بود. همچنین نزدیک ترین میانگین اندازه دانه به دست آمده از دو روش، در نمونه های 65% کرنش یافته مشاهده شد. میزان اختلاف اندازه دانه در این درصد کرنش، تنها 11 نانومتر بود. با افزایش میزان کرنش تا 85% کاهش ضخامت، به علت بیشتر شدن تفاوت در مسیر کرنش، اختلاف میانگین اندازه دانه در دو روش اعمال کرنش بیشتر شد.

امروزه علیرغم ظهور مواد جدید با ویژگی های منحصر به فرد، هنوز هم می توان ادعا نمود که پایه های هر جامعه بر صنعت فولاد آن بنا نهاده شده است. فولاد های زنگ نزن آستنیتی به دلیل مقاومت به خوردگی عالی و انعطاف پذیری مناسب، از جمله مواد مهندسی هستند که مورد توجه بسیار قرار گرفته اند؛ اما خواص مکانیکی پایین این دسته از فولادها، استفاده از آنها را در صنعت محدود کرده است. در میان مکانیزم های استحکام دهی، ریز کردن دانه ها تنها روشی است که باعث بهبود همزمان استحکام و انعطافپذیری می شود. از جمله خصوصیات فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیمهپایدار، تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت در حین عملیات تغییر شکل در زیر دمای md30 است. در این پژوهش تاثیر کرنش، نرخ کرنش، مسیر کرنش، دمای نورد سرد، اندازه اولیه دانه های آستنیت و ترکیب شیمیایی فولاد بر روی تشکیل مارتنزیت و کرنش اشباع در فولاد زنگ نزن آستنیتی l201 مورد بررسی قرار گرفت. پس از ریخته گری، همگن سازی و فورج داغ، از فرایند ترمومکانیکی پیشرفته شامل نورد سرد و آنیل به منظور تولید ورق فولاد زنگ نزن آستنیتی l201 فوق ریزدانه/نانوساختار استفاده گردید. نورد نمونه ها در دماهای 40-، 10- و 25 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش های s-1 2/1– 1/0 به میزان 95-0 درصد انجام شد. برای اندازه گیری میزان فاز مغناطیسی و شناسایی فازهای موجود در ریزساختار به ترتیب از دستگاه فریتوسکوپ و الگوی پراش پرتو ایکس (xrd) استفاده شد. به منظور بررسی ریزساختار و محاسبه اندازه دانه های آستنیت از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و نرم افزارهای آنالیز تصویری استفاده گردید. نتایج آزمایشات نشان داد مقدار کرنش اشباع برای نمونه 95 درصد نورد در دمای محیط و نرخ کرنش s-1 5/0، برابر 5/0 می باشد. افزایش میزان کرنش و اندازه اولیه دانه های آستنیت وکاهش دمای نورد سرد، باعث افزایش کسر حجمی مارتنزیت و کاهش کرنش اشباع گردید. از طرفی تغییر مسیر کرنش در دو جهت عمود بر هم و افزایش نرخ کرنش در صورتیکه از تشکیل گرمای آدیاباتیک جلوگیری شود، منجر به کاهش کرنش اشباع خواهد شد. بررسی ها نشان داد که کاهش دمای نورد سرد و تغییر مسیر کرنش نسبت به سایر متغیرها تاثیر بیشتری بر روی افزایش کسر حجمی مارتنزیت دارند، بطوریکه مقدار کرنش اشباع را از 5/0 به 28/0 کاهش می دهند. نمونه های نورد سرد شده جهت بررسی تاثیر متغیرهای آنیل بر روی بازگشت مارتنزیت ناشی از کرنش، در محدوده دمایی 750 تا 900 درجه سانتیگراد برای زمان های 15 ثانیه تا 30 دقیقه آنیل شدند. آنیل نمونه 95 درصد نورد سرد شده در دمای °c 850 به مدت 30 ثانیه منجر به تولید فولاد زنگ نزن l201 نانوساختار با میانگین اندازه دانه 5 ± 65 نانومتر گردید. سختی، استحکام تسلیم و درصد ازدیاد طول نمونه با این اندازه دانه نیز به ترتیب 386 ویکرز،mpa 1485 و 29 درصد به دست آمد. کلمات کلیدی:فولاد زنگ نزن آستنیتی، نانوساختار، فرایند ترمومکانیکی پیشرفته، نورد سرد، آنیل.

تولید فولادهای فوق ریزدانه/نانوساختار به منظور دستیابی همزمان به استحکام و چقرمگی بالا در دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. فرایند مارتنزیت یکی از فرایندهای ترمومکانیکی پیشرفته جهت تولید فولادهای فوق ریزدانه زنگ نزن آستنیتی است. این فرایند شامل نورد سرد جهت تشکیل مارتنزیت ایجاد شده به وسیله کرنش و بازگشت آن به آستنیت فوق ریزدانه است. هدف از این پژوهش ارزیابی متغیرهای فرایند مارتنزیت جهت تولید فولاد فوق ریزدانه زنگ نزن آستنیتی 201 بود. بدین منظورشمش های فولاد مزبور پس از ریخته گری در قالب فلزی به مدت 15 ساعت در دمای °c1200 همگن شدند. سپس در محدود دمایی °c1200-1150 عملیات فورج داغ صورت گرفت. نمونه های فورج شده جهت حذف فازهای ثانویه در دمای °c1150 در زمان های مختلف آنیل شدند. جهت ایجاد ساختار فوق ریزدانه از دو فرایند یک مرحله ای و دو مرحله ای نورد سرد و آنیل استفاده شد. بدین منظور نمونه های آنیل شده در دماهای 10-، صفر و 25 درجه سانتیگرادتحت عملیات نورد سرد قرار گرفتند و عملیات بازگشت در زمان های 1800-15 ثانیه در محدوده دمایی °c900-750 صورت گرفت. ارزیابی تغییرات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و تغییرات فازی توسط فریتوسکوپ و پراش پرتو ایکس (xrd) در خلال مراحل فوق صورت گرفت و همچنین از یک مدل ریاضی برای بررسی سینتیکی تبدیل آستنیت به مارتنزیت حین نورد سرد استفاده شد. خواص مکانیکی محصول تولید شده توسط آزمون سختی و کشش تعیین شد. نتایج نشان داد که عملیات همگن سازی در دمای °c1200 سبب افزایش بسیار زیاد اندازه دانه ها و کاهش چشمگیر میزان فریت دلتای ناشی از انجماد شد. عملیات فورج داغ علی رغم کاهش شدید اندازه دانه ها سبب افزایش کسر حجمی فریت دلتا گردید که این افزایش به گرمای آدیاباتیک ایجاد شده در حین انجام فورج و ایجاد مناطق ذوب موضعی در فولاد نسبت داده شد. نتایج حاصله در نمونه های نوردی نشان داد که با کاهش دمای نورد سرد و همچنین افزایش اندازه دانه های اولیه آستنیت، کرنش اشباع تشکیل مارتنزیت کاهش می یابد. مدل بکار رفته برای تعیین میزان مارتنزیت ایجاد شده توسط کرنش تطابق خوبی را با داده های تجربی نشان داد. نتایج بدست آمده از عملیات بازگشت حاکی از کاهش کسر مارتنزیت در مراحل ابتدایی و سپس افزایش آن با گذشت زمان بود که افزایش مارتنزیت به دلیل تشکیل کاربیدها و بالا رفتن موضعی دمای ms و نهایتاً ایجاد مارتنزیت حرارتی حین مرحله کوئنچ بود. در فرایند نورد یک مرحله ای بیشترین کسر بازگشت مارتنزیت به همراه کوچکترین اندازه دانه در دمای °c850 بدست آمد. کوچکترین اندازه دانه در این حالت در حدود 90 نانومتر بود که علاوه بر داشتن استحکام کششی نهائی mpa 1520 دارای در صد ازدیاد طول حدود 27% بود. در فرایند نورد دو مرحله ای اندازه دانه های بدست آمده پس از انجام بازگشت ثانویه به مدت 60 ثانیه در دمای °c850 در حدود 260 نانومتر بود. در این شرایط استحکام کششی نهائی بدست آمده mpa 1285 بوده و ازدیاد طول درحدود 32% بدست آمد.

در این پژوهش، جوشکاری غیر مشابه سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 617 به فولاد زنگ نزن آستنیتی310 به روش قوسی تنگستن- گاز مورد بررسی قرار گرفت. از سه فلز پرکننده اینکونل82 (ernicr3)، اینکونل617 (ernicrcomo1) و فولاد زنگ نزن 310 (er310) برای این منظور استفاده شد. با هدف تطابق شرایط آزمایشگاهی با شرایط واقعی جوشکاری در صنعت، اتصالات در حین جوشکاری با قیدگذاری بالا همراه شدند. پس از جوشکاری ریزساختار مناطق مختلف هر اتصال شامل فلزات جوش، مناطق متأثر از حرارت، فصل مشترک ها و مناطق مخلوط نشده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مجهز به سیستم آنالیز شیمیایی (eds) مورد ارزیابی قرار گرفت. جوش پذیری اتصالات نیز توسط آزمون جوش پذیری بررسی شد. همچنین خواص مکانیکی شامل استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه و سختی و نیز شکست نگاری نمونه ها بررسی شد. از آنجا که اتصال فوق عموماً در دمای بالا کاربرد دارد، با هدف بررسی تأثیر شرایط دمایی در حین سرویس دهی، مشخصه یابی مکانیکی و ریزساختاری پس از عملیات پیرسازی اتصال در دمای 1000 درجه سانتیگراد به مدت 120 ساعت صورت پذیرفت. بررسی ها نشان دهنده وجود ساختار دندریتی در فلزات جوش پایه نیکلی بوده و هیچ گونه ترک انجمادی در ساختار آن ها مشاهده نشد. ریزساختار فلز جوش فولاد 310 بصورت سلولی-دندریتی بوده و به دلیل وجود فازهای با نقطه ذوب پایین و تنش های حرارتی، ترک های انجمادی در منطقه جوش و منطقه مخلوط نشده بین فلز پایه 310-فلز پرکننده 310 ، به موازات خط ذوب و نیز ترک هایی عمود بر آن در منطقه haz به وجود آمد. فلز جوش اینکونل 82 شامل رسوبات کاربید نیوبیوم و فاز یوتکتیک لاوه بوده و جدایش نیوبیوم به مناطق بین دندریتی و مهاجرت مرزهای دانه در آن اتفاق افتاد. فلز جوش اینکونل 617 دارای ساختار ظریف بوده و جدایش مولیبدن به مناطق بین دندریتی در آن رخ داد. عملیات پیرسازی موجب افزایش رسوبات در فلز جوش اینکونل 617 و فولاد 310 شد که عمدتاً بصورت کاربیدهای کروم و مولیبدن بود. در آزمون کشش تمامی نمونه ها قبل و بعد از پیرسازی، از محل فلز پایه فولاد 310 و به صورت نرم دچار شکست شدند. نمونه جوشکاری شده با فلز پرکننده اینکونل 617 بیشترین انعطاف پذیری و استحکام را در حالت قبل از پیرسازی از خود نشان داد. بیشترین و کمترین مقادیر سختی به ترتیب مربوط به فلز جوش اینکونل 617 و فولاد 310 بود. عملیات پیرسازی موجب افزایش سختی در فلزات جوش و فلز پایه 617 شد در حالی که سختی فلز پایه 310 کاهش نشان داد. بیشترین مقدار انرژی شکست با (j)205 مربوط به فلز جوش اینکونل 617 بود و در نتیجه عملیات پیرسازی، انرژی شکست تمامی نمونه ها کاهش یافت. نتایج آزمون جوش پذیری نیز نشان داد که فلزات جوش فولاد زنگ نزن 310 و اینکونل 617 در کرنش 1% کمترین حساسیت به ترک داغ را دارند. در کرنش های بالاتر، حساسیت فلز جوش 310 به ترک داغ به میزان قابل توجهی افزایش یافت. در این آزمون فلز جوش 617 کمترین حساسیت به ترک داغ را در کرنش های بالاتر از 1% از خود نشان داد. پس از بررسی تمامی نتایج بدست آمده اینکونل 617 مناسب ترین انتخاب برای اتصال غیر مشابه فولاد زنگ نزن 310 به سوپرآلیاژ اینکونل 617 تشخیص داده شد.

حصول به فولاد فوق ریزدانه/ نانو ساختار از طریق ایجاد مارتنزیت ناشی از کرنش و در ادامه بازگشت آن در فولادهای شبه پایدار آستنیتی اصطلاحاً فرایند مارتنزیت گفته می شود. اما مسئله افت انعطاف پذیری در اندازه دانه های بسیار ریز سبب ایجاد محدودیت در کاربرد این گونه مواد شده است. جهت بهبود همزمان استحکام و انعطاف پذیری در اندازه دانه های بسیار ریز می توان از فرایند رسوب سختی توسط نانورسوبات عناصر میکروآلیاژی نظیر نیوبیم استفاده کرد. در پژوهش حاضر ابتدا اثر متغیرهای نورد سرد و آنیل بازگشتی بر ریزساختار فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 301 حاوی نیوبیم بررسی شد. سپس به ارزیابی تأثیر عنصر نیوبیم بر بازگشت و خواص مکانیکی آن پرداخته شد. بدین منظور پس از ریخته گری فولاد در کوره القایی و قالب فلزی، نمونه ها در دمای ?c1200 به مدت 10 ساعت همگن شدند. سپس در محدوده دمایی 1000 تا ?c1200 تحت عملیات فورج داغ قرار گرفتند. جهت حذف فازهای ثانویه، نمونه ها به مدت 6 ساعت در ?c1200 آنیل انحلالی شدند. به منظور تولید فولاد فوق ریزدانه/ نانو ساختار، از نورد سرد تا میزان کاهش ضخامت 90% و آنیل بازگشتی استفاده شد. نورد سرد در دماهای صفر و 25 درجه سانتی گراد و آنیل بازگشتی در محدوده دمایی 700 تا ?c900 به مدت 10 تا 1800 ثانیه انجام شد. ریزساختار و خواص مکانیکی آنها توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، پراش پرتو ایکس (xrd)، فریتوسکوپ و دستگاه میکروسختی سنج و آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با انجام عملیات همگن سازی، فورج داغ و آنیل انحلالی درصد فاز فریت دلتا از 8/6 در حالت ریختگی به ترتیب به 5/3، 51/0 و 12/0 کاهش یافت و اندازه دانه پس از 6 ساعت آنیل انحلالی در ?c1200 به ?m 200 رسید. بررسی دقیق توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز eds وجود ذرات کاربید کروم را در مرز دانه های نمونه ی فورج داغ شده تأیید کرد که پس از عملیات آنیل انحلالی تجزیه شدند. با افزایش درصد کاهش ضخامت، کاهش دمای نورد و انجام نورد دوجهته کسر حجمی مارتنزیت افزایش و کرنش اشباع کاهش پیدا می کند. همچنین با افزایش دما و زمان آنیل درصد بازگشت آستنیت از مارتنزیت افزایش می یابد. بیشترین بازگشت در نمونه ی آنیل شده در دمای ?c850 به مدت 300 ثانیه به دست آمد. اندازه دانه در این حالت nm 19 ± 130 بود که استحکام کششی، درصد ازدیاد طول و سختی آن به ترتیب mpa 1012، 46%، 313 ویکرز به دست آمد. نورد در دمای صفر درجه سانتی گراد و سپس آنیل در ?c850 به مدت 300 ثانیه باعث حصول به اندازه دانه ی nm 8 ± 90 شد. انجام عملیات نورد سرد تا کاهش ضخامت 90%، افزایش استحکام کششی از mpa751 در حالت آنیل شده به mpa1983 و کاهش شدید انعطاف پذیری از 68% به 8/0% را به همراه داشت که با افزایش دما و زمان آنیل استحکام کششی کاهش و درصد ازدیاد طول افزایش یافت. همچنین تأخیر در فرایند بازگشت فولاد حاضر نسبت به فولاد 301 فاقد نیوبیم به حضور نیوبیم در محلول جامد و بهبود خواص مکانیکی به وجود ذرات کاربید نیوبیم و ایجاد مارتنزیت ناشی از کرنش در حین آزمون کشش نسبت داده شد.

در طی سالیان اخیر استفاده از کوره های قوس الکتریکی برای تولید فولاد رشد چشمگیری داشته است . این رشد روزافزون استفاده از انرژی الکتریکی به جای سوخت های فسیلی برای ذوب فلزات، نشان دهنده ضرورت مطالعه و تحقیق در این زمینه است. کوره های قوس الکتریکی جریان مستقیم مدلی از تجهیزات فولادسازی می باشند که بدلیل مزایای فراوان نسبت به کوره های جریان متناوب، استفاده از آنها در صنعت روزبروز در حال افزایش است. مرحله تصفیه فلز در کوره قوس الکتریکی از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که در این مرحله، حرارت دهی به حمام مذاب طی یک فرایند پایدار ادامه پیدا می کند تا مذاب تحت اثر گرما و مومنتوم وارد شده توسط قوس بخوبی مخلوط شده و توزیع دمای آن یکنواخت تر گردد. عوامل تاثیر گذار در اختلاط مذاب در کوره قوس الکتریک جریان مستقیم عبارتند از: نیروی شناوری، نیروی الکترومغناطیس و مومنتوم قوس الکتریکی. در این پژوهش اثر هر کدام از این عوامل بر چرخش مذاب مورد بررسی قرار گرفت و با حل همزمان معادلات مومنتوم، انرژی و الکترومغناطیس به کمک نرم افزار فلوئنت و مدول کمکی mhd آن نرم افزار و همچنین کدنویسی udf به منظور معرفی نیروی الکترومغناطیس و توزیع شار حرارتی و تنش برشی، الگوی حرکتی مذاب بدست آمد. این الگو نشان داد که در نزدیکی محور کوره، مذاب حرکتی پادساعتگرد تحت تاثیر نیروی الکترومغناطیس و فراوانی میدان جریان الکتریکی در این محل دارد. در فواصل انتهای کوره بدلیل کاهش اثر میدان الکترومغناطیس و غالب بودن نیروی شناوری، چرخش مذاب برعکس شده و حرکتی ساعتگرد به خود می گیرد. پارامتر های مختلفی بر نحوه اختلاط مذاب توزیع میدان دمایی در مذاب تاثیرگذار هستند. میزان آمپراژ کل، طول قوس الکتریکی و وجود سرباره پفکی را می توان از این دست برشمرد. با شبیه سازی های انجام شده اثر هر کدام از این پارامترها بصورت مجزا برروی میانگین دمای مذاب و الگوی حرکتی مذاب بررسی شد. با تغییر آمپراژ کل از 36 کیلوآمپر به 40، 44 و 50 کیلوآمپر مشاهده شد که در یک طول قوس ثابت، میزان دمای متوسط مذاب افزایش می یابد و الگوی جریان نیز 40 کیلوآمپر و طول قوس 2 سانتی متر نسبت به آمپراژ 36 کیلوآمپر دچار تغییراتی می شود و بدلیل افزایش میزان جریان الکتریکی گذرنده از مذاب، نیروی الکترومغناطیس در چرخش مذاب غالب می گردد. تغییر در طول قوس الکتریک از 20 سانتی متر به 25 و 30 سانتی متر نیز اثر خود را بر متوسط دمایی نشان داد. مقایسه این نتایج با پیش بینی های انجام شده در دیگر پژوهش ها نشان از هماهنگی نتایج دارد. سرباره اثر خود را با افزایش دمای متوسط در حدود 25-30 درجه و اختلاط بهتر دمایی مذاب نشان داد که اثر شناوری در آن بارزتر بود.

در سال های اخیر با افزایش تقاضای انتقال انرژی، تکنولوژی طراحی و ساخت لوله های فولادی درزدار توسعه ی چشمگیری یافته است. لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال دو روش عمده در تولید لوله های درزدار محسوب می شوند که در تولید آنها معمولاً از روش جوشکاری زیرپودری به خاطر سرعت و بازدهی بالااستفاده می شود. در صنعت به منظور کنترل کیفیت جوش، با استفاده از فشار آب در فرآیند هایدروتست تنش های پسماند ناشی از جوش را کاهش می دهند. کاهش تنش ها در فرآیند هایدروتست می تواند باعث افزایش عمر لوله شده و احتمال بروز عیوبی همچون خوردگی تنشی و خستگی را کاهش دهد. حین عملیات احداث خطوط لوله، توپوگرافی مسیر ایجاب می نماید که درصدی از لوله ها نیاز به خمکاری داشته باشند. این خمکاری عمدتاً در محل نصب خطوط لوله و توسط ماشین آلات مخصوصی تحت عنوان ماشین خمکاری و به روش سرد و بر مبنای روش خمکاری سه غلتکی انجام می شود. هدف اصلی در تحقیقِ حاضر تعیین تأثیرات تنش های پسماند ناشی از جوشکاری بر روی فرآیند خمکاری سرد لوله های قطور است. از این رو بدست آوردن تخمینی مناسب از میدان تنش های پسماند ناشی از جوشکاری در کل لوله ضروری می باشد. بدین منظور در گام نخست فرآیند جوشکاری قوسی زیرپودری لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال x70 به کمک نرم افزار اَنسیس در مقیاس سه بعدی شبیه سازی شده است. در مدل جوشکاری از آنالیز غیر مستقیم استفاده شده و خواص ترموفیزیکی و مکانیکی فولاد به صورت متغیر با دما تعریف شده است. در این تحلیل، مدل منبع حرارتی بر اساس توزیع دوبیضوی چگالی توان گُلداک ارائه شده است. پس از تحلیل حرارتی و دستیابی به تاریخچه ی دمایی، مدل مکانیکی بررسی و سپس توزیع تنش های پسماند ناشی از جوشکاری به دست آمده است. نتایج حاصله نشان داد که تنش های پسماند طولی در نزدیک خط جوش کششی هستند. پس از شبیه سازی جوشکاری، تأثیر فرآیند هایدروتست به منظور کاهش تنش های پسماند جوشکاری ارزیابی شده است. همچنین به منظور اعتبارسنجی شبیه سازی های انجام شده، توزیع تنش های پسماند قبل و بعد از فرآیند هایدروتست در لوله های اسپیرال توسط روش کرنش سنجی سوراخ و بر اساس استاندارد astm-e837 بدست آمده است. تطابق بسیار خوبی بین تنش های پسماند بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی و روش المان محدود وجود دارد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که بارگذاری هایدروتست در لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال توانسته است تا 70% تنش های پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری را کاهش دهد. در مرحله دوم تنش ها و کرنش های پسماند از طول محدود به کل لوله ی درزجوش مستقیم و اسپیرال توسعه یافته و تأثیر تنش های پسماند ناشی از جوشکاری (بعد از انجام هایدروتست) در خمکاری لوله های اسپیرال و درزجوش مستقیم و عیوب هندسی حاصله از جمله دوپهنی لوله بررسی شده است. نتایج نشان می دهد عیوب هندسی همچون دوپهنی در خمکاری لوله های اسپیرال نسبت به لوله های درزجوش مستقیم، به میزان بسیار ناچیزی افزایش یافته است. واژه های کلیدی: لوله اسپیرال، لوله درزجوش مستقیم، جوشکاری زیرپودری، روش کرنش سنجی سوراخ، تنش پسماند، هایدروتست، خمکاری سرد

حافظه داری به توانایی برخی از مواد برای بازیابی تغییر شکل ایجاد شده در دمای پایین پس از گرم کردن آنها به دماهای بالاتر گفته می شود. در میان آلیاژ های حافظه دار، آلیاژهای نیکل-تیتانیم به دلیل میزان برگشت پذیری مناسب و امکان انتقال دمای تغییر حالت به محدوده دمای بدن توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر تأثیر عملیات ترمومکانیکی شامل نورد گرم، نورد سرد و آنیل بر ریز ساختار و خواص مکانیکی آلیاژ ti-50 at.% ni مورد بررسی قرارگرفت. آلیاژ نیکل-تیتانیوم با درصد اتمی یکسان، توسط روش ذوب قوسی تحت خلاء در قالب مسی آبگرد تولید شد. آلیاژ بدست آمده در دمای ?c 1000 همگن سازی شد و سپس به منظور برآورد ترکیب واقعی، آلیاژ تحت عملیات آنالیز حرارتی قرارگرفت. نمونه همگن شده در دمای ?c 1000 به میزان 50% نورد گرم و پس از آن در دمایc? 900 به مدت 1 ساعت آنیل شد. نمونه های آنیل شده، تحت عملیات ترمومکانیکی شامل نورد سرد در دمای محیط به میزان 10-40% و متعاقب آن آنیل در دماهای 500،400 و?c 600 به مدت 1 ساعت قرار گرفت. بررسی تحولات فازی و ریزساختار آلیاژ توسط آزمون پراش اشعه x و میکروسکپ نوری و الکترونی صورت گرفت. از نمونه همگن شده و نمونه هایی که مورد عملیات ترمومکانیکی قرارگرفته بودند، آزمون کشش و سختی صورت گرفت و حافظه داری آلیاژ توسط آزمون خمش سه نقطه ای بررسی شد. نتایج نشان داد که با انجام نورد گرم و آنیل اندازه دانه ها حدود 50% کاهش یافت. همچنین با افزایش درصد نورد سرد میزان مارتنزیت افزایش و با افزایش دمای آنیل پس از آن کاهش یافت. ساختار نمونه های آنیل شده در دمای ?c 600 همچنان دارای مارتنزیت بود. این درصد مارتنزیت باقیمانده با افزایش درصد نورد تا 30% بیشتر شد، ولی برای نمونه 40% نورد شده کاهش درصد مارتنزیت مشاهده شد. تحولات ریز ساختار نمونه های آنیل شده پس از نورد سرد به میزان 10-40% نشان دهنده تبلور مجدد تحت تاثیر رسوب در دمای ?c 500 و تبلور مجدد در زمینه برای نمونه های بیشتر از 20% نورد شده در دمای ?c 600 بود. گسترش دانه های تبلور مجدد یافته در زمینه در دمای ?c 600، باعث کاهش درصد مارتنزیت باقیمانده و میزان سختی برای نمونه 40% نورد سرد شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که در نمونه همگن شده، بر خلاف نمونه های حاصل از عملیات ترمومکانیکی، لغزش به راحتی اتفاق افتاد و نمودار فاقد ناحیه مربوط به استحاله آستنیت به مارتنزیت در اثر تنش بود. همچنین با افزایش دمای آنیل پس از نورد سرد، استحکام آلیاژ کاهش و انعطاف پذیری آن افزایش یافت. مطابق نتایج آزمون خمش سه نقطه ای، با افزایش دمای آنیل میزان بازیابی شکل نمونه به دلیل کاهش تنش لغزش کاهش یافت. این کاهش بازیابی برای نمونه 20% نورد سرد شده به علت آغاز تبلور مجدد در زمینه در دمای ?c 600 شدیدتر بود. نمونه آنیل شده در دمای ?c 400 پس از 20% نورد سرد، بازیابی کامل از خود نشان داد. مجموع نتایج آزمون کشش و خمش سه نقطه ای نشان داد که آلیاژ ti-50 at.% ni در حالت همگن شده خواص حافظه داری از خود نشان نداد ولی انجام عملیات ترمومکانیکی باعث ایجاد خاصیت حافظه داری در آلیاژ شد. فرآیندهای نورد سرد و آنیل نیز باعث افزایش استحکام و تقویت خواص حافظه داری آلیاژ گردید.

در مورد رفتار ترمومکانیکی فولاد زنگ نزن 17-4 ph در حین تغییرشکل داغ گزارش های کمی وجود دارد. همچنین کاستی هایی در زمینه تغییر شکل داغ فولادها و مدل کردن منحنی های سیلان دیده می شود. در تحقیق حاضر، رفتار ترمومکانیکی این آلیاژ در حین فشار داغ ارزیابی شد و نتایج حاصل بر روی فولادهای دیگر نیز مورد آزمایش قرار گرفت. بیشتر شرایط تغییر شکل منجر به انجام تبلور مجدد دینامیکی (drx) در این فولاد شدند. در بیشتر موارد، رفتار متداول تک اوجی و در ریزساختار این نمونه ها مکانیزم گردنبندی مشاهده شد ولی در منحنی سیلان برخی از نمونه های مربوط به پارامترهای زنر-هلمن (z) پایین، رفتار جدیدی مشاهده شد که "حالت پایای گذرای چندگانه" (mtss) نامیده شد. بررسی ها نشان داد که برای محاسبه انرژی اکتیواسیون ظاهری تغییرشکل داغ (qapp) بایستی هر سه رابطه سینوس هایپربولیک، توانی و نمایی بررسی شوند. رابطه جدیدی برای پیش بینی تنش سیلان ارایه شد تا بر مشکلات روش های موجود که کارآیی مناسبی نداشته و یا از پیچیدگی زیادی برخوردارند، غلبه کند. این رابطه شامل تنش اوج و کرنش اوج و چهار ثابت می باشد که به راحتی تعیین شده و مستقل از دما و نرخ کرنش هستند. مدل سازی شبکه عصبی مصنوعی (ann) و رابطه جدید ارایه شده در تحقیق حاضر در پیش بینی و مدل کردن منحنی های سیلان فولاد 17-4 ph و فولادهای دیگر کارآمد بودند. اولی برای مدل کردن دقیقتر و دومی برای پیش بینی بهتر منحنی های سیلان، مناسب شناخته شدند. این در حالی است که رابطه سینوس هایپربولیک با در نظر گرفتن اثر کرنش چندان موفق نبود که به مشکلات بنیادی آن روش ربط داده شد. از رابطه اورامی نیز برای برونیابی تنش سیلان استفاده شد. روش مناسبی برای محاسبه ثوابت رابطه سینوس هایپربولیک اصلاح شده که با در نظر گرفتن وابستگی ضریب نفوذ در خود و مدول الاستیک به دما، دارای مفهوم فیزیکی و متالورژیکی است، ارایه گردید. تاثیر drx بر این رابطه مورد ارزیابی قرار گرفت و نشان داده شد که زمانی که تغییر شکل توسط لغزش و صعود نابجایی ها انجام شود، می توان از ضریب نفوذ در خود و توان 5 استفاده کرد. به علت ساختار مارتنزیتی، امکان بررسی کسر تبلور مجدد دینامیکی به شکل مطلوب در فولاد 17-4 ph وجود نداشت. لذا این بررسی ها بر روی نمونه های تغییر شکل یافته فولاد زنگ نزن 304 توسط پراش الکترونی از الکترونهای برگشتی (ebsd ) و آلیاژهای دیگر انجام شد و مشخص شد که بررسی سینتیک اورامی تبلور مجدد از نقطه اوج روشی کارآمد می باشد و برای فولاد 17-4 ph به کار گرفته شد. پارامتر زنر-هلمن برای بررسی سینتیکی تبلور مجدد دینامیکی مناسب تشخیص داده نشد و پارامتر جدیدی به نام پارامتر نرخ تبلور مجدد دینامیکی تعریف شد که کارایی خوبی نشان داد.

چکیده : استفاده از آلیاژهای حافظه دار در کامپوزیت های زمینه فلزی باعث بهبود رفتار آنها از طریق خواص منحصربفرد این آلیاژها می گردد. در این پژوهش کامپوزیت هوشمند niti/al به روش پرس گرم تهیه شد و شرایط بهینه از نظر دما و فشار پرس مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه های کامپوزیت هوشمند niti/al با درصدهای حجمی 4% و 8% از سیم حافظه دار niti و کرنش های اولیه 3% و 5% تهیه شدند و رفتار آنها تحت تست کشش تک محور در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. اثر فرایند پرس گرم بر روی رفتار استحاله ای سیم niti نیز توسط آنالیز حرارتی کالریمتری بررسی شد. نتایج نشان داد بین سیم های حافظه دار niti و زمینه آلومینیم در حین فرایند پرس گرم پیوند مناسب تشکیل شد. بررسی میکروسکوپ الکترونی و آنالیز فازی نیز نفوذ موثر اتم های تیتانیم و نیکل بداخل زمینه آلومینیم و تشکیل فصل مشترک لازم جهت انتقال تنش فشاری ناشی از تغییرحالت مارتنزیت به آستنیت در سیم حافظه دار به زمینه آلومینیم را نشان داد. با افزایش درصد حجمی و کرنش اولیه سیم های حافظه دار niti ، تنش تسلیم کامپوزیت بترتیب 5/12% و 42% افزایش یافت.

مخازن با ظرفیت بالا بطور گسترده ای در بسیاری از صنایع به خصوص در فرآیندهایی مثل پالایش نفت خام و صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این از این مخازن برای ذخیره سازی محصولات خام و نهایی مختلفی استفاده می شود. پیش بینی تنش های پسماند یکی از مهمترین مسائل در ساخت این مخازن است. یکی از مهمترین اثرات تنش های پسماند تسریع بخشیدن و یا در برخی از موارد کند ساختن رشد ترک در سازه های تحت بارگذاری متناوب است. در این پایان نامه به مطالعه جوشکاری چند عبوری و رفتار آزادسازی تنش حرارتی یک مقطع صفحه ای از یک مخزن ذخیره سازی نفت خام می-پردازیم. فاز جوشکاری شامل دو بخش گرمایش حرارتی و خنک کاری می-باشد. در بخش نخست ماده تا دمای ذوبش حرارت داده می شود. در بخش خنک کاری دمای ماده تا دمای محیط کاهش می یابد. این دو فرآیند باعث ایجاد تنش های پسماند بالا در ناحیه جوشکاری یعنی ناحیه ذوب و نیز ناحیه مجاور آن می شوند. در فاز آزادسازی تنش حرارتی، برای یک بازه زمانی محدود ناحیه جوشکاری تا یک دمای بالا حرارت داده می شود که این خود باعث فعال شدن مکانیزم خزش در ماده خواهد شد. این فرآیند یکی از مهمترین روش های موثر در آزاد سازی تنش های پسماند جوشکاری است. روش اجزاء محدود برای مدلسازی و تحلیل جوشکاری و فرآیندهای آزادسازی تنش حرارتی یک قطعه صفحه ای از مخزن ذخیره سازی نفت به کار گرفته می شود. جنس قطعه از فولاد کم کربن aisi 304 تحت جوش چند عبوری سر به سر می باشد. در این پایان نامه هدف اصلی بررسی اثرات پارامترهای جوشکاری ماننده گرمای ورودی، سرعت جوشکاری، ضخامت دیواره و پیش گرمایش است. علاوه بر این در قسمت دوم اثر پارامترهای آزادسازی تنش حرارتی شامل زمان و دمای نگهداری بر روی توزیع تنش های پسماند جوشکاری مورد بررسی قرار می گیرد. در این شبیه سازی مدل مکانیکی- حرارتی ترتیبی برای جوشکاری و پیش بینی رفتار آزادسازی تنش حرارتی ماده به کار گرفته می شود. در این شبیه سازی خصوصیات مکانیکی، فیزیکی و حرارتی ماده به صورت وابسته به دما در نظر گرفته شده است. در تحلیل حرارتی فاز جوشکاری، از یک منبع حرارتی بر اساس مدل توزیع چگالی بیضوی گولداک استفاده شده است. پس از تحلیل حرارتی، تحلیل مکانیکی انجام می شود. سپس در تحلیل دوم، توزیع تنش قطعه مذکور برای تحلیل و مدلسازی آزادسازی تنش به کار گرفته می شود. در انتها از اصل نورتون برای بررسی پدیده خزش در فرآیند آزادسازی تنش استفاده خواهد شد.

اخیراً گروهی از فولادهای آستنیتی پرمنگنز همراه با برخی از عناصر آلیاژی معرفی شده اند که در آن ها امکان دست یابی به ترکیب مناسبی از استحکام و انعطاف پذیری وجود دارد. در این فولادها، انرژی نقص چیدمان ((sfe پایین بوده، در نتیجه لغزش متقاطع نابجایی های گسترده به سختی صورت گرفته و تغییرشکل پلاستیکیِ ناشی از دوقلویی شدن (twip)، در کنار لغزش نابجایی ها به عنوان مکانیزمی اصلی در تغییرشکل مشارکت می کند. از طرف دیگر، به وجود آمدن دوقلویی های مکانیکی به عنوان موانعی قوی در برابر حرکت نابجایی ها، تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی و به ویژه نرخ کارسختی بر جای می گذارد. در این پژوهش، خواص مکانیکی فولادهای twip، با استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی پیش بینی گردیده است. بدین منظور ترکیب شیمیایی (درصدهای وزنی منگنز، آلومینیوم، سیلیسیم و کربن)، درصد کار سرد، نرخ کرنش آزمون کشش، دما و زمان آنیل به عنوان متغیرهای ورودی شبکه ی عصبی در نظر گرفته شده و سایر شرایط مانند تکفاز بودن ماده ی اولیه، روش دستیابی به فولاد twip (ترکیبی از کار سرد سنگین و سپس عملیات آنیل) و دمای آزمون کشش مشابه در نظر گرفته شدند. خروجی های مدل نیز تنش تسلیم، استحکام کششی نهایی و ازدیاد طول نسبی هستند. داده های مورد نیاز برای آموزش و آزمون این مدل ها از مراجع تهیه شدند. در همه ی مدل ها، 80% داده ها برای آموزش شبکه و 20% آن ها برای آزمون انتخاب شدند. آزمون داده ها به دو صورت تصادفی از میان تمامِ داده ها و غیر تصادفی (20% پایانیِ آن ها) صورت گرفت. برای اعتبار سنجی مدل ها نیز تعدادی آزمایش کشش (با شرایط تولید نورد سرد-آنیل) انجام شد. پس از ریخته گری و همگن سازی شمش، از نورد سرد و عملیات آنیل بعدی به منظور تولید ورق فولاد twip استفاده گردید. نورد سرد نمونه ها در دمای محیط و بدون تغییر در جهت نورد و با استفاده از روانکار انجام شد. این روند برای همه ی نمونه ها تا 85 درصد کاهش ضخامت ادامه یافت. نمونه های نورد سرد شده جهت بررسی تأثیر دمای آنیل بر خواص مکانیکی، در محدوده دمایی 500 تا c? 900 به مدت30 دقیقه آنیل شدند. سپس آزمون کشش در دمای محیط و با نرخ کرنش s-1 001/0 انجام پذیرفت. برای شناسایی فازهای موجود در ریزساختار از الگوی پراش پرتو ایکس (xrd) و به منظور بررسی ریزساختار از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (sem) استفاده گردید. نتایج بررسی های متالورژیکی نشان داد که بهترین خواص مکانیکی زمانی بدست می آید که دمای آنیل حدود c?750 است. در این حالت ساختاری آمیخته از نواحی تبلور مجدد یافته و تبلور مجدد نیافته با چگالی بالایی از دوقلویی های مکانیکی (یعنی منطقه ی تبلور مجدد جزئی) وجود دارد. نتایج بررسی های مدل سازی نشان داد که بهره گیری از سه شبکه ی عصبی جداگانه به جای یک شبکه، نتایج بهتری می دهد. همچنین نتایج اعتبار سنجی مدل ها بوسیله ی آزمایشات کشش انجام شده، نشاندهنده ی توانایی مدل های آموزش دیده برای پیش بینی خواص مکانیکی بود.

خواص فولادها به شدت تحت تاثیر اندازه دانه می یاشد. رابطه شناخته شده ی هال-پچ تاثیر اندازه دانه را بر خواص مکانیکی (استحکام-سختی-دمای تبدیل تردی به نرمی) بیان می کند. به همین دلیل امروزه ریزدانه کردن از مهمترین موضوعات در بهبود خواص مکانیکی مواد است چرا که در میان مکانیزم های استحکام دهی، ریز کردن دانه ها تنها روشی است که باعث بهبود همزمان استحکام و انعطاف پذیری می شود. از طرف دیگر دیگر خواص مکانیکی از قبیل استحکام، دمای تبدلیل نرمی به تردی ، مقاومت به شکست نیز بهبود می یابد. یکی از آن ها عملیات ترمومکانیکی نورد سرد و آنیل بازگشتی می باشد. کار مکانیکی سبب تغییر شکل و افزایش انرژی ذخیره شده می شود. با آنیل این ساختار پر انرژی (جهت کاهش انرژی)، تبلور مجدد صورت می گیرد و ساختار ریزدانه تولید می شود. دلایل ایجاد ساختار را می توان به افزایش نرخ جوانه زنی به دلیل زیاد شدن مکان های جوانهزنی نسبت داد. از جمله خصوصیات فولادهای کربنی ساده، تبدیل فاز مارتنزیت نورد سرد شده به فریت فوق ریز در حین عملیات آنیلینگ است. اما عیب عمده مارتنزیت ترد بودن آن به دلیل بالا بودن تنش های داخلی است که سبب ترک خوردن عمدتا لبه های نمونه در حین نورد سرد می شود. از طرفی بینیت نیز در مکانیزم هایی مشابه با مارتنزیت تشکیل می شود. در حین استحاله بینیتی هر دانه آستننیت اولیه به مشابه مارتنزیت به چندین بسته تبدیل می شود. با توجه به این موضوع در این تحقیق کوشش شده است تا روشی نوین و آسان جهت ریزدانه شدن فریت ارائه شود. به همین منظور یک آلیاژ کم کربن وکم آلیاژ تحت عملیات مکانیکی-حرارتی قرار داده شد و اثرات آن بر اندازه دانه فریت تحت بررسی قرار گرفت. عملیات حرارتی شامل آستنیته کردن در دمای 925 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه و سریع سرد کردن در حمام نمک مذاب با 3 دمای مختلف بود. در این مرحله جهت بررسی ریز ساختار و شناسایی فازهای موجود در ریزساختار از اچ رنگی و الگوی پراش پرتو ایکس (xrd) استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که بهترین دما برای استحاله همدما، 410 درجه سانتیگراد است که سبب تولید ساختاری با 90 درصد بینیت گردیده است. عملیات مکانیکی شامل نورد سرد بینیت در دمای اتاق به میزان 90 درصد کاهش ضخامت بود. چنین کاهش ضخامتی سبب ایجاد ساختار لایه ای کشیده شده در جهت نورد با ضخامت 400 نانومتر گردید این ساختار دانسیته بالایی از نابجایی را شامل اشت. دلیل این امر به دانسیته بالاتر مرزدانه در ساختار بینیتی نسبت داده شد. آنیل بازگشتی در دماهای 700-500 درجه سانتیگراد به فاصله های دمایی 50 درجه سانتیگراد در بازه زمانی 120 ثانیه تا 120 دقیقه صورت گرفت. نتایج حاکی از آن بود که با آنیل در دمای 500 و 550 درجه سانتیگراد مکانیزم اصلی در تغییرات ساختار، بازیابی است. در حالی که با آنیل در دمای 650 و 700 درجه سانتیگراد تبلور مجدد مکانیزم اصلی در نرم شدن ساختار نورد سرد شده است. بدین ترتیب پس از آنیل در 650 درجه سانتیگراد به مدت 120 دقیقه اندازه دانه 550 نانومتر و پس از آنیل در 700 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه اندازه دانه 560 نانومتر به دست آمد.

به منظور ساخت قطعات نیمه جامد فلزی، نیاز به دوغابی با ساختار غیر دندریتی می باشد. این کار معمولا با اعمال تنش برشی به مذاب در حال انجماد، یا افزایش نرخ جوانه زنی در حین انجماد، انجام می شود. همه روش های ارائه شده تاکنون، از عملیات دو مرحله ای استفاده می کنند، به گونه ای که ابتدا دوغاب در خارج قالب تهیه شده و سپس به درون قالب وارد می گردد. از طرف دیگر ویسکوزیته بالاتر دوغاب های نیمه جامد نیاز به استفاده از قالب های فلزی گران قیمت را ضروری ساخته است. با توجه به این موضوع، هدف از این تحقیق توسعه روش جدیدی برای تولید ریزساختار غیردندریتی در طی فرآیند ریخته گری آلیاژ آلومینیوم در قالب ماسه ای، بدون هیچ فرآیند ویژه قبلی می باشد. به همین منظور در مرحله اول تحقیق، یک قالب ماسه ای به همراه سه نوع سیستم راهگاهی متفاوت طراحی شد و با استفاده از نرم افزار شبیه سازی procast، نحوه پرشدن قالب و انجماد قطعات در حالت های مختلف ریخته گری مورد بررسی قرار گرفت. بعد از بررسی نتایج شبیه سازی، مرحله دوم که شامل ریخته گری آلیاژ a356 در سه نوع سیستم راهگاهی در حالت مذاب و تحت شرائط ثقلی و گریز از مرکز بود، انجام شد. این سیستم های راهگاهی شامل سیستم راهگاهی اول( راهگاه بارریز بدون ماهیچه)، سیستم راهگاهی دو( راهگاه بارریز با ماهیچه ماسه ای) و سیستم راهگاهی سوم( راهگاه بارریز با ماهیچه ماسه ای مبرددار) بود. نمونه های ریخته شده در این مرحله از لحاظ خصوصیات ساختاری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. در مرحله سوم، ریزساختار و میزان طول سیالیت قطعات ریخته گری گریز از مرکز شده در حالت نیمه جامد در سه سیستم راهگاهی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه آزمون های اندازه گیری سختی، تخلخل و خواص کششی برای تعدادی از قطعات تولید شده در هر دو حالت کاملا مذاب و نیمه جامد بررسی شد. نتایج بررسی های ریزساختاری قطعات ریخته شده در مرحله دوم، نشان داد که با استفاده از سیستم راهگاهی نوع سه، کاهش دمای فوق گداز و استفاده از نیروی گریز از مرکز، دستیابی به ساختار غیردندریتی امکان پذیر شد. نتایج بررسی های ریزساختاری در مرحله سوم نشان داد که با افزایش کسر جامد، اندازه دانه ها، اندازه مجموعه دانه ها و کرویت دانه ها افزایش یافته و کرویت مجموعه دانه ها کاهش می یابد. با تغییر سیستم راهگاهی از حالت یک به سه در یک کسر جامد مشخص، اندازه دانه ها کاهش یافته و کرویت دانه ها افزوده می گردد. در بررسی های صورت گرفته بر میزان طول سیالیت در این مرحله، مشاهده شد که در کسر جامد 15/0 سیالیت آلیاژ نیمه جامد a356 در سیستم راهگاهی دو نسبت به سیستم راهگاهی یک و سه بیشتر است. با بررسی سختی نمونه های ریخته شده در حالت کاملا مذاب، مشاهده گردید که با به کارگیری نیروی گریز از مرکز، کاهش دمای فوق گداز و استفاده از سیستم راهگاهی سه، سختی نمونه ها افزوده شد. در نمونه های ریخته شده در حالت نیمه جامد، با افزایش کسر جامد، سختی نمونه ها کاهش یافت. با بررسی نمونه های کشش، مشاهده شد که با تغییر سیستم راهگاهی از حالت یک به سه، استفاده از نیروی گریز از مرکز و کاهش دمای فوق گداز، خواص مکانیکی نمونه های ریخته شده افزایش یافت.

فرایند انجماد جهت دار سوپرآلیاژها یکی از فناوری های پیشرفته جهت ارتقاء خواص مکانیکی دمای بالای قطعات داغ مورد استفاده در توربین های گازی است. در این تحقیق اثر سرعت سرد شدن در فرایند انجماد جهت دار بر ساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ پایه نیکل gtd-111 مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نمونه های میله ای شکل به قطر 12 و ارتفاع 200 میلیمتر از شمش پلی کریستال آلیاژ تهیه شد. فرایند انجماد جهت دار بریجمن تحت خلأ با استفاده از قالب های سرامیکی و مبرد مسی آبگرد روی نمونه ها اعمال گردید. برای بررسی اثر سرعت سرد شدن، فرایند در سرعت های کشش قالب مختلف شامل 1، 3، 6 و 9 میلیمتر بر دقیقه انجام شد. برای تعیین دماهای تغییر حالت آلیاژ از آزمون dsc استفاده شد. عملیات حرارتی آنیل انحلال و پیرسازی تحت خلأ روی نمونه های ریختگی اعمال گردید. کلیه نمونه ها در راستای طولی و عرضی برش خورده و ساختارهای ماکروسکوپی و میکروسکوپی آن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. تخلخل میکروسکوپی و ساختارهای دانه بندی، دندریتی و میکروسکوپی نمونه ها توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی مجهز به eds بررسی گردید. برای بررسی خواص مکانیکی، سختی، خواص کششی دمای محیط و خواص خزشی نمونه های جهت دار اندازه گیری شد. نتایج بدست آمده، ساختار دانه بندی ستونی نسبتاً مشابهی را در کلیه سرعت های سرد شدن نشان داد. با دور شدن از سطح مبرد، تعداد دانه ها کاهش یافت. افزایش سرعت سرد شدن، کاهش فواصل بین بازوهای اولیه و ثانویه دندریتی را نشان داد. همچنین با افزایش سرعت سرد شدن، درصد ریزتخلخل در نمونه های ریختگی بیشتر شد و اندازه کاربیدها و میزان یوتکتیک گاما- گاماپرایم در ساختار کاهش یافت. نتایج آزمون کشش در دمای محیط نشان داد که نمونه های جهت دار از استحکام تسلیم و استحکام کششی نهائی بیشتری نسبت به نمونه های پلی کریستال برخوردار بوده و انعطاف پذیری آن ها قدری کمتر از نمونه های پلی کریستال است. آزمون تنش- گسیختگی دمای بالا- تنش پایین نشان داد که نمونه های جهت دار از عمر گسیختگی خیلی بالاتری نسبت به نمونه های پلی کریستال برخوردارند و افزایش سرعت سرد شدن نیز خواص آن ها را ارتقا می بخشد.

در این تحقیق ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه های فولاد زنگ نزن دوفازی gost 5632 جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور نمونه های مختلف به ضخامت mm 5/1 تحت متغیر های سرعت چرخشی 400، 600 و rpm 800 و سرعت های پیشروی 50، 100 و mm/min 150 جوشکاری شدند. ابزار مورد استفاده از نوع آلیاژ های کاربید تنگستنی و به قطر شانه mm 16 و پین مخروطی به ارتفاع mm 25/1 بوده است. پروفیل دمایی حاصل از ترموکوپل های نوع k، بیشینه دمای جوشکاری در ناحیه مرکزی جوش تحت بالاترین حرارت ورودی یعنی سرعت چرخشی rpm 800 و سرعت پیشروی mm/min 50 را در حدود 1000 درجه سانتی گراد نشان داد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مجهز به آنالیز عنصری صورت گرفت. فاز شناسی به روش پراش پراش پرتو ایکس(xrd)، سختی سنجی تحت بار g 300 و خواص مکانیکی با روش آزمایش کشش انجام شد. در نهایت سطح مقطع شکست نمونه های کشش مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج xrd از نمونه های جوشکاری عدم تشکیل فاز های مضر سیگما، چی و غیره را به علت سرعت سرد شدن بالای نمونه ها به اثبات رساند. اندازه دانه ناحیه اغتشاش به دلیل تغییر شکل شدید ماده در تماس با ابزار در حال چرخش نسبت به سایر نواحی به شدت کاهش یافت. دلیل آن رخ دادن پدیده تبلور مجدد دینامیکی است که در حضور حرارت و تغییر شکل شدید به سرعت فعال شده و در نتیجه آن اندازه دانه ها کاهش یافته است. کمترین اندازه دانه برای نمونه جوشکاری شده با سرعت چرخشی rpm 600 و سرعت پیشروی mm/min 150 در حدود ?m 1 اندازه گیری شده است. با توجه به سیلان ماده در حین چرخش ابزار، سمت پیشرونده نمونه ها بیشترین میزان تغییر شکل را متحمل شد و به همین دلیل اندازه دانه در سمت پیشرونده نسبت به سمت پسرونده کاهش بیشتری یافت. با توجه به ریز شدن و پدیده تبلور مجدد دینامیکی، سختی ناحیه مرکزی جوش به شدت افزایش یافت به گونه ای که برای نمونه با سرعت چرخشی rpm 600 و سرعت پیشروی mm/min 150 به حدود 423 ویکرز نسبت به فلز پایه با 284 ویکرز رسید. بررسی نتایج آزمون کشش و نحوه شکست نمونه ها نشان داد که در نمونه های با سرعت چرخشی rpm 600 و سرعت پیشروی mm/min 100 میزان استحکام نهایی در حدود mpa 774 بوده اما محل شکست نمونه ها از ناحیه فلز پایه اتفاق افتاد. این در حالی بود که برای سایر پارامتر ها اغلب شکست از مرز جوش با فلز پایه رخ داد. بررسی شکست نگاری نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که به جز در یک مورد، در هیچ یک از نمونه ها شکست تورقی مشاهده نشد. براساس نتایج حاصل از مشاهدات ریزساختاری، پروفیل های دمایی، پراش اشعه ایکس و خواص مکانیکی، پارامتر بهینه جوشکاری فولاد دو فازی gost 5632 شامل سرعت چرخشی rpm 600 و سرعت پیشروی mm/min 100 معرفی شد.

مقدمه امروزه فروشاره ها به دلیل ویژگی های مغناطیسی و گرمایی خود کاربردهای فراوانی در صنعت و زیست پزشکی پیدا کرده اند. یکی از کاربردهای آن ها در زیست پزشکی، فراگرمایی مغناطیسی برای درمان توده های سرطانی است. در این روش فروشاره ها به توده سرطانی تزریق و با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی متناوب باعث گرم شدن سلول های سرطانی تا دمای °c41 و نهایتاً نابودی آن ها می شوند. سازوکارهای اتلافی گوناگونی مانند اتلاف پسماند و اتلاف واهلش موجب ایجاد گرما در نانوذرات مغناطیسی در میدان مغناطیسی متغیر می شوند. مقدار گرمای تولید شده نه تنها به ویژگی های مغناطیسی بلکه به اندازه و توزیع اندازه ی نانوذرات نیز بستگی دارد. نانوذرات مگنتایت یکی از گزینه های مهم مورد استفاده در این زمینه می باشد. می توان نشان داد که با جانشانی یون های دیگر در مگنتایت و بهبود ویژگی های مغناطیسی آن و یا از طریق کنترل اندازه و توزیع اندازه ی نانوذرات، گرمای تولید شده بهبود می یابد. جانشانی یون های آهن در ساختار اسپینل با یون های zn2+ و gd3+ به بهبود ویژگی های مغناطیسی می انجامد. روش های ساخت نانوذرات مغناطیسی که پاکیزه و دوستدار محیط زیست باشد و هم زمان به تولید انبوه نانو ذراتی با اندازه ی یکنواخت و بلورینگی بالا بینجامد، هنوز یکی از چالش های مهم در تولید نانوذرات مغناطیسی است. روش احیای هیدروترمال از جمله روش های آسان و تک گامی است که برای تولید نانو ذرات مگنتایت آب دوست، با احیاکننده های گوناگون به کار گرفته شده است. در این پژوهش نانو ذرات آب دوست ابرپارامغناطیس و یکنواخت مگنتایت، مگنتایت جانشانی شده با روی و روی-گادولینیوم با روش احیای هیدروترمال و با عامل احیا کننده ی اسید سیتریک در یک مرحله ساخته شدند. در این روش هیچ گونه سرفکتانت یا ماده ی دیگری در ساخت این نانوذرات به کار نمی رود. افزون بر این دمای انجام واکنش برای تشکیل نانو ذرات مغناطیسی در مقایسه با روش های دیگر تولید نانوذرات مغناطیسی با بلورینگی و مغناطش بالا مانند تجزیه ی گرمایی پیش سازهای آلی که در دماهای پیرامون °c300 نانو ذراتی با مغناطش اشباعی همانند ساخته می شود، پایین تر است. بنابراین این روش می تواند یک روش پربازده، دوستدار محیط زیست،کم انرژی و ارزان باشد. یکی از چالش های اساسی در هنگام استفاده از نانوذرات مغناطیسی در بدن جانداران حذف سریع از جریان خون به وسیله ی سیستم ایمنی بدن است. بنابراین برای افزایش زمان ماندگاری آن ها در جریان خون، سطح نانوذرات را می توان با پوشش های پلی مری به گونه ای اصلاح کرد که جذب پروتئین های پلاسما روی سطح نانوذرات به کمترین مقدار ممکن برسد و بدین ترتیب کمتر در معرض پاکسازی به وسیله ماکروفاژها قرار بگیرند. پلی مر پوشش داده شده روی سطح نانوذرات همچنین می تواند جایگاهی برای پیوند با دارو و یا لیگاندهایی باشد که برای هدف گیری نانوذرات به جایگاه های ویژه در کاربردهایی مانند تصویر برداری مغناطیسی، دارو رسانی و فراگرمایی لازمند. همچنین این پلی مرها می توانند ویژگی های تحریک پذیری در برابر تغییرات ph، دما و غیره را داشته باشند که در این صورت با قرارگیری در شرایطی با ph یا دمای معین می توانند باعث شروع رهایش دارو شوند و نقش موثری را در کنترل غلظت لازم یا الگوی رهایش دارو داشته باشند. پلورونیک یک کوپلی مر قطعه ای است که از قطعه های اکسید اتیلن و اکسید پروپیلن تشکیل شده است. ویژگی این پلی مر آن است که آرایش فضایی آن با گذار از یک دمای ویژه تغییر می یابد و از این تغییر می توان در بارگذاری و رهایش دارو استفاده نمود. نشاندن این پلی مر روی سطح نانوذرات مغناطیسی، زیست سازگاری آن ها را بالا می برد و در صورت بارگذاری دارو می تواند باعث رهایش دارو در هنگام فرایند فراگرمایی مغناطیسی شود. اما برای نشاندن این پلی مر روی سطح نانوذرات مغناطیسی باید از واکنش های پیچیده ی شیمیایی استفاده کرد. کیتوزان یک پلی مر زیست سازگار و دارای بار مثبت است. این پلی مر به دلیل زیست سازگاری، توانایی پوشش دهی و توانایی پیوند خوردن با سایر پلی مرها و داروها کاربردهای فراونی در دارو رسانی پیدا کرده است . این پلی مر به دلیل داشتن بار مثبت می تواند با نیروهای قوی الکتریکی روی سطوح با بار منفی نشانده شود. به همین دلیل در این پژوهش پوشش دهی نانوذرات مغناطیسی تولید شده با استفاده از کوپلیمر حساس به دمای پلورونیک f127- کیتوزان و بر اساس برهمکنش های قوی کولنی بین بار منفی روی سطح نانو ذرات و بار مثبت کیتوزان انجام شده و پارامترهای موثر مورد بررسی قرار گرفته است. سپس کاربرد آن ها برای فراگرمایی مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفت. مواد اولیه همه ی مواد اولیه ی به کار رفته در این پژوهش شامل نیترات آهن سه، آمونیاک 25% ، کلرید روی، اسید سیتریک، کلرید گادولینیوم، پلورونیک اف-127، نیتروفنیل کلروفرمات، تری اتیل آمین، دی متیل سولفواکساید و کیتوزان با وزن مولکولی kd5 و 89 درصد استیل زدایی شده از نوع آزمایشگاهی و با کمینه ی خلوص 99 درصد بود. برای آزمایش های کشت سلولی از آب دیونیزه ی استریل ، محلول pbs ، محیط کشت آماده ی rpmi استریل که پیش از استفاده به آن 10 درصد حجمی سرم جنین گوساله و یک درصد حجمی محلول آنتی بیوتیک پنی سیلین- استرپتومایسین اضافه شده بود، محلول تریپسین آماده ، محلول آماده ی تریپان بلو، محلول آماده mtt و محلول آماده دوکسوروبیسین استفاده شد. روش ها شاره های مغناطیسی برای اولین بار به روش احیای هیدروترمال با اسید سیتریک ساخته شدند. برای پوشش دهی نانوذرات ابتدا کوپلیمر پلورونیک اف 127- کیتوزان با موفقیت ساخته شد . پوشش دهی نانوذرات مغناطیسی با نیروهای قوی کولنی بین بار منفی سطح نانوذرات و بار مثبت کیتوزان صورت گرفت. سمیت سلولی فروشاره ها با غلظت های 10، 6، 5/3،4/1 و 5/0 میلی گرم بر میلی لیتر با روش mtt assay و با یک پلیت 96 خانه بررسی شد. در این روش از سلول های hela با غلظت cell/ml 104×2 و ?l180 در هر خانه استفاده شد. فراگرمایی مغناطیسی با نانوذرات پوشش داده شده بر روی سلول های hela و در یک میدان مغناطیسی متناوب با بسامد khz330 و شدت ka/m 6 بررسی شد. همچنین ویژگی های فیزیکی نانوذرات تهیه شده، با روش ها و دستگاه های xrd، ftir، tga، sem، tem، dls، vsm و h-nmr بررسی شد. نتایج و بحث ساخت نمونه های مگنتایت در دمای °c180 و به مدت 20 ساعت با مقادیر گوناگون اسید سیتریک نشان داد که تشکیل فاز اسپینل به مقدار اسید سیتریک بستگی دارد و پس از تشکیل فاز اسپینل با افزایش مقدار اسید سیتریک نانوذرات کوچک تر می شوند. نانوذرات تک فاز مگنتایت ساخته شده ابرپارامغناطیس و دارای اندازه ی 5/2±4/8 نانومتر و در دمای اتاق مغناطش اشباعی آن برابر emu/g 65.77 بود. افزایش دمای واکنش تا °c200 و زمان 10 ساعت اندازه ی نانوذرات را به 8/2±5/9 نانومتر افزایش داد و در حالی که مغناطش اشباعی آن تغییری نکرده بود در منحنی m-h آن وادارندگی برابر 30 اورستد دیده شد. آزمایش های وزن سنجی حرارتی مقدار یکسانی از یون های سیترات را روی سطح نانوذرات نشان داد در صورتی که با افزایش دمای واکنش درصد وزنی یون های هیدروکسیل نسبت به نانوذرات کاهش پیدا کرده بود. این پدیده به کاهش میزان کلوخه ای شدن نانوذرات مغناطیسی می انجامد که اختلاف قطر هیدرودینامیکی در شاره های مغناطیسی(nm 167.3برای دمای واکنش °c180 و nm 77 برای دمای واکنش °c200) را توجیه می کند. همچنین افزایش دمای واکنش وکاهش میزان یون های هیدروکسیل باعث افزایش اندازه ی بار منفی سطحی نانوذرات و افزایش قدر مطلق پتانسیل زتا از 20- به 30- میلی ولت و پایداری بیشتر شاره های مغناطسی شده است. ساخت نانوذرات ابرپارامغناطیس znxfe1-xfe2o4 با مقادیر گوناگون x نشان داد که جانشانی یون های روی در ساختار مگنتایت باعث افزایش مغناطش اشباعی تا emu/g 82.5 برای 37/0=x شد که این پدیده به دلیل جانشانی یون های غیر مغناطیسی روی در جایگاه چهار وجهی اسپینل به جای یون های fe3+ اتفاق افتاده است. آزمایش های tg نشان داد که درصد وزنی یون های هیدروکسیل نسبت به نانوذرات در مگنتایت جانشانی شده با روی نسبت به مگنتایت کاهش پیدا کرده که این پدیده به دلیل حضور یون های روی در محیط واکنش و تغییر سازوکار تشکیل فاز اسپینل از بازبلوری شدن به انحلال-بازرسوبی و تحرک بیشتر یون ها در این سازوکار اتفاق افتاده است. برای 3/0=x قطر هیدرودینامیکی برابر nm92.1 و ضریب بس پراکندگی 144/0 بود که با توجه به کاهش درصد وزنی یون های هیدروکسیل نسبت به مگنتایت، کاهش قطر هیدرودینامیکی قابل انتظار است. همچنین این کاهش به افزایش قدر مطلق پتانسیل زتا به 25- میلی ولت انجامیده است. جانشانی روی در ساختار مگنتایت، تغییرات چشمگیری در پارامتر شبکه ی مگنتایت ایجاد نکرد ولی ارتفاع قله ها در الگوی پراش پرتو ایکس را نسبت به مگنتایت افزایش داد که نشان دهنده ی افزایش بلورینگی در نانوذرات مگنتایت جانشانی شده با روی است. ساخت نانوذرات ابرپارامغناطیس fe0.7zn0.3gdyfe2-yo4 با مقادیر گوناگون y نشان داد که جانشانی مقادیر گوناگون گادولینیوم در ساختار نانوذرات zn0.3fe2.7o4 باعث ایجاد یک بیشینه در مغناطش اشباعی برای 01/0=y می شود (emu/g 82) و پس از آن مغناطش اشباعی کاهش می یابد که این پدیده به دلیل جانشانی یون های gd3+ در جایگاه های هشت وجهی و تغییر برهمکنش های بین یون ها اتفاق می افتد. آزمایش های tg درصد وزنی مشابهی از یونهای هیدروکسیل را نسبت به نانوذرات مگنتایت جانشانی شده با روی نشان داد ولی درصد وزنی یون های سیترات کمی افزایش پیدا کرده بود که این به دلیل به کاربردن مقدار بیش تری اسید سیتریک در فرایند ساخت نسبت به نانوذرات مگنتایت جانشانی شده با روی است و به کاهش اندازه ی کلوخه های مغناطیسی و بنابراین به کاهش قطر هیدرودینامیکی نانوذرات مگنتایت جانشانی شده با روی و گادولینیوم انجامیده است (nm 92 برای 0=y و nm 59.57 برای 025/0=y). پتانسیل زتای منفی نشان دهنده ی حضور یون های سیترات روی سطح این نانوذرات است. محاسبه ی پارامتر شبکه ی نانوذرات جانشانی شده با روی و گادولینیوم نشان داد که به دلیل بزرگ تر بودن یون های gd3+ نسبت به fe3+ پارامتر شبکه با افزایش مقدار جانشانی گادولینیوم در ساختار zn0.3fe2.7o4 افزایش می یابد. آزمایش ftir حضور یون های سیترات را روی سطح همه ی نانوذرات تأیید می کند. محاسبه ی مقدار اندازه ی بحرانی نیل و براوون برای میدان مغناطیسی با بسامد khz 330 و مقایسه ی آن ها با اندازه ی نانوذرات و قطر هیدرودینامیکی آن ها نشان داد که برای همه ی شاره های مغناطیسی ساخته شده در بسامد به کار گرفته شده، سازوکار تولید گرما سازوکار نیل است و در مورد شاره های مگنتایت ساخته شده در دمای °c200 و زمان 10 ساعت (نمونه ی mag2) به دلیل آشکار شدن پسماند در منحنی مغناطش سازوکار پسماند نیز در تولید گرما دخالت می کند و به همین دلیل توان اتلاف ذاتی این شاره که برابر nhm2/kg 9.4 محاسبه شد در میان شاره های ساخته شده بیشترین مقدار توان اتلاف ذاتی را داشت. بالاترین توان اتلاف ویژه که تاکنون گزارش شده مربوط به شاره های مغناطیسی است که توسط فورتین با توان اتلاف ذاتی nhm2/kg 3.8 و توسط هرگت با توان اتلاف ذاتی nhm2/kg 11.7 ساخته شده اند. فورتین نانوذرات خودش را به روش هم رسوبی ساخت، سپس یون های سیترات را روی آن ها نشاند. برای یکنواخت کردن اندازه ی نانوذرات با روش ویژه ای، نانوذرات با اندازه های گوناگون را از هم جدا کرد. هرگت نانوذرات اکسید آهن یکنواختی را با اندازه ی میانگین 15 نانومتر با رشد کنترل شده ی هسته های اکسید آهن روی هسته هایی از ژلاتین به دست آورد. این مقایسه نشان می دهد که روش احیای هیدروترمال بدون داشتن پیچیدگی های موجود در روش های توضیح داده شده می تواند نانوذراتی یکنواخت با توان اتلاف ذاتی بالا تولید کند. پس از آن شاره ی تولید شده با نانوذرات مگنتایت جانشانی شده با روی و 3/0=x (نمونه ی mag3) دارای بیشترین مقدار توان اتلاف ذاتی بود (nhm2/kg 4.8). توان اتلاف ذاتی شاره های مغناطیسی ساخته شده از نانوذرات مگنتایت جانشانی شده با روی و گادولینیوم، با وجود بهبود ویژگی های مغناطیسی نسبت به شاره های مغناطیسی ساخته شده از مگنتایت جانشانی شده با روی کاهش پیدا کرد که این پدیده می تواند به تغییر ویژگی های سطحی و کاهش قطر هیدرودینامیکی در این شاره ها مربوط باشد. مقایسه ی توان اتلاف ذاتی شاره های تولید شده با شاره های تجاری شده نشان می دهد که نمونه های mag2 و mag3 از توان اتلاف ذاتی بیشتری نسبت به این شاره ها برخوردار هستند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که توان اتلاف ذاتی وابستگی زیادی با قطر هیدرودینامیکی دارد. برای پوشش دهی نانوذرات mag3 ابتدا کوپلیمر پلورونیک اف127-کیتوزان ساخته شد. تشکیل پیوند بین این دو پلی مر به وسیله ی نتایج آزمایش های ftir و h-nmr اثبات گردید. پوشش دهی نانوذرات با استفاده از نیروهای قوی کولنی بین بار منفی سطوح نانوذرات و بار مثبت کیتوزان انجام گرفت و حضور پوشش روی سطح نانوذرات با آزمایش های ftir و tg و عکس های tem اثبات گردید. عکس های tem تشکیل نانوکپسول هایی با قطر میانگین 84 نانومتر را نشان داد. بررسی سمیت سلولی شاره های مغناطیسی دارای نانوذرات mag3 بدون پوشش و پوشش دار به روش mtt assay بر روی سلول های سرطانی هلا نشان داد که حضور پوشش، سمیت سلولی شاره های مغناطیسی را کاهش داده و شاره های دارای نانوکپسول های مغناطیسی با غلظت 5/3 میلی گرم اکسید آهن بر میلی لیتر و کم تر، از سمیت سلولی کم تری نسبت به شاره های غلیظ تر برخوردارند. آزمایش فراگرمایی مغناطیسی با شاره های مغناطیسی با غلظت 5/3 میلی گرم بر میلی لیتر بر روی سلول های سرطانی هلا نشان داد که فراگرمایی مغناطیسی به مدت 30 دقیقه در نبود داروی دوکسوروبیسین بیش از 80 درصد سلول ها را نابود می کند. با افزودن داروی دوکسوروبیسین به شاره ی مغناطیسی همه ی سلول های سرطانی با به کارگرفتن فراگرمایی مغناطیسی نابود شدند. نتیجه گیری روش احیای هیدروترمال با احیا کننده ی اسید سیتریک روشی پربازده ومناسب برای ساخت شاره های مغناطیسی است. شاره های مغناطیسی ساخته شده با این روش دارای توان اتلاف ذاتی بزرگ تری نسبت به شاره های مغناطیسی تجاری شده هستند. مقایسه ی توان اتلاف ذاتی شاره های ساخته شده در این پژوهش با یکدیگر و با شاره های تجاری نشان داد که توان اتلاف ذاتی وابستگی زیادی به قطر هیدرودینامیکی دارد. در این پژوهش با استفاده از نیروهای قوی الکترواستاتیکی سطح نانوذرات با کوپلیمر پلورونیک اف127- کیتوزان پوشش داده شد. این پوشش دهی زیست سازگاری نانوذرات را افزایش داد. نتایج نشان داد که استفاده از شاره های مغناطیسی دارای نانوذرات پوشش داده شده در فراگرمایی مغناطیسی در حضور داروی دوکسوروبیسین می تواند سلول های سرطانی را به طور کامل نابود کند.

افزایش استحکام قطعات از اولویت های مهم صنعت به شمار می رود. روش های زیادی برای دستیابی به این مهم وجود دارد ولی در بین این روش ها ریز کردن دانه ها باعث بهبود همزمان استحکام و انعطاف پذیری می شود. فرایند مارتنزیت شامل نورد سرد و آنیل ساختارهایی با درصد بالای مارتنزیت یکی از راه های موثر جهت کاهش اندازه دانه ها در فولاد ها می باشد. در این تحقیق این فرایند روی یک فولاد کم آلیاژ با استانداردdin1.5715 انجام شد. از آنجا که تردی مارتنزیت سبب ترک خوردن عرضی نمونه ها در حین نورد سرد می شود، بینیت با مکانیزم تشکیل مشابه با مارتنزیت، انتخاب مناسبی برای جایگزینی با مارتنزیت است. به منظور بررسی اثر بینیت در فرایند ترمومکانیکی این فولاد، نمونه های فولادی با حداکثر ساختار بینیتی و مارتنزیتی برای شروع عملیات ترمومکانیکی، تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. برای تعیین نوع و درصد فازهای قبل از نورد سرد از متالوگرافی رنگی استفاده شد. نمونه های عملیات حرارتی شده تحت عملیات نورد سرد با کاهش ضخامت 90% قرار گرفتند. سپس فرایند آنیل در دما و زمان های مختلف بر روی نمونه های نورد شده انجام شد. تغییرات ریز ساختاری در مراحل مختلف با میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی بررسی شد. خواص مکانیکی این فولادها با آزمون کشش تک محوره و سختی سنجی تعیین شد. بررسی های ریزساختاری نمونه های فرایند مارتنزیت و بینیت نشان داد کسر بالایی از ساختار پس از آنیل شامل دانه های هم محور فریتی با اندازه به ترتیب 100 و 300 نانومتر بود. آزمون کشش فولادهای فوق ریزدانه از فرایند مارتنزیت و بینیت نشان داد استحکام تسلیم این فولادها به ترتیب به حدود mpa1200 و mpa700 بهبود یافته که این مقادیر به ترتیب 6 و 3 برابر بیشتر از استحکام تسلیم نمونه های خام می باشد. درصد انعطاف پذیری نمونه فوق ریزدانه در فرایند بینیت با 2 برابر افزایش نسبت به درصد انعطاف پذیری نمونه های فرایند مارتنزیت به حدود 20% رسید.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی حاوی نیتروژن گروهی از مواد جدید به شمار می آیند که خواص مطلوبی از جمله استحکام و انعطاف پذیری مناسب، تافنس و کار سختی قابل قبول و مقاومت به خوردگی بالا را دارا هستند. دارا بودن چنین خواصی این مواد را برای بکارگیری در سازه های دریایی، صنایع خودرو سازی و کاربردهای هسته ای مناسب ساخته است. تحقیقات گوناگون نشان داده است که چنین کارایی بالایی از نقش نیتروژن در محلول جامد حاصل می شود. نیتروژن به عنوان یک پایدار کننده آستنیت و استحکام دهنده محلول جامد شناخته می شود. این عنصر همچنین مقاومت به خوردگی حفره ای، تافنس شکست و استحکام خستگی و خزشی را بهبود می بخشد. امروزه فرایند ترمومکانیکی پیشرفته که بر پایه استحاله مارتنزیت ناشی از کرنش است، یکی از مهم ترین روش ها برای تولید فولادهای زنگ نزن آستنیتی نانو/فوق ریزدانه به شمار می آید. این فرایند شامل نورد سرد و سپس آنیل بازگشتی مارتنزیت ناشی از کرنش به آستنیت می شود. در این میان فولادهای زنگ نزن سری 200 به دلیل دارا بودن آستنیت شبه پایدار در دمای اتاق قابلیت تبدیل به مارتنزیت در زیر دمای md را دارند. در این پژوهش به کمک عملیات ترمومکانیکی پیشرفته مارتنزیت، اندازه دانه در فولاد زنگ نزن آستنیتی شبه پایدار l201 حاوی مقادیر مختلف نیتروژن به محدوده زیر میکرون و نانو رسانده شد و تأثیر مقدار نیتروژن در این فرایند مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا پس از ریخته گری نمونه هایی با میزان نیتروژن 08/0 تا 35/0% وزنی، عملیات همگن سازی در دمای ?c 1200 به مدت 4 ساعت، نورد داغ در دمای ?c 1100 و سپس آنیل انحلالی در دمای ?c 1150 به مدت 150 دقیقه بر روی نمونه ها صورت گرفت. در ادامه به منظور تولید فولاد فوق ریز دانه/ نانوساختار نورد سرد نمونه ها در دماهای 25، صفر و 15- درجه سانتی گراد و نرخ کرنش های s-1 7/0 -1/0 به میزان 90% انجام شد. عملیات آنیل بازگشتی نیز در گستره ی دمایی ?c 900-700 به مدت زمان 1800-15 ثانیه صورت گرفت. در این تحقیق تغییرات فازی از طریق آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و آزمون فریتوسکوپی و تغییرات ریز ساختاری به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (fesem) مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی نمونه ها توسط آزمون سختی و آزمون استحکام برشی تعیین شد. نتایج نشان داد که افزودن نیتروژن باعث کاهش میزان فریت دلتای موجود در ساختار و همچنین موجب کاهش اندازه دانه آستنیت پس از عملیات آنیل انحلالی گردید. یافته های حاصله از نورد سرد نشان داد که با کاهش میزان نیتروژن، افزایش اندازه دانه آستنیت اولیه، افزایش نرخ کرنش، کاهش دمای نورد سرد و استفاده از نورد متقاطع به جای نورد متداول میزان استحاله مارتنزیت ناشی از کرنش افزایش می یابد. بررسی های ریز ساختاری نمونه های آنیل شده در دمای c° 800 به مدت 60 ثانیه نشان داد که با افزایش میزان نیتروژن توزیع اندازه دانه ها از حالت تک اندازه ای به حالت دو اندازه ای تغییر می یابد. ارزیابی خواص مکانیکی نشان داد که با افزایش نیتروژن تا 35/0% وزنی سختی، استحکام برشی تسلیم و استحکام برشی نهایی نمونه های مورد نظر افزایش یافته و از افزایش طول آن ها کاسته می شود.

فولادهای فوق ریزدانه/ نانوساختار به دلیل داشتن خواص مکانیکی مناسب، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. فرایند مارتنزیت یکی از روش های تولید این گونه مواد بوده و پیشرفت های قابل قبولی در این زمینه ایجاد کرده است. با این وجود، زمان های آنیل نسبتاً طولانی و هم چنین ازدیاد طول پایین این گونه فولادها منجر به ایجاد محدودیت هایی در زمینه تولید صنعتی آن ها شده است. هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر افزودن نیوبیم به عنوان یک عنصر میکروآلیاژی، بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی یک فولاد کم کربن فوق ریزدانه/ نانوساختار با استفاده از فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت می باشد. بدین منظور، سه فولاد با ترکیب شیمیایی یکسان و مقادیر مختلف نیـوبیم (00/0، 04/0 و 12/0 درصد وزنی) ریخته گری و تهیه شد. به منظور کاهش اندازه دانه های حاصل از ریخته گری و حذف عیوب ناشی از آن، عملیات فورج داغ در دمای ?c 1100 بر روی نمونه ها انجام گرفت. فولادهای تغییرشکل داغ یافته، در دمای ?c 1000 و ?c 1225 آستنیته شده و به سرعت در محیطی با دمای ?c 15- کوئنچ شدند. عملیات نورد سرد در دمای اتاق و به میزان 85% کاهش در ضخامت بر روی هر سه ترکیب شیمیایی اعمال شد. آنیل گرم نمونه ها توسط کوره الکتریکی به مدت 10 الی 12000 ثانیه در دماهای 450 الی ?c 650 با فاصله دمایی ?c 50 انجام شد. نتایج حاصل از سختی سنجی نمونه ها در شرایط متفاوت آنیل، رسوب گذاری نیوبیم در فولادهای میکروآلیاژی را تأیید کرده و بررسی های ریزساختاری نشان داد که کاربیدهای نیوبیم ایجاد شده در حین آنیل، تأثیر به مراتب بیشتری را در کاهش اندازه دانه در مقایسه با رسوبات اولیه موجود در ریزساختار ایفا می کنند. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزودن نیوبیم به فولاد ساده کربنی می توان با افزایش دمای آنیل، بدون ایجاد پدیده رشد غیرعادی در دانه ها، زمان دست یابی به فولاد نانوساختار را به s 300 کاهش داد. ریزساختار فریتی با اندازه دانه nm 6/23±1/167 و nm 1/12±4/129 پس از s 300 حرارت دهی در دماهای 550 و ?c 600 به ترتیب در فولادهای حاوی 04/0 و 12/0 درصد وزنی نیوبیم به دست آمد. نتایج حاصل از آزمون کشش، تأثیر بسزای رسوبات کاربید نیوبیم را در بهبود خواص مکانیکی فولادهای نانوساختار/ فوق ریزدانه تأیید کرد. بهترین خواص کششی در نمونه حاوی 04/0 درصد وزنی نیوبیم دربرگیرنده استحکام تسلیم mpa 793 و ازدیاد طول یکنواخت 8/14% و در نمونه حاوی 12/0 درصد وزنی نیوبیم شامل استحکام تسلیم mpa 877 و ازدیاد طول یکنواخت 7/10% به دست آمد.

امروزه ریزدانه کردن آلیاژهای فلزی از مهمترین موضوعات در بهبود خواص مکانیکی آن ها است چرا که در میان مکانیزم های استحکام دهی، ریز کردن دانه ها تنها روشی است که باعث بهبود همزمان استحکام و انعطاف پذیری می شود. تغییر شکل پلاستیکی سرد و آنیل متعاقب ساختار مارتنزیتی در فولادهای کم کربن که تحت عنوان فرایند مارتنزیت شناخته می شود یکی از روش های ترمومکانیکی پیشرفته جهت دستیابی به ساختار های فوق ظریف و نانومتری است. با این حال کاهش ضخامت سرد نسبتاً زیاد در طی فرایند نورد سرد، زمان های نسبتاً طولانی آنیل و ازدیاد طول یکنواخت پایین باعث ایجاد محدودیت در تولید این گونه فولادها شده است. از آنجایی که بخش وسیعی از فولاد های صنعت از طریق فرایند های تغییرشکل گرم از قبیل نورد گرم، آهنگری و اکستروژن تولید می شوند لذا در تحقیق حاضر سعی شده با اعمال تغییر شکل گرم در فرایند مارتنزیت روشی نوین جهت ریزشدن دانه های فریت و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی ارائه شود. بدین منظور دو فولاد ساده کربنی و فولاد حاوی نیوبیوم (04/0 درصد وزنی) ریخته گری شد. عملیات حرارتی شامل آستنیته کردن در دماهای 1000 و 1200 درجه سانتی گراد و کوئنچ در محیطی با دمای 15- درجه سانتی گراد انجام گردید. جهت بررسی ریزساختار از اچ رنگی و پراش پرتو ایکس(xrd) استفاده شد. عملیات نورد سرد در دمای اتاق به میزان 50% کاهش در ضخامت بر روی هر دو فولاد انجام گرفت. سپس فرایند نورد گرم به میزان 50% کاهش در ضخامت در دماهای 450 الی 700 درجه سانتی گراد با فاصله دمایی 50 درجه سانتی گراد پس از نورد سرد بر روی هر دو فولاد انجام شد. نتایج ریزساختاری حاکی از آن بود که با نورد گرم در دمای 600 و 650 درجه سانتی گراد می توان به ترتیب به اندازه دانه فریت با میانگین nm102 و nm198در فولاد حاوی نیوبیوم و ساختار فریتی با اندازه دانه nm236 و ?m 8/3 در فولاد ساده کربنی دست یافت. علت کاهش اندازه دانه در فولاد میکروآلیاژ شده در این دماها به تأثیر کاربید نیوبیوم در جلوگیری از رشد دانه ها نسبت داده شد. نتایج حاصل از سختی سنجی نمونه ها در دماهای مختلف نوردگرم، رسوب گذاری دینامیکی نیوبیوم را در فولاد حاوی نیوبیوم تأیید نمود. بر اساس نتایج حاصل از آزمون کشش، بهترین خواص کششی در فولاد حاوی نیوبیوم شامل استحکام تسلیم mpa 846 و ازدیاد طول یکنواخت 2/10% و در فولاد ساده کربنی شامل استحکام تسلیم mpa 521 و ازدیاد طول یکنواخت 3/16% بدست آمد.

فرایند نورد سرد و آنیل ساختار مارتنزیتی در فولادهای کم کربن (فرایند مارتنزیت) یکی از روش های ترمومکانیکی پیشرفته است که برای دستیابی به ریزساختار با اندازه دانه نانومتری استفاده می شود. در تحقیق حاضر فرایند نورد سرد و آنیل روی فولاد کم کربن (wt.% c 13/0) انجام شد. پس از دستیابی به ریزساختار مارتنزیتی، نورد سرد به میزان 70 تا 90 درصد کاهش در ضخامت، روی ورق های فولادی انجام شد. سپس عملیات آنیل در دماهای مختلف به منظور ارزیابی تغییرات ریزساختاری و دستیابی به ریزترین اندازه دانه انجام گرفت. تغییرات ریزساختاری حین فرایند توسط میکروسکوپ های نوری، الکترونی روبشی و الکترونی عبوری مورد بررسی قرار گرفت. همچنین از روش متالوگرافی رنگی به منظور تعیین درصد فاز مارتنزیت در ریزساختار قبل از نورد سرد استفاده شد. به منظور تعیین زاویه مرز دانه های حاصل از آنیل در نمونه های نهایی، از آنالیز خطوط کیکوچی در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. خواص مکانیکی فولاد با استفاده از آزمون کشش تک محوری و سختی سنجی بررسی گردید. بررسی سطوح شکست فولادهای نانوساختار شده پس از آزمون کشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. علاوه بر آن جهت بررسی سینتیکی مکانیزم های بازگشت حین آنیل نمونه های نورد سرد شده، از مدل jmak استفاده شد. نتایج نشان داد که خرد شدن تیغه های مارتنزیتی درحین نورد سرد فولادهای کم کربن، باعث افزایش چشمگیر مکان های مناسب برای جوانه زنی تبلورمجدد در مرحله آنیل و درنتیجه ریزتر شدن دانه ها شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اندازه دانه میانگین فولادهای نورد سرد شده به میزان 70، 80 و 90% پس از آنیل در دماهای به ترتیب 550، 500 و c? 450 بمدت 90 دقیقه، به-ترتیب برابر با 4±230، 3±200 و 4±188 نانومتر بود. این ریزساختار متشکل از دانه های هم محور فریت، رسوبات بسیار ریز کاربیدی و بسته های ریز مارتنزیت تمپر شده بود. کسر بالایی از مرز دانه های این ریزساختار از نوع مرز دانه های زاویه زیاد بود که برای دستیابی به خواص مکانیکی بهینه ضروری است. خواص مکانیکی ریزساختار نانومتری بدست آمده در سطح بسیار مطلوبی بوده، به گونه ای که استحکام کششی فولاد مذکور پس از ریز شدن دانه ها تا حدود 4 برابر بهبود یافت. این افزایش استحکام همراه با افزایش چشمگیر تافنس فولاد بود. بررسی سطوح شکست فولاد نانوساختار شده نشان داد که شکست در این فولاد نانوساختار بصورت داکتیل با مکانیزم تشکیل دیمپل های برشی است. نتایج بررسی های سینتیکی نشان داد که با افزایش میزان نورد سرد، انرژی اکتیواسیون مکانیزم بازگشت و لذا دمای آنیل بهینه برای دستیابی به دانه های ریز در فولاد کاهش یافت.

تحقیقات زیادی جهت تولید نسل سوم فولادهای پیشرفته شامل فولادهای زنگ نزن به منظور حصول هم زمان استحکام و انعطاف پذیری با هدف کاهش وزن سازه ها و افزایش استحکام ویژه در حال انجام است. در میان مکانیزم های استحکام دهی ریزکردن دانه ها تنها روشی است که منجر به بهبود هم زمان استحکام و انعطاف پذیری می شود. در این پژوهش تأثیر اندازه اولیه دانه ها، دمای نورد سرد، کرنش، نرخ کرنش، مسیرکرنش، پیش کرنش و ترکیب شیمیایی فولاد بر روی تشکیل مارتنزیت و کرنش اشباع در فولادهای زنگ نزن آستنیتی l 316 aisi و 301 aisi مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تولید فولادهای نانوساختارآستنیتی از عملیات نورد سرد و آنیل استفاده شد. در ابتدا به منظور کاهش اندازه دانه اولیه فولاد ریختگی 301 aisi تا حد امکان، اثر زمان عملیات همگن سازی در محدوده 13-3 ساعت در دمای ?c 1200 پس از شرایط متفاوت نورد داغ در محدوده دمایی ?c 1200-1000 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کوچکترین اندازه دانه زمانی بدست می آید که عملیات همگن سازی در دمای ?c 1200 به مدت 9 ساعت و نورد داغ در محدوده دمایی ?c 1200-1000 با کرنش و نرخ کرنش به ترتیب 8/0 و s-1 2/1 انجام گردد. شرایط بهینه عملیات همگن سازی به متغیرهای نورد داغ بستگی دارد و با افزایش کرنش و نرخ کرنش زمان مناسب همگن سازی در دمای ?c 1200 کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان داد با کاهش دمای نورد سرد و با افزایش اندازه دانه اولیه،کرنش، پیش کرنش، میزان کسر مارتنزیت افزایش خواهد یافت وکرنش اشباع بسته به شرایط از 4/2 به 2/0 در این فولادها کاهش پیدا می کند. تغییر مسیر کرنش در دو جهت عمود بر هم و افزایش نرخ کرنش به شرطی که از تشکیل گرمای آدیاباتیک جلوگیری شود، سبب افزایش کسر مارتنزیت خواهد شد. آنیل در دمای °c 850 به مدت 1 دقیقه منجر به تولید فولاد 301 نانوساختار با اندازه دانه در حدود90-80 نانومتر گردید. در فولادl 316 و نمونه30 درصد پیش کرنش داده شده، آنیل در دمای °c750 به مدت 5 دقیقه منجر به تولید دانه های در حدود nm 40-30 شد. در این حالت استحکام کششی به mpa 1385 رسید. در این پژوهش نشان داده شد که افزایش مارتنزیت ناشی از کرنش همراه با کاهش کرنش اشباع منجر به کاهش بیشتر اندازه دانه ها می شود. در ادامه با کنترل میزان مارتنزیت تشکیل شده و کنترل متغیرهای آنیل می توان اندازه دانه نهایی و نهایتاً خواص مکانیکی که هدف اصلی است را کنترل نمود.

آلیاژهای پایه کبالت به دلیل خواص مکانیکی خوب, زیست سازگاری و مقاومت خوردگی مناسب، به طور وسیعی برای ساخت ایمپلنت ها و سازه ها در جراحی ارتوپدی و دندانپزشکی به کار می روند. پوشش دهی ایمپلنت ها با مواد زیست فعال نظیر هیدروکسی آپاتیت و شیشه زیستی باعث بهبود تثبیت آنها در بدن می گردد. روش های مختلفی برای پوشش دهی ارایه شده اما پوشش دهی و زیست فعال سازی سطحی اگر بتواند همزمان با فرایند ساخت باشد، از نظر صرفه اقتصادی، کیفیت بالاتر و صرفه جویی زمانی، مطلوب تر است. ایمپلنت های آلیاژ کبالت- کرم- مولیبدن به روش ریخته گری دقیق ساخته می شود و معمولاً پس ریخته گری تحت عملیات حرارتی انحلال قرار می گیرد. هدف از پژوهش حاضر، زیست فعال سازی سطح آلیاژ astm f-75 و اعمال پوشش زیست فعال بر سطح، در حین اجرای فرایند ریخته گری دقیق و عملیات حرارتی بود. زیست فعال سازی سطح آلیاژ astm f-75 به این صورت انجام شد که مذاب آلیاژ فوق درون قالب های تهیه شده با روش ریخته گری دقیق که سطح داخلی آنها با پودر هیدرکسی آپاتیت پوشانده شده بود، با تکنیک ریخته گری گریز از مرکز، ریخته گری شد. تأثیر دمای پیشگرم قالب بر خواص پوشش بررسی شد. به این منظور دماهای پیشگرم مختلف آزمایش و توزیع درجه حرارت در حین ریخته گری به وسیله مدل سازی عددی انجام شد. برای زیست فعال سازی سطح در حین عملیات حرارتی انحلال, زیر لایه ریختگی از جنس آلیاژ astm f-75, در مجاورت مخلوطی از پودر هیدروکسی آپاتیت- شیشه زیستی عملیات حرارتی شد. برای ارزیابی زیست فعالی در آزمایشگاه، نمونه ها در مایع شبیه سازی شده بدن غوطه ور شدند. نتایج نشان داد پوششی زیست فعال، غنی از کلسیم و فسفر، بر روی سطح زیرلایه آلیاژ کبالت-کرم- مولیبدن شکل گرفت و فقط هیدروکسی آپاتیت به طور جزیی به تری کلسیم فسفات تبدیل شده بود. نتایج ارزیابی آزمایشگاهی زیست فعالی و تشکیل آپاتیت شبه استخوانی بر سطح ، نشانگر توانایی ایمپلنت برای افزایش قابلیت همبندی با استخوان و ترویج رشد آن، هنگام استفاده به عنوان ایمپلنت دندانی و ارتوپدی بود.

در این پروژه علل شکست پره های کمپرسور فشار قوی توربین های گازی نیروگاه هسا از جنبه های متالورژیکی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است.. پنج مورد شکست زودهنگام در قسمت فشار قوی کمپرسور نیروگاه گازی هسا رخ داده است. از میان این شکست ها، سه مورد مربوط به ردیف نهم، یک مورد ردیف دهم و یک مورد ردیف دوازدهم بوده است. از آنجا که دو مورد اخیر شکست مربوط به ردیف نهم بوده و اطلاعات بیشتری از جمله پره های شکسته شده ردیف نهم در دست بود، پروژه حاضر بر روی پره های ردیف نهم از جنس آلیاژ ti-6al-4v متمرکز شده است. سطوح مقاطع شکست پره ها، پره های ترک خورده، و قسمتهای مختلف آلیاژ پره ها و نیز آلیاژ دیسک مورد بررسی های مختلف متالورژیکی قرار گرفت. آنالیز شیمیایی، آزمون کشش، سختی سنجی، زبری سنجی، بررسی های میکروسکوپی نوری و الکترونی، و آزمون های شکست نگاری انجام گردید. همچنین بر اساس شرایط حاکم بر کمپرسور در حالت پایای سرویس، شرایط تنش حاکم بر سیستم کام-زبانه پره و دیسک در اثر نیروی گریز از مرکز به روش عددی المان محدود مورد بررسی قرار گرفت و توزیع تنش در ریشه پره ارزیابی گردید. از مجموع بررسی های انجام شده مکانیزم خستگی سوهشی به عنوان مکانیزم حاکم بر تخریب پره های کمپرسور مشخص گردید. این مکانیزم در شرایطی حاکم است که دو سطح در تماس با یکدیگر در معرض جابجایی نسبی بسیار کم (معمولا" کمتر از 50 میکرون) و شرایط بارگذاری نوسانی قراردارند. از این رو برای آشنایی بیشتر با این مکانیزم، ابتدا در فصل دوم به معرفی آن و ارایه خصوصیات مختلف پرداخته شده و نیز مشخصا" خستگی سوهشی آلیاژهای تیتانیم (جنس پره کمپرسور مورد نظر) تشریح گردیده است. به عنوان یکی از دلایل موثر در تشدید شرایط تنشی حاکم بر پره های شکسته شده، به نظر می رسد در مرحله اورهال کمپرسور و نصب پره های کمپرسور، فاصله و لقی کافی در کام دیسک در نظر گرفته نشده طوری که این پره در حین سرویس، دچار تنش های تماسی بیشتری قرار گرفته است. علاوه بر آن، وجود پوشش نرم باعث بالا رفتن ضریب اصطکاک شده که باعث سایش شدید ریشه پره و دیسک شده است. این وضعیت باعث گردیده است که مکانیزم خستگی سوهشی برای این پره با سرعت زیادی فعال شود. بر اساس مطالعات و بررسی های انجام شده و نظر به تحقیقات گسترده ای که در حال حاضر در کمپانی های سازنده این توربین ها از جمله pratt & whitney کانادا در حال انجام می باشد، علاوه بر لزوم کنترل بیشتر و دقیقتر در مرحله نصب پره ها روی دیسک و همچنین نصب تجهیزات مناسب جهت کنترل دقیق تر عملکرد دریچه های اطمینان کمپرسور، دو پیشنهاد مشخص برای افزایش مقاومت پره های تیتانیمی کمپرسور به خستگی سوهشی ارایه شده است. این پیشنهادات عبارتند از: استفاده از عملیات سطحی و پوشش دهی مناسب روی پره ها (نظیر ساچمه پاشی و استفاده از پوشش dlc و یا پوشش نیتراسیون پلاسمایی)، اعمال تنش های فشاری (نظیر روش جلادهی با پلاستیسیته کم ، lpb) و یا هر دو.

امروزه توجه خاصی به استفاده از نانوفیلترهای سرامیکی در کاربردهای مختلف صنعتی مبذول گردیده است. در پژوهش حاضر نانوفیلترهای ترکیبی آلومینا- تیتانیایی به روش سل- ژل تولید و متغیرهای مختلف موثر بر خصوصیات زیرلایه و پوشش نانومتری آن مورد بررسی قرارگرفت. بدین منظور ابتدا زیرلایه آلومینایی به روش ریخته گری دوغابی تحت شرایط مختلف درصد پودرآلومینا، درصد چسب، درصد ماده تعلیق کننده و دمای تف جوشی تهیه گردید. تاثیر عملیات آسیاب کاری دوغاب نیز بر کیفیت و اندازه ذرات و حفرات زیرلایه بررسی شد. در این مرحله به منظور کاهش تعداد آزمایش های لازم از روش طراحی تاگوچی استفاده به عمل آمد. بر این اساس زیرلایه آلومینایی بهینه تهیه شد و پوشش تیتانیا توسط فرایند سل- ژل به روش پوشش دهی غوطه وری روی آن انجام گردید. در این مرحله متغیرهایی نظیر نسبت هیدرولیز(آب به آلکوکسید)،ph ، زمان غوطه وری وتعداد لایه های پوشش دهی مورد بررسی قرارگرفت. مشخصه یابی نمونه های زیرلایه و پوشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، فلورسانس پرتو ایکس، آنالیز دانه بندی توسط پرتو لیزر و آزمون های تخلخل سنجی جیوه ای و ارشمیدس انجام گرفت. نتایج اولیه نشان داد که عملیات آسیاب کاری دوغاب قبل از ریخته گری موجب کاهش قابل توجه میانگین اندازه ذرات و حفرات در زیرلایه آلومینایی می شود. شرایط مناسب برای تهیه زیرلایه آلومینایی 20% پودر، 300 میلی لیتر چسب پلی وینیل الکل به ازای 100 گرم آلومینا، آسیاب کاری دوغاب به مدت 30 دقیقه و دمای تف جوشی 1500 درجه سانتیگراد بدست آمد. تحت این شرایط زیرلایه ای عاری از ترک با میانگین اندازه خلل وفرج 268 نانومتر، درصد تخلخل سطحی 8% و درصد تخلخل باز 36% تولید گردید. محلول سل پایدار تیتانیا نیز با نسبت هیدرولیز 30 و phمعادل 9/1 حاصل گردید. همچنین بهترین شرایط عملیات غوطه وری به صورت دو مرحله ای با سرعت رفت و برگشت 18 میلیمتر بر دقیقه و زمانهای غوطه وری مرحله اول 1 دقیقه و مرحله دوم 30 ثانیه تعیین گردید. تحت این شرایط پوشش عاری از ترک یکنواختی با میانگین اندازه خلل وفرج حدود 4 تا 7 نانومتر و ضخامت 600 نانومتر روی زیرلایه آلومینایی بدست آمد.

خواص منحصر به فرد آلیاژ¬ نیکل-تیتانیم (niti) نظیر اثر حافظه¬داری، سوپرالاستیسیته و زیست سازگاری، استفاده گسترده از این آلیاژ را در زمینه¬های گوناگون همانند صنایع هوافضا، صنایع خودروسازی و ساخت ابزارآلات الکترونیکی و پزشکی میسر ساخته است. در این راستا، اتصال و جوشکاری این آلیاژ به صورت مشابه و غیرمشابه با سایر آلیاژها از اهمیت قابل توجهی برخوردار بوده و در سال¬های اخیر توجه بسیاری به آن مبذول شده است. فولادهای زنگ¬نزن یکی از آلیاژهای پرکاربرد می¬باشند که به دلیل خواص مکانیکی و کارپذیری مطلوب، قیمت مناسب و مقاومت به خوردگی بالا در زمینه¬های گوناگون به ویژه ساخت ابزارآلات پزشکی کاربرد فراوان دارند. از این رو، اتصال آلیاژ نیکل-تیتانیم به فولاد زنگ¬نزن می¬تواند منجر به گسترش کاربرد این آلیاژ در زمینه¬های گوناگون شود. جوشکاری لیزر به دلیل حرارت ورودی کم و تمرکز حرارتی بالا، کاهش قابل ملاحظه ناحیه متاثر از حرارت و ناحیه جوش، میزان پایین تنش پسماند و اعوجاج در قطعه کار و سرعت جوشکاری بالا، روشی مناسب برای جوشکاری آلیاژ نیکل-تیتانیم می¬باشد. از این رو در این تحقیق، جوشکاری لیزر nd:yag سیم نیکل-تیتانیم به صورت مشابه و غیرمشابه با سیم فولاد زنگ¬نزن 304 مورد بررسی قرار گرفت. بعلاوه، به منظور دستیابی به روشی جهت بهبود خواص اتصال غیرمشابه سیم¬های نیکل-تیتانیم و فولاد زنگ¬نزن، تاثیر عملیات حرارتی پس از جوشکاری بر خواص اتصال غیرمشابه بررسی شد. ریزساختار، رفتار استحاله¬های فازی و خواص مکانیکی اتصالات با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس (eds)، پراش پرتو ایکس (xrd)، آنالیز گرماسنجی افتراقی (dsc)، میکروسختی سنج ویکرز و آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفتند. رفتار خوردگی قطعات جوشکاری شده نیز با استفاده از آزمون¬های پتانسیل مدار باز، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و غوطه¬وری در محلول فیزیولوژیک رینگر در دمای 37 درجه سانتیگراد مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که استحکام کششی اتصال مشابه نیکل-تیتانیم معادل mpa 835 (در حدود 63% استحکام سیم نیکل-تیتانیم) با کرنشی در حدود 16% می¬باشد. اتصال بدست آمده همچنین دارای خاصیت سوپرالاستیک بوده و رفتار شبه الاستیک این آلیاژ را حفظ می¬کند. این در حالی است که، استحکام کششی و کرنش اتصال غیرمشابه نیکل-تیتانیم به فولاد زنگ¬نزن به دلیل تشکیل ترکیبات بین فلزی ترد در ناحیه جوش افت قابل توجهی داشت. همچنین در اتصال مشابه، فلز جوش مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به فلز پایه از خود نشان داد. از سوی دیگر در اتصال غیرمشابه، فلز جوش از مقاومت به خوردگی قابل توجه، نزدیک به فولاد زنگ¬نزن و بهتر از نیکل-تیتانیم برخوردار بود. بعلاوه، عملیات حرارتی پس از جوشکاری نشان داد که تاثیرات بسزایی بر خواص مکانیکی و رفتار خوردگی اتصال غیرمشابه نیکل-تیتایم به فولاد زنگ¬نزن دارد. عملیات حرارتی پس از جوشکاری در دمای 200 درجه سانتیگراد منجر به بهبود مقاومت به خوردگی و استحکام کششی اتصال تا حدود 1/8 برابر نمونه مشابه قبل از عملیات حرارتی شد؛ در حالیکه، افزایش دمای عملیات حرارتی تا 400 درجه سانتیگراد، منجر به افت خواص مکانیکی و رفتار خوردگی اتصال بر اثر تشکیل ترکیبات بین فلزی بیشتر در ناحیه جوش گردید. بنابراین، کنترل دمای عملیات حرارتی پس از جوشکاری به منظور بهبود خواص اتصال غیرمشابه نیکل-تیتانیم به فولاد زنگ¬نزن حائز اهمیت می¬باشد.

آلیاژهای حافظه دار قادر به حفظ و بازیابی شکل اولیه خود می باشند که این عمل بعد از تغییر شکل باگرم شدن در دمایی بالاتر از دمای استحاله انجام می شود. رفتار منحصر به فرد حافظه داری و ابرکشسانی آلیاژ حافظه دار niti باعث شده که در چند دهه اخیر از این آلیاژ در تجهیزات و ابزارهای حساس استفاده شده است. همچنین مقاومت به خوردگی بالا, زیست سازگاری بسیار خوب با بدن و مطلوب بودن خواص مکانیکی و سایشی باعث شده که این آلیاژ برای کاربرد های پزشکی, هوافضا و نظامی مورد توجه قرار گیرد. در این تحقیق امکان تولید آلیاژ حافظه دار niti به روش ذوب القایی در قایقک مسی و تاثیر عملیات ترمومکانیکی شامل نورد سرد و آنیل متعاقب بر ریزساختار, خواص مکانیکی و خواص ابرکشسانی و حافظه داری آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های ریخته¬گری شده به روش ذوب القایی در قایقک مسی, پس از همگن سازی در دمای oc900 به مدت زمان 4 ساعت, تحت عملیات نورد گرم قرار گرفته و سپس در دمای محیط با مقادیر مختلف کاهش ضخامت بین20% تا 70% نورد سرد شدند. بررسی ریز ساختاری حاصل از میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان دادکه در نمونه 70% نورد سرد شده در قسمتهایی ریز ساختار آستنیتی نانومتری با اندازه دانه حدود 20 نانومتر ایجاد شده و در بخش هایی دیگر از جمله باند های تغییر شکل, شبکه کریستالی تخریب شده و فاز آمورف تشکیل شده است. آنالیز فازی xrd حاکی از حضور فاز آستنیتی در نمونه های نورد سرد شده بود. مقدار دانسیته نابجایی¬ها برای نمونه %70 نورد سرد شده حدود cm-2 13+10 محاسبه شد. آنیل در دمای oc300 عمدتاً منجر به کاهش دانسیته نابجایی¬ها شد, اما همچنان باندهای آمورف در نمونه وجود داشتند. آنیل در دمای oc400 منجر به کریستالیزاسیون فاز آمورف و رشد نانودانه های آستنیتی تا ابعاد بین 20 تا 70 نانومتر شد. همچنین آنیل در دمای oc500 باعث رشد اندازه دانه و بازیابی کارسختی, کاهش دانسیته نابجایی¬ها و پایداری فاز مارتنزیت گردید. نتایج حاصل از آزمایش های سختی سنجی و پانچ برشی نشان دهنده افزایش سختی و استحکام با افزایش درصد نورد سرد و کاهش سختی و استحکام با افزایش دمای آنیل پس از نورد سرد بود. خواص ابرکشسانی نمونه هایی که مورد عملیات ترمومکانیکی قرار گرفته بودند, با استفاده از آزمون خمش 3 نقطه ای در دمای oc100 مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاکی از رفتار مناسب نمونه های آنیل شده در دمای oc400 وحضور کرنش باقی مانده ناشی از لغزش برای نمونه های آنیل شده در دمای oc500 بود. آزمون حافظه داری نشان داد که عملیات ترمومکانیکی باعث افزایش درصد بازیابی شکل از %85 برای نمونه بدون عملیات ترمومکانیکی تا درصد های بالاتر از %94 شده است. همچنین برای آلیاژ %40 و %70 نورد سرد شده و آنیل شده در دمای oc400 درصد بازیابی شکل در حدود %100 بدست آمد.

چکیده: در سالهای اخیر پیشرفت های قابل ملاحظه ای در توسعه روش های عددی انجام گردیده است تا تغییرات ریزساختاری در حین فرایندهای ترمومکانیکی را توصیف کند. نتایج بدست آمده به طراحان فرایند و متالوژیست ها اجازه می دهد که تغییرات فرایند را بدون آزمون و خطا و نزدیک به حالت واقعی مطالعه نمایند زیرا مدل های کامپیوتری دقت و سهولت کافی را فراهم میکنند. مدل های ساختاری زیادی برای رفتار پلاستیک فلزات جهت مدل سازی اجزا محدود در دسترس می باشد. اما قابلیت کاربرد اغلب مدلهای ساختاری متداول محدود به مولفه های تغییرات کرنش، نرخ کرنش و دما و در برخی موارد تغییرات ریزساختاری است. امروزه مدل کردن رفتار ماده برای بدست آوردن نتایج دقیق از شبیه سازی فرایندهای تولید، بسیار پراهمیت و ضروری می باشد. در این پایان نامه با بکار گیری قابلیت تعریف مدل های رفتاری در نرم افزار اجزا محدود abaqus به بررسی تغییرات ریز ساختاری فولاد در فرایند های شکل دهی داغ پرداخته شده است. جهت تعریف مدل های رفتاری جدید ابتدا لازم است با مباحث پلاستیسیته محاسباتی آشنا شد. پس از آن مدل های رفتاری گوناگونی که علاوه بر تنش و کرنش تغییرات پارامترهای ریز ساختاری را نیز مدل می نمایند، مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت دو دسته معادلات ساختاری صریح و غیر صریح انتخاب می گردد. در این معادلات تغییرات چگالی نابجایی، حجم تبلور مجدد و اندازه دانه ها لحاظ گردیده اند. با بکار گیری روابط پلاستیسیته محاسباتی و با استفاده از ابزار vumat نویسی این معادلات برای نرم افزار تعریف می گردد. جهت بررسی صحت کد نوشته شده، یک تست فشاری شبیه سازی می گردد و قطعه در نرخ کرنش و دماهای گوناگون تحت آزمایش قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه گشته که انطباق خوبی با یکدیگر دارند. پس از تایید صحت کد نوشته شده، فرایند های نورد و فورج داغ شبیه سازی و مدل می شوند تا تغییرات پارامتر های ریز ساختاری در آنها مورد بررسی قرار گیرد. در پایان نتایج به صورت کانتور و نمودار های تغییرات ارائه شده است.

فرایند نیتروژن دهی پلاسمایی فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 304l با اندازه دانه های میکرومتری و فوق ریزدانه انجام و اثر اندازه دانه بر نفوذ نیتروژن و ضخامت لایه نیتریدی بررسی شد. نیتروژن دهی پلاسمایی فرایندی حرارتی- شیمیایی است که برای افزایش سختی سطح قطعات از جمله فولادهای زنگ نزن مورد استفاده قرار می گیرد. محدودیت استفاده از این فرایند برای این دسته از مواد، دمای انجام عملیات است؛ به طوری که در دماهای بالاتر از 480 درجه سانتی گراد با تشکیل رسوبات نیترید کروم (crn) مقاومت به خوردگی قطعات کاهش می یابد. برای ریزدانه کردن از فرایند پیشرفته حرارتی- مکانیکی نورد سرد و آنیل بازگشتی مارتنزیت ناشی از کرنش استفاده شد. در این پژوهش با استفاده از این فرایند پنج نمونه از فولاد زنگ¬نزن آستنیتی aisi 304l با اندازه دانه های نانومتری، فوق ریزدانه و میکرومتری ساخته شد و پس از آن تحت عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی در شرایط یکسان قرارگرفت. برای این کار دمای فرایند 450 درجه سانتی گراد، مدت عملیات 5 ساعت و ترکیب گاز مورد استفاده، نیتروژن و هیدروژن با نسبت حجمی 1 به 3 انتخاب شد. برای محاسبه اندازه دانه، مشاهده ریزساختار و اندازه گیری ضخامت لایه نیتریدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ نوری (om) استفاده شد. مورفولوژی سطح نمونه ها پس از فرایند نیتروژن دهی پلاسمایی و نیز بررسی توزیع رسوبات در ساختار با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fesem) انجام شد. از روش طیف سنجی با توزیع انرژی (eds) برای به دست آوردن پروفیل غلظتی نیتروژن و توزیع عناصر در لایه نیتریدی استفاده شد. برای محاسبه درصد فازها قبل از عملیات نیتروژن دهی از دستگاه فریتوسکوپ استفاده شد و بررسی فازهای ایجادشده در ساختار، قبل و بعد از فرایند نیتروژن دهی با استفاده از روش پراش سنجی پرتو ایکس (xrd) انجام شد. پروفیل سختی ایجادشده درساختار نیز با استفاده از دستگاه ریزسختی سنج بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد با کاهش اندازه دانه از حدود 11میکرومتر تا حدود 135 نانومتر ، ضخامت لایه نیتریدی از 8/4 تا 6/10 میکرومتر افزایش می یابد. این نتایج با مقایسه پروفیل غلظتی نیتروژن در نمونه های مختلف تطابق داشت به گونه ای که با کاهش اندازه دانه عمق نفوذ نیتروژن و نیز مقدار نیتروژن نفوذ کرده در ساختار افزایش یافت. محاسبه اختلاف سختی قبل و بعد از فرایند نیتروژن دهی و رسم منحنی های آن برحسب فاصله از سطح نشان داد این منحنی ها مشابه منحنی های غلظتی نیتروژن است و افزایش نفوذ نیتروژن با افزایش سختی متناسب است. با بررسی الگوهای پراش پرتو ایکس مشخص شد ریزدانه شدن علی رغم مزیت های فوق، موجب افزایش تشکیل رسوبات crn در ساختار می شود زیرا با افزایش مقدار مرزدانه و افزایش چگالی عیوب ساختاری، مکان های مناسب بیشتری برای جوانه زنی رسوبات در ساختار فراهم می شود. این مکان ها از سد انرژی کم تری نسبت به شبکه بلوری برای جوانه زنی برخوردار هستند و موجب تسهیل جوانه زنی می شوند. نتایج به دست آمده از fesem نیز نشان داد درصد حجمی این رسوبات در نمونه های با ساختار فوق ریزدانه نسبت به نمونه هایی که اندازه دانه در آن ها میکرومتری است بیشتر است. علاوه بر اندازه دانه، نوع فازها و درصد آن ها نیز بر تشکیل فازهای به دست آمده پس از فرایند نیتروژن دهی فولادهای زنگ نزن آستنیتی موثر است. مشاهده شد وجود مارتنزیت باقی مانده در ساختار پس از عملیات آنیل بازگشتی موجب تشکیل رسوبات نیترید آهن (fe4n-?) در نمونه های فوق ریزدانه می شود.

در پروژه حاضر به بررسی تأثیر متغیرهای هندسی قالب سرامیکی بر ریزساختار و ساختار دانه ای حاصل از فرایند انجماد جهت دار سوپرآلیاژ پایه نیکل gtd-111 پرداخته شده است. بدین منظور دو طرح قالب سرامیکی پله دار مختلف شامل طرح های استوانه ای و مکعبی با تغییر سطح مقطع در دو ناحیه طراحی و ساخته شد. ابعاد انتخاب شده برای نمونه ها بر مبنای تغییرات نسبت مدول بخش های مختلف پره توربین ge-f5-b1 از قبیل ریشه، سکو، تیغه و شنک بوده است. فرایند انجماد جهت دار با استفاده از سیستم انجماد جهت دار بریجمن در سرعت های کشش قالب ?، ? و ? میلی متر بر دقیقه انجام گردید. همچنین اثر ضخامت قالب سرامیکی بر ساختار دانه ای و دندریتی حاصل از انجماد جهت دار بررسی شد. ساختار دانه ای و دندریتی کلیه نمونه ها در مقاطع طولی و عرضی موردمطالعه قرار گرفت. همچنین یک مدل شبیه سازی کوپله حرارتی-ساختاری برای فرایند انجماد جهت دار نمونه های پله دار توسعه داده شد و اعتبارسنجی آن به کمک نتایج تجربی انجام گرفت. نتایج حاصله نشان داد که در کلیه شرایط، تعداد دانه ها با افزایش فاصله از مبرد به دلیل پدیده رشد رقابتی کاهش می یابد و در سرعت های رشد بالاتر، اثرات این پدیده در کاهش تعداد دانه ها شدیدتر می باشد. در یک سرعت رشد ثابت، تعداد کل دانه ها در نمونه مکعبی شکل بیشتر از نمونه استوانه ای می باشد که ناشی از بیشتر بودن مساحت سطح خارجی در نمونه مکعبی نسبت به نمونه استوانه ای است. بررسی ساختارهای دندریتی نمونه های پله دار نشان داد که تغییر سطح مقطع تأثیری بر اندازه فواصل دندریتی ندارد، لیکن نمونه مکعبی از ساختار ریزتری نسبت به نمونه استوانه ای برخوردار است. با افزایش فاصله از مبرد هر چند فواصل ثانویه دندریتی تغییر چندانی نمی کند، ولی فواصل اولیه دندریتی به دلیل افت گرادیان دمایی به تدریج بزرگ تر می شود. کار حاضر نشان می دهد که دانه های سرگردان از جمله عیوب انجمادی هستند که در محل تغییرات ناگهانی سطح مقطع نمونه ها اعم از مکعبی و استوانه ای ممکن است تشکیل گردد. با این حال، افزایش اندازه سکو در محل های تغییر سطح مقطع و نیز افزایش سرعت رشد، احتمال تشکیل دانه های سرگردان و تعداد آن ها را بیشتر خواهد کرد. بر اساس نتایج تجربی و شبیه سازی بدست آمده، شرایط بحرانی برای تشکیل دانه های سرگردان برحسب اندازه سکو، سرعت رشد و قطر اولیه نمونه ارائه گردید. نتایج حاضر نشان داد که با افزایش ضخامت قالب سرامیکی از ? به ?? میلی متر، پهنای دانه های ستونی به میزان کمی افزایش می یابد، لیکن درشت تر شدن ساختار دندریتی محسوس تر است.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی با وجود داشتن خواص منحصربه¬فرد، به دلیل داشتن استحکام تسلیم پائین کمتر درصنایع مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرند. موثرترین راه برای افزایش همزمان استحکام و چقرمگی، ریزدانه کردن فولاد است. یکی از مهم¬ترین فرایندهایی که برای تولید فولاد زنگ نزن آستنیتی شبه¬پایدار نانو/فوق ریزدانه مورد استفاده قرار می¬گیرد، فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت است. این فرایند شامل نورد سرد برای تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش و در ادامه آنیل بازگشتی برای دست¬یابی به آستنیت نانو/فوق ریزدانه است. ازآنجایی که در حین نورد سرد با توجه به شرایط اعمالی (میزان نورد، نرخ کرنش، دمای نورد و اندازه دانه اولیه آستنیت) نرخ تشکیل مارتنزیت و درنتیجه مورفولوژی مارتنزیت حاصل شده تغییر می¬یابد، در این پژوهش اثر مورفولوژی مارتنزیت در دو نمونه فولاد زنگ نزن آستنیتی 201 با درصد¬های مختلف کاهش ضخامت 50 و 90% بر تشکیل ساختار میکروسکوپی حین آنیل در طی دماها و زمان¬های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از 50% نورد، مورفولوژی غالب لایه¬ای و پس از 90% نورد، ساختار فاقد هرگونه لایه¬های مارتنزیت بوده و تقریباً تمامی ساختار به¬صورت سلول-نابجایی است. با کاهش کرنش اشباع و افزایش کرنش، کسر ساختار سلول-نابجایی افزایش و اندازه کریستال¬های این ساختار از nm 50 برای 50% نورد به nm10 برای 90% نورد کاهش می¬یابد. مشخص شد که در طی آنیل بازگشتی در تمامی دماها، نرخ جوانه¬زنی آستنیت در ساختار سلول-نابجایی به دلیل تعداد بالاتر مراکز جوانه¬زنی در مقایسه با مارتنزیت لایه¬ای بیشتر است. حتی با انجام آنیل در دمای ˚c 900، مارتنزیت لایه¬ای پس از گذشت زمان 10 دقیقه کاملاً بازگشت می¬یابد، در حالیکه برای ساختار سلول-نابجایی این زمان در حدود 2 دقیقه است. مکانیزم بازگشت در تمامی دماها، مکانیزم نفوذی (جوانه¬زنی و رشد) تعیین شد. به دلیل بزرگتر بودن جوانه¬های حاصل از مارتنزیت لایه¬ای و کمتر بودن نیرو محرکه و هم¬چنین جلوگیری مارتنزیت باقیمانده این ساختار از رشد سریع دانه¬ها، نرخ رشد دانه¬ها در آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه¬ای کمتر است. در آنیل در دماهای 700 و ˚c 800، به دلیل نرخ کم رشد دانه¬ها، همواره آستنیت حاصل از ساختار سلول-نابجایی کوچک¬تر است. در زمان¬های ابتدایی آنیل در دمای ˚c 900، اندازه دانه¬های آستنیت بازگشتی از مارتنزیت با ساختار سلول-نابجایی کوچک¬تر بوده اما با افزایش زمان، به دلیل بالاتر بودن نرخ رشد دانه¬ها در این دما، اندازه دانه¬های آستنیت بزرگ¬تر از آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه¬ای می¬شود. کوچک¬ترین اندازه دانه فولاد با کسر حجمی مناسب آستنیت در این حالت برای نمونه 90% نورد شده پس از 30 ثانیه، nm 120 (با استحکام تسلیم mpa 1050 و ازدیاد طول 30%) و برای نمونه 50% نورد شده پس از 60 ثانیه، nm 500 (با استحکام تسلیم mpa 830 و ازدیاد طول 35%) بدست آمد

فولادهای زنگ نزن آستنیتی با وجود داشتن خواص منحصربه¬فرد، به دلیل داشتن استحکام تسلیم پائین کمتر درصنایع مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرند. موثرترین راه برای افزایش همزمان استحکام و چقرمگی، ریزدانه کردن فولاد است. یکی از مهم¬ترین فرایندهایی که برای تولید فولاد زنگ نزن آستنیتی شبه¬پایدار نانو/فوق ریزدانه مورد استفاده قرار می¬گیرد، فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت است. این فرایند شامل نورد سرد برای تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش و در ادامه آنیل بازگشتی برای دست¬یابی به آستنیت نانو/فوق ریزدانه است. ازآنجایی که در حین نورد سرد با توجه به شرایط اعمالی (میزان نورد، نرخ کرنش، دمای نورد و اندازه دانه اولیه آستنیت) نرخ تشکیل مارتنزیت و درنتیجه مورفولوژی مارتنزیت حاصل شده تغییر می¬یابد، در این پژوهش اثر مورفولوژی مارتنزیت در دو نمونه فولاد زنگ نزن آستنیتی 201 با درصد¬های مختلف کاهش ضخامت 50 و 90% بر تشکیل ساختار میکروسکوپی حین آنیل در طی دماها و زمان¬های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از 50% نورد، مورفولوژی غالب لایه¬ای و پس از 90% نورد، ساختار فاقد هرگونه لایه¬های مارتنزیت بوده و تقریباً تمامی ساختار به¬صورت سلول-نابجایی است. با کاهش کرنش اشباع و افزایش کرنش، کسر ساختار سلول-نابجایی افزایش و اندازه کریستال¬های این ساختار از nm 50 برای 50% نورد به nm10 برای 90% نورد کاهش می¬یابد. مشخص شد که در طی آنیل بازگشتی در تمامی دماها، نرخ جوانه¬زنی آستنیت در ساختار سلول-نابجایی به دلیل تعداد بالاتر مراکز جوانه¬زنی در مقایسه با مارتنزیت لایه¬ای بیشتر است. حتی با انجام آنیل در دمای ˚c 900، مارتنزیت لایه¬ای پس از گذشت زمان 10 دقیقه کاملاً بازگشت می¬یابد، در حالیکه برای ساختار سلول-نابجایی این زمان در حدود 2 دقیقه است. مکانیزم بازگشت در تمامی دماها، مکانیزم نفوذی (جوانه¬زنی و رشد) تعیین شد. به دلیل بزرگتر بودن جوانه¬های حاصل از مارتنزیت لایه¬ای و کمتر بودن نیرو محرکه و هم¬چنین جلوگیری مارتنزیت باقیمانده این ساختار از رشد سریع دانه¬ها، نرخ رشد دانه¬ها در آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه¬ای کمتر است. در آنیل در دماهای 700 و ˚c 800، به دلیل نرخ کم رشد دانه¬ها، همواره آستنیت حاصل از ساختار سلول-نابجایی کوچک¬تر است. در زمان¬های ابتدایی آنیل در دمای ˚c 900، اندازه دانه¬های آستنیت بازگشتی از مارتنزیت با ساختار سلول-نابجایی کوچک¬تر بوده اما با افزایش زمان، به دلیل بالاتر بودن نرخ رشد دانه¬ها در این دما، اندازه دانه¬های آستنیت بزرگ¬تر از آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه¬ای می¬شود. کوچک¬ترین اندازه دانه فولاد با کسر حجمی مناسب آستنیت در این حالت برای نمونه 90% نورد شده پس از 30 ثانیه، nm 120 (با استحکام تسلیم mpa 1050 و ازدیاد طول 30%) و برای نمونه 50% نورد شده پس از 60 ثانیه، nm 500 (با استحکام تسلیم mpa 830 و ازدیاد طول 35%) بدست آمد. کلمات کلیدی: فولاد زنگ نزن آستنیتی 201، عملیات ترمومکانیکی مارتنزیت، مورفولوژی مارتنزیت، مارتنزیت لایه¬ای، ساختار سلول-نابجایی، آنیل بازگشتی.

در این پژوهش به ارزیابی رفتار سیلان گرم و تحولات ریزساختاری فولاد یوتکتویدی با ساختار کاملا پرلیتی در محدوده دمایی 770-620 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش حقیقی 10-01/0 برثانیه پرداخته شده است. اهداف مورد نظر شامل توسعه رسم نقشه های فرایند جهت شناسایی دامنه ایمن (دما و نرخ کرنش مناسب) برای وقوع مکانیزم کروی شدن دینامیکی جهت تبدیل لایه¬های سمنتیت نانومتری به ذرات سمنتیت فوق¬ریز/نانومتری، بررسی رفتار تغییرشکل گرم سریع بوسیله کارگرم در دمای استحاله یوتکتویدی (720 درجه سانتیگراد)، محاسبه ثوابت و انرژی اکتیواسیون ظاهری تغییرشکل گرم و همچنین ارزیابی تاثیر افزودن عنصر میکروآلیاژی وانادیم بر رفتار کارگرم فولاد یوتکتویدی بوده است. رفتار ترمومکانیکی بوسیله آزمون فشار گرم و دستگاه شبیه ساز ترمومکانیکی gleeble 1500 مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که بوسیله کارگرم در محدوده دمایی 720-640 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش 1/0-01/0 برثانیه، مکانیزم کروی شدن دینامیک با بازدهی اتلاف انرژی 30-21 درصد فعال گردیده و امکان تبدیل لایه¬های سمنتیت با ضخامت 5±35 نانومتر به ذرات کروی سمنتیت با اندازه کمتر از 100 نانومتر وجود دارد. همچنین کارگرم در دمای 720 درجه سانتیگراد و نرخ کرنش سریع 1 برثانیه منجر به وقوع مکانیزم کروی شدن دینامیکی و تشکیل نانو ذرات سمنتیت گردیده است. این روش می تواند یک روش تبدیل ریزساختاری نوین برای تغییرشکل گرم سریع فولاد یوتکتویدی بدون ایجاد هرگونه عیب ریزساختاری باشد که برای اولین بار توسعه یافته است. از طرف دیگر، در نواحی ناپایداری انواع عیوب ریزساختاری از قبیل تمرکز سیلان، لغزش لایه¬ای، خم شدگی لایه¬ای، ترک خوردگی لایه¬ای و ترک خوردگی در مرزدانه های اولیه آستنیت مشاهده گردید. همچنین افزودن عنصر میکروآلیاژی وانادیم و به دنبال آن تشکیل نانورسوبات کاربید وانادیم با اندازه متوسط 10 نانومتر در نواحی مرزهای با زاویه کم و زیاد، از وقوع برخی عیوب ریزساختاری نظیر ترک خوردگی مرزدانه ای و تمرکز سیلان در حین کارگرم با نرخ کرنش بالا جلوگیری نمود؛ در حالی که وقوع مکانیزم کروی شدن دینامیکی نیز به تاخیر افتاد. محاسبه انرژی اکتیواسیون ظاهری تغییرشکل گرم (qapp) نشان داد که این مقدار برای فولاد یوتکتویدی ساده و میکروآلیاژی شده با وانادیم به ترتیب برابر 455 و kj/mol 498 می¬باشد. افزودن وانادیم از طریق اثرات استحکام دهی محلول جامد و رسوب سختی باعث افزایش مقاومت به لغزش نابه-جایی¬ها و به تاخیر انداختن مکانیزم نرم شدن درحین تغییرشکل گرم و در نتیجه افزایش انرژی اکتیواسیون به میزان kj/mol 43 گردید.

سوپرآلیاژهای پایه نیکل به دلیل پایداری و استحکام مناسب در دمای بالا، در ساخت بخش های داغ توربین های گازی کاربرد دارند. از جمله سوپرآلیاژهای پایه نیکل، آلیاژ gtd-111 است که در ساخت پره های ردیف اول توربین های گازی نیروگاهی کاربرد دارد. ریزساختار و استحکام این آلیاژ به نحوه انجماد و عملیات حرارتی رسوب سختی آن بستگی دارد. در این پژوهش، ابتدا سوپرآلیاژهای پایه نیکل gtd-111 جهت¬دار به روش بریجمن و در محیط خلاء با سرعت رشد 6 میلی¬متر بر دقیقه تهیه شد. به منظور تعیین دمای استحاله¬های فازی آنالیز گرماسنجی افتراقی انجام شد و با توجه به دمای سالیدوس، عملیات¬حرارتی در دماهای کمتر از ?c1295 انجام شد. سیکل¬های عملیات حرارتی رسوب سختی مختلف روی سوپرآلیاژ پایه نیکل gtd-111 جهت دار به منظور بررسی تأثیر عملیات همگن¬سازی، انحلال-جزیی اولیه، انحلال¬جزیی ثانویه و پیرسازی بر ریزساختار طراحی و انجام شد. همچنین تأثیر انحلال¬جزیی ثانویه در سه دمای ?c910، ?c980 و?c 1050 بر خواص کششی دمای محیط و خواص تنش گسیختگی آلیاژ بررسی شد. نتایج نشان داد که ریزساختار ریختگی آلیاژ gtd-111 شامل زمینه آستنیتی ?، رسوب ??، یوتکتیک ??-? و دو نوع کاربید mc و m23c6 می باشد. عملیات همگن¬سازی سبب انحلال، رسوب مجدد و توزیع یکنواخت رسوبات ?? گردید. انحلال¬جزیی به همراه همگن¬سازی، موجب رشد وتوزیع منظم رسوبات در جهات <100> شد. انحلال¬جزیی ثانویه باعث رشد بیشتر رسوبات ?? و درنتیجه تقسیم شدن رسوبات درشت به رسوبات ریزتر گردید. نتایج آزمون تنش-گسیختگی نشان داد که انجام عملیات¬حرارتی شامل همگن¬سازی، انحلال¬جزیی اولیه و انحلال¬جزیی ثانویه در دمای ?c980 موجب تشکیل ریزساختاری با توزیع مناسب رسوبات ?? شده و در بین سیکل¬های انجام شده، بیشترین عمر خزشی را به همراه خواهد داشت.

پیش بینی دقیق خواص و ابعاد محصولات فولادی، به مدل¬سازی رفتار ترمومکانیکی فولاد در حین تغییرشکل، تکامل ریزساختار در مراحل مختلف و استحاله¬های فازی حین سرد کردن کنترل شده پس از تغییرشکل نیاز دارد. به علت تعداد بسیار زیاد متغیرهای درگیر در یک فرایند تغییرشکل، اغلب برای طراحی یک محصول با خواص مورد نظر لازم است تعداد قابل توجهی آزمون¬های آزمایشگاهی انجام شود. رویکرد سعی و خطا نه تنها به هزینه های تولید می افزاید، بلکه زمان تولید یک محصول را نیز افزایش می دهد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی با وجود داشتن مقاومت به خوردگی مطلوب، به دلیل داشتن استحکام تسلیم پائین به¬طور محدود درصنایع مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرند. پدیده پلاستیسیته ناشی از استحاله (trip) آستنیت به مارتنزیت در فولادهای زنگ نزن آستنیتی شبه پایدار به عنوان یکی از مکانیرم¬های استحکام¬بخشی مهم مطرح بوده و اخیراً به منظور توسعه فولادهای فوق ریزدانه/نانوساختار مورد استفاده قرار گرفته است. از آن¬جایی که خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن آستنیتی به شدت وابسته به استحاله مارتنزیتی ناشی ازکرنش می باشد، پیش بینی مقدار فاز مارتنزیت که تعیین کننده خواص مکانیکی ماده است بسیار حائز اهمیت می باشد. در کار حاضر پدیده trip برای آزمون کشش تک محوره و عملیات نورد تخت یک فولاد زنگ نزن آستنیتی کم نیکل (aisi 201) به روش المان محدود شبیه¬سازی شد. در مدل شبیه¬سازی حاضر که با استفاده از نرم افزار abaqus توسعه یافته، المان¬های دوبعدی بر اساس مدل اُلسن-کهن رفتار فولاد را حین آزمون¬های کشش و نورد پیش¬بینی می¬کند. آزمون کشش تحت زیربرنامۀ abaqus/umat و عملیات نورد تحت زیربرنامۀ abaqus/vumat کدنویسی شد. به منظور اعتبارسنجی خروجی نرم¬افزار، نتایج حاصل از شبیه¬سازی با اطلاعات تجربی حاصل از آزمون کشش تحت دو مقدار متفاوت سرعت کرنش روی فولاد مورد نظر مقایسه شد و تطابق خوبی بدست آمد. میزان تجربی کسر حجمی مارتنزیت تشکیل شده در حین آزمون کشش در سرعت¬های کشش مختلف با خروجی نرم¬افزار توافق داشت. برای بخش نورد نیز با نرخ کرنشی نزدیک به نرخ کرنش آزمون کشش آزمایش¬های عملی انجام گرفت و توافق قابل قبول در مورد میزان تجربی کسر حجمی مارتنزیت تشکیل شده در حین نورد با خروجی نرم¬افزار حاصل گردید.

هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تأثیر افزودن عنصر میکروآلیاژی نیوبیم بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی یک فولاد دوفازی فوق ریزدانه می باشد. بدین منظور، چهار فولاد با ترکیب شیمیایی مشابه و مقادیر مختلف نیوبیم (صفر، 06/0، 12/0 و 18/0 درصد وزنی) توسط روش ذوب القائی تحت خلاء ریخته گری شد. سپس فولادهای دوفازی با ساختار فریتی- مارتنزیتی ساخته شده و از طریق عملیات ترمومکانیکی نورد سرد- آنیل بین بحرانی بازگشتی، ساختار فوق ریزدانه/نانوساختار در آن ها ایجاد گردید. در این عملیات، ساختارهای دوفازی به میزان 80% کاهش در ضخامت نورد سرد شده و سپس در دمای °c 770 به مدت زمان های 4، 6 و 8 دقیقه آنیل بین بحرانی بازگشتی شدند. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نیوبیم تا 12/0 درصد وزنی، متوسط اندازه دانه های فریت کاهش و کسر حجمی مارتنزیت افزایش یافت، با این حال در زمان های آنیل بین بحرانی 6 و 8 دقیقه، کسر حجمی مارتنزیت کم تر و اندازه دانه فریت بزرگ تر در نمونه حاوی 18/0 درصد وزنی نیوبیم مشاهده شد. نتایج حاصل از آزمون کشش، تأثیر رسوبات کاربید نیوبیم را در بهبود خواص مکانیکی تایید کرد. آزمون کشش، ترکیب بسیار خوبی از استحکام و انعطاف پذیری را در قالب میزان انرژی جذب شده (j.cm-3 160) و چقرمگی (mpa 229) در مقایسه با دیگر فولادهای دوفازی تجاری نشان داد. فولاد دوفازی فوق ریزدانه (با متوسط اندازه دانه فریت µm 37/0 ± 40/1) حاوی 12/0 درصد وزنی نیوبیم، استحکام کششی mpa 1203 ( حدود 120% بالاتر از نمونه فریتی-پرلیتی اولیه) بدون کاهش انعطاف پذیری را نشان داد. رفتار کرنش سختی فولادهای دوفازی توسط سه مدل مرسوم هولومن، کروسارد- جول (c-j) و c-j اصلاح شده بررسی و مشاهده شد که مدل های هولومن و c-j رفتار کرنش سختی فولادهای دوفازی را به صورت دو مرحله ای و مدل c-j اصلاح شده، رفتاری سه مرحله ای را نشان داده است. نوع شکست در فولادهای دوفازی شکست نرم بود به طوری که با افزایش درصد وزنی نیوبیم، قطر متوسط دیمپل ها کاهش یافت. تغییرات استحکام، انعطاف پذیری، رفتار کرنش سختی و رفتار شکست فولادهای دوفازی با تغییر درصد وزنی نیوبیم و زمان آنیل بین بحرانی، رابطه خوبی را با ویژگی های ریزساختاری نشان داد.

در سال های اخیر انواع مختلفی از فولادهای پیشرفته از جمله فولادهای دوفازی که نتیجه تلاش جهانی گروه وسیعی از محققان برای ارائه مجموعه ای از استحکام و شکل پذیری بالا می باشد، توسعه یافته اند. در تحقیق حاضر فولادهای دوفازی فوق ریزدانه با استفاده از فرایند ترمومکانیکی جدیدی بر اساس ریزساختارهای اولیه شامل اجتماعات فریت- کاربید و ساختارهای دوتایی فریتی- مارتنزیتی توسعه داده شده است. تأثیر متغیرهای فراوری نظیر درصد نورد، دما و زمان آنیل بین بحرانی بر تحولات ریزساختاری، خواص مکانیکی، رفتار کرنش سختی و مکانیزم های شکست بررسی شده است. نتایج ارزیابی های ریزساختاری وابستگی اندازه دانه فریت، کسر حجمی، مورفولوژی و اندازه جزایر مارتنزیتی را به ریزساختار اولیه و متغیرهای فرایند ترمومکانیکی نشان داد. ساختارهای دوفازی فوق ریزدانه با متوسط اندازه دانه فریت حدود µm 2 و توزیع یکنواخت شبکه زنجیره ای جزایر مارتنزیتی، با آنیل کوتاه مدت ساختارهای دوتایی 80% نورد سرد شده حاصل شد. بررسی سینتیک تبلور مجدد فریت و تشکیل آستنیت با مدل اصلاح شده جانسون - مل- آورامی- کلموگروف (jmak) نشان داد که وقوع تبلورمجدد کامل فریت قبل از تشکیل آستنیت، منجر به توزیع تصادفی آستنیت در زمینه فریتی و تشکیل ساختار شبکه زنجیره ای می شود. آزمون نانوفرورونده نشان داد که زمان نگهداری طولانی تر حین آنیل بین بحرانی، به دانه های فریت درشت تر و نرم تر در ریزساختارهای دوفازی 80% نورد سرد شده می انجامد. تغییرات نانوسختی مارتنزیت با زمان نگهداری بین بحرانی به تغییر در محتوای کربن آن نسبت داده شد. آزمون های کشش مشخصه های متداول فولادهای دوفازی نظیر تسلیم پیوسته، نسبت تسلیم پایین و انعطاف پذیری یکنواخت بالا را برای نمونه های دوفازی نشان داد. خواص مکانیکی نمونه های با ساختار دوفازی فوق ریزدانه جدید نسبت به نمونه اولیه افزایش چشمگیر داشت، به نحوی که علاوه بر استحکام کششی به مراتب بالاتر (200%~) نمونه آنیل بین بحرانی شده در دمای c?830 به مدت 8 دقیقه (mpa 1587) نسبت به نمونه اولیه (mpa 540)، انعطاف پذیری یکنواخت مشابه (7%~) حاصل شد. نتایج حاضر نشان داد که ممانعت از گسترش موضعی شدن کرنش در مجاورت دانه های فریت، توزیع یکنواخت کرنش در میان ریزساختار ناشی از ساختار شبکه زنجیره ای جزایر مارتنزیتی ریز و کاهش اندازه دانه فریت، شروع ناپایداری پلاستیک و گلویی شدن ماده را به تأخیر انداخته و به انعطاف پذیری قابل قبول حتی در سطوح استحکام خیلی بالا می انجامد. با بررسی کمّی مکانیزم های مختلف استحکام بخشی، مقدار تنش تسلیم فولاد دوفازی حاصل از آنیل بین بحرانی ساختار دوتایی 80% نورد سرد شده در دمای c?770 به مدت 8 دقیقه حدود mpa 4/430 محاسبه شد که در تطابق بسیار خوبی با مقدار اندازه گیری شده (mpa 422) بود. بررسی رفتار کرنش سختی فولادهای دوفازی حاضر نشان داد که آنالیزهای هولمن و کروسارد- جول (c-j)، تغییرشکل دومرحله ای و آنالیز c-j اصلاح شده، تغییرشکل سه مرحله ای را نشان می دهد. همه فولادهای دوفازی، نرخ کرنش سختی بالا در مراحل اولیه تغییرشکل نشان دادند که با افزایش کسر حجمی مارتنزیت افزایش یافت. تغییرات سختی، استحکام، انعطاف پذیری، رفتار کرنش سختی و مکانیزم شکست نمونه ها با متغیرهای ترمومکانیکی به مولفه های ریزساختاری نسبت داده شد. تحقیق حاضر نشان داد که با توجه به مقادیر قابل ملاحظه تعادل استحکام- انعطاف پذیری فولادهای دوفازی توسعه داده شده (j cm-3 100uts×ue >) در مقایسه با کارهای مشابه قبلی، این فولادها می توانند جایگزین های مناسبی برای فولادهای دوفازی تجاری نظیر dp600، dp800 و dp980 باشند.

در این تحقیق، یک مدل عددی جهت شبیه¬سازی فرایند سرد کردن پیوسته فولادها توسعه داده شده است. مدل توسعه داده شده، برای شبیه¬سازی فرایند سرد شدن فولاد ساده کربنی aisi 1045 و فولاد کم¬آلیاژaisi 4140 بکار گرفته شد. برای فولاد aisi 1045، مدل¬سازی بر روی استوانه¬هایی به قطر 25، 50 و 75 میلیمتر و با نسبت طول به قطر 2 و نیز بر روی قطعات مکانیکی به شکل چرخ¬دنده انجام شد. فرایند سرد شدن فولاد aisi 4140 حین آزمایش جامینی و نیز حین کوئنچ قطعاتی به شکل چرخ¬دنده شبیه¬سازی شد. در فرایند کوئنچ هر دو نوع فولاد ذکر شده، دو نوع محیط سرد کننده شامل آب و روغن مد نظر قرار گرفت. جهت محاسبه ضرایب انتقال حرارت حین کوئنچ در این دو محیط، پرابهایی از جنس فولاد زنگ¬نزن 304 ساخته شد و شرایط انتقال حرارت بصورت تابعی از دمای سطح توسط روش¬های مختلف محاسبه شد. جهت افزایش دقت محاسبات، خواص ترموفیزیکی فولاد به صورت متغیر با دما و نوع فازها درنظر گرفته شد. همچنین اثر گرمای نهان آزاد شده در اثر دگرگونی¬های فازی در مدل توسعه یافته لحاظ شد. جهت مدل¬سازی دگرگونی¬های فازی نفوذی از معادله jma به همراه قانون جمع¬پذیری استفاده شد. همچنین روش نوینی برای محاسبه کسر حجمی حقیقی فازها در فولادهای غیریوتکتوئیدی ارائه شد. به منظور مدل¬سازی سینتیک استحاله مارتنزیتی در فولاد کربنی aisi 1045 از مدل کوینستینن و ماربرگر و برای فولاد کم آلیاژ aisi 4140 از یک مدل جدید که برای فولادهای کم آلیاژ توسعه پیدا کرده، استفاده شد. همچنین جهت پیش¬بینی سختی در نقاط مختلف نمونه¬ها از مدل تجربی مینیر استفاده شد. اعتبارسنجی و بررسی کارایی مدل با انجام آزمایش¬های تجربی بر روی نمونه¬های ذکر شده اجرا گردید. تاریخچه دمایی نمونه¬ها حین کوئنچ ثبت شد و آزمونهای متالوگرافی و سختی¬سنجی بر روی مقاطع برش¬خورده نمونه¬ها انجام شد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه¬سازی با نتایج آزمایش¬های تجربی، کارایی و دقت مدل را تأیید کرد. با استفاده از مدل حرارتی- ساختاری توسعه یافته می¬توان ریزساختار و خواص مکانیکی قطعات فولادی را پس از سیکل¬های مختلف سرد کردن پیوسته پیش¬بینی نمود و با تغییر متغیرهای فرایند، با صرف کمترین هزینه، خواص بهینه را بدست آورد.

در این تحقیق تاثیر عملیات حرارتی 6 t و عملیات برگشت و پیر سازی مجدد(rra) بر ساختار میکروسکوپی، خواص مکانیکی و خواص خستگی آلیاژ 7075 فورج شده در شرایط 6t مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا نمونه های فورج شده را تحت عملیات همگن سازی در دمای c° 460 به مدت نیم ساعت قرار داده و سپس نمونه ها تحت عملیات پیر سازی مصنوعی در دمای °c 120 به مدت 24 ساعت داده شدند. عملیات برگشت و پیر سازی مجدد در دماهای 180 ، 200 ، 220 و °c 240 به مدت زمان های 5 ،10و20 دقیقه انجام شده و بعد از کوئنچ دوباره تحت عملیات پیر سازی مصنوعی در دمای c° 120 به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. با اندازه گیری سختی و استحکام کششی رفتار مکانیکی آنها بررسی شد. ساختار متالوگرافی در شرایط عملیات حرارتی 6t و rra توسط میکروسکوپ نوری بررسی شد و ترکیب شیمیایی رسوبات توسط آنالیز کمی (edax ) مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی سختی و استحکام تسلیم بعد از برگشت و پیر سازی مجدد مشخص شد که بعد از برگشت و پیر سازی مجدد در دمای °c 200 و به مدت 5 دقیقه، سختی و استحکام تسلیم به مقدار 13% نسبت به عملیات 6 t افزایش یافت. برای تاثیر عملیات rra بر خواص خستگی و مقایسه آن با عملیات 6 t ، آزمایش خستگی روی نمونه ها 7075 تحت دو عملیات حرارتی rra و6t در سه سطح تنش توسط دستگاه خستگی گردشی - خمشی با نسبت بار 1- انجام شد. نتایج آزمایش خستگی نشان داد که عملیات حرارتی rra باعث بهبود خواص خستگی شده است. برای بررسی سطوح شکست از میکروسکوپ الکترونی استفاده شد. بررسی ها نشان داد که فاصله خطوط مواج در عملیات rra نسبت به 6t کمتر است که این امر نشان دهنده بهبود مقاومت به خستگی تحت عملیات rra می باشد.

چکیده : در این تحقیق خط نورد میلگرد فولادهای ساختمانی کارخانه کوثر گروه ملی صنعتی فولاد ایران از جنبه¬های مکانیکی و حرارتی شبیه¬سازی و تحلیل شد. بدین منظور از نرم¬افزار المان محدود abaqus 6.5 استفاده شده و نتایج بدست آمده با اطلاعات دمایی اندازه گیری شده و توان موتورهای خط و نیز نتایج تجربی دیگر محققان مقایسه گردید. این مقایسه توافق خوبی بین نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی نشان داده است. توزیع تنش، تنش¬های اصلی، تنش هیدرواستاتیک و کرنش در منطقه تغییر شکل، توزیع درجه حرارت در منطقه تغییر شکل و بین قفسه¬ها، توان و نیروی موتورها و اثر اصطکاک بر متغیرهای حرارتی و مکانیکی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می¬دهد که در مرکز شمش به دلیل ضخامت زیاد و تغییر شکل شدید، خصوصا در قفسه¬های مرحله خشن¬کاری، درجه حرارت شمش ممکن است حتی افزایش پیدا کند. همچنین بررسی کانتورهای توزیع دما نشان می¬دهند که توزیع درجه حرارت در کالیبرهای دایره¬ای بسیار یکنواخت¬تر از کالیبرهای بیضوی است. مدل حاضر نشان¬دهنده اثرات نامطلوب ضریب اصطکاک بر پارامترهای مکانیکی و حرارتی می¬باشد. با استفاده از این مدل توان و نیروی لازم برای نورد را در کالیبرهای مختلف محاسبه گردید. مقایسه نتایج حاصل با روشهای تحلیلی صحت بیشتر نتایج مدل حاضر را نشان می¬دهد.