نانو کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم، موادی مناسب در صنایع هوافضا و اتومبیل سازی محسوب می شوند، چرا که این کامپوزیت-ها دارای خواص مکانیکی خوبی بوده و از سوی دیگر هزینه ی تولید قطعات از این جنس نسبت به سایر آلیاژها و کامپوزیت های ساخته شده از آنها پایین تر است. به علاوه کامپوزیت های زمینه فلزی پایه آلومینیوم سبک وزن بوده، استحکام و ضریب الاستیک قابل توجهی دارند. در پژوهش حاضر، قطعات نانوکامپوزیت al6061-al2o3 وal2024-mwcnt که با استفاده از روش آسیاب کاری مکانیکی و پرس داغ تولید شده اند، مورد بررسی و مشخصه یابی قرار می گیرند. در این راستا، آزمون های فشار، نانوفروبرش و سایش بر روی قطعات مذکور صورت می گیرد. با استفاده از نتایج آزمون ها می توان به منحنی مشخصه ماده، میزان سختی، ضریب الاستیک، عمق سایش و ضریب اصطکاک ماده دست پیداکرد. گر چه روش های آزمایشی به نحو مطلوبی می توانند برای محاسبه خواص ساختاری و تأثیر آن ها بر نانوکامپوزیت حاصله به کار روند اما اغلب در این روش ها نیاز به مراحل و ابزارهای پیچیده و گران قیمتی می باشد. به همین منظور، استفاده از روش های محاسباتی و مدل سازی برای محاسبه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها می تواند بسیار موثر باشد. این روش ها می توانند کمک زیادی به طراحی و توسعه ساختار این مواد برای کاربردهای مهندسی بنماید. برای دستیابی به ابزار مدل سازی در کنار روش های آزمایشگاهی در این پژوهش به شبیه سازی آزمون کشش، نانوفروبرش و سایش در این دو نوع کامپوزیت پرداخته شده است. در شبیه سازی ها از نرم-افزارansys استفاده شده است. شبیه سازی آزمون کشش روی ماده نانوساختار آلومینیوم به روش مدل سازی سلول واحد صورت گرفته است. علاوه بر آن دو نوع نانوکامپوزیت موجود نیز با در نظرگرفتن حجم محدود فرضی به روش دوبعدی و سه بعدی شبیه-سازی شده اند. شبیه سازی آزمون نانو فروبرش نیز بر روی دو نوع کامپوزیت صورت گرفته است و نتایج با نتایج به دست آمده از آزمایش تطابق خوبی دارد. در زمینه شبیه سازی سایش از دو روش مدل سازی عمومی سایش و روش اجزای محدود به همراه پردازش گر سایش استفاده شده است. در روش مدل سازی عمومی سایش از فشار میانگین در هر مرحله استفاده شده است، بنابراین روشی تقریبی است. اما این روش در مورد ماده نانو کامپوزیت با ضریب سایش اندک اعتبار مناسبی دارد. شبیه سازی به همراه پردازش گر سایش بر روی دو هندسه متفاوت پین سرگرد و پین سر صاف صورت گرفته است. این روش دقت مناسبی در شبیه-سازی از خود نشان می دهد. شبیه سازی ها ابزاری مناسب برای بررسی میزان عمق سایش هر نوع ماده در هر هندسه خاص در اختیار ما قرار می دهد.

در این تحقیق، پوشش کامپوزیتی زمینه سرامیکی nbsi2-36wt%al2o3 به منظور بهبود رفتار تریبولوژیکی بر روی زیرلایه ti6al4v پاشش داده شد. بدین منظور ابتدا ترکیب بین فلزی نانوساختار nbsi2 و نانوکامپوزیت nbsi2/al2o3 با استفاده از آلیاژسازی مکانیکی تولید شدند. پودرهای حاصله با استفاده از آنالیز پراش پرتو ایکس ((xrd، میکروسکوپ الکترونی روبشی sem))، میکروسختی سنجی و همچنین عملیات حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفتند. با استفاده از مدل نیمه تجربی مدیما نیز آنالیز ترمودینامیکی بر روی این ترکیبات انجام شد. نتایج نشان داد که ترکیب بین فلزی nbsi2 پس از 60 ساعت آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری نیوبیوم و سیلیسیم با واکنش تدریجی ایجاد می گردد. پس از تشکیل این ترکیب در ساعات اولیه آسیاب کاری، ترکیب بین فلزی nb5si3 نیز تشکیل می گردد و در نهایت واکنش بین nb5si3 و سیلیسیم باقیمانده منجر به تبدیل کامل پودر به ترکیب nbsi2 گردید. نانوکامپوزیت nbsi2-al2o3 با آلیاژسازی مخلوط پودری اکسید نیوبیوم، آلومینیوم و سیلیسیم به صورت درجا بدست آمد. این واکنش در زمان 40 ساعت آسیاب کاری تکمیل گردید. نتایج عملیات حرارتی ذرات پودر در دمای 700 درجه سانتی گراد نشان دهنده پایداری حرارتی خوب این ترکیبات بود. پودرهای حاصل از آلیاژسازی مکانیکی به منظور رسیدن به شرایط مناسب پاشش حرارتی، تحت فرایند آگلومراسیون قرار گرفتند. در نهایت پودرهای آگلومره شده، به روش پاشش پلاسمایی اتمسفری بر روی زیرلایه آلیاژ تیتانیوم پاشش داده شدند. پوشش های بدست آمده با استفاده از روش های پراش پرتو ایکس ((xrd، میکروسکوپ الکترونی روبشی sem))، طیف نگار تفکیک انرژی (eds) و میکروسختی سنجی مشخصه یابی شدند. تخلخل پوشش ها نیز با استفاده از آنالیز تصویری بدست آمد. نتایج نشان داد که با وجود رشد اندازه دانه و کاهش کرنش شبکه ترکیبات نانوساختار، هنوز اندازه دانه بعد از پاشش در محدوده نانومتر قرار دارد. پوشش بدست آمده دارای یکنواختی و چسبندگی مناسب به زیرلایه می باشد و سختی بدست آمده برای پوشش نانوکامپوزیت در بار اعمالی 300 گرم برابر با 1100 ویکرز می باشد. ارزیابی رفتار تریبولوژیکی زیرلایه و پوشش ها توسط روش پین روی دیسک در دمای محیط انجام گردید. نتایج نشان داد که مکانیزم غالب سایش برای پوشش ها، سایش خراشان می باشد. رفتار اکسیداسیون دما بالا نیز با استفاده از آنالیز حرارتی مورد بررسی قرار گرفت و نشان داد که پوشش نانوکامپوزیت به خوبی زیرلایه ti6al4v را در دمای 700 درجه سانتی گراد حفاظت می کند.

با توجه به اهمیت بازیافت مواد زاید و ضرورت به کارگیری فناوری های نوین در علم کشاورزی، در این پژوهش امکان تولید نانو ذرات و بازیافت عناصر غذایی روی و آهن، از ضایعات صنعتی پلیمری به عنوان منبع تامین کننده این عناصر در کشت هیدروپونیک خیار بررسی گردید. بدین منظور ابتدا با کمک آسیاب گلوله ای سیاره ای و نیز استفاده از ضایعات سیلیسی و فولاد، ضایعات صنعتی پودر شده اند. سپس ذرات تولیدی با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و دستگاه xrd وxrf مشخصه یابی شده و بهترین راه کار جهت خردایش این ضایعات و تولید نانو ذرات آنها ارائه شد. در مرحله بعد، تاثیر سه عصاره گیر اسید نیتریک 4 نرمال، اسید سولفوریک 1 مولار و dtpa بر غلظت قابل عصاره گیری روی، آهن، سرب و کادمیم تیمار های تهیه شده، بررسی گردید و نهایتا امکان استفاده از نانو ذرات تولیدی به عنوان منبع تامین کننده روی با به کار گیری در کشت هیدروپونیک خیار بررسی گردید. نتایج پژوهش نشان داد ضایعات صنعتی پلیمری مورد نظر دارای غلظت بالای عناصر روی و آهن و غلظت بسیار کم سرب و کادمیم می باشد که این موضوع استفاده از این ضایعات را به عنوان کود آهن و روی امکان پذیر می کند. از طرف دیگر استفاده از نانو ذرات این ضایعات سبب سهولت عصاره گیری و دسترسی به روی و آهن موجود در این ضایعات میگردد. اختلاف معنی داری بین غلظت روی و آهن استخراجی از تیمارهای با اندازه بزرگتر نسبت به نانو ذرات تولیدی مشاهده شده است. بر اساس نتایج بدست آمده بهترین و اقتصادی ترین راه کار برای تهیه نانو ذرات، آسیابکاری ضایعات پلیمری همراه با ضایعات سیلیسی با نسبت 1 به 1 با آسیاب گلوله ای سیاره ای است. از سوی دیگر به کار گیری این نانو ذرات در کشت هیدروپونیک خیار سبب افزایش رشد و عملکرد گیاه گردید. براساس نتایج بدست آمده استفاده از ضایعات پلیمری سبب افزایش رشد و عملکرد گیاه نسبت به سطح شاهد شده و نیز با کاهش اندازه ضایعات تا سطح نانو عملکرد و میزان غلظت عناصر روی و آهن موجود در گیاه افزایش یافته است.

در این پروژه تاثیر فرایند جوشکاری قوسی یا الکترود تنگستن و نیز تاثیر تقدم و تاخر سیکل عملیات حرارتی بر خواص مناطق مختلف جوش آلیاژ مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از جوانه زا حین فرایند جوشکاری، ساختار و خواص مکانیکی منطقه جوش بهبود داده شد. بدین منظور ابتدا پس از تهیه شمش ریختگی آلیاژ a356 فرایند جوشکاری gtaw با حرارت ورودی 608j/mm و با استفاده از سیم جوش er4043 با قطر 4 میلیمتر بر روی نمونه ها اعمال گردید. ساختار و خواص مکانیکی مناطق مختلف جوش توسط پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ نوری، آزمایش کشش و سختی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی مناطق مختلف جوش نشان داد که در اثر گرمای ناشی از فرایند جوشکاری فاصله بین بازوهای دندریتی در ناحیه haz افزایش می یابد. وجود چنین ساختاری موجب کاهش سختی منطقه haz می شود. در اثر عملیات حرارتی t6 ذرات سیلیسم یوتکتیک به ذرات کروی تبدیل میشوند. همچنین در نمونه هایی که ابتدا تحت عملیات حرارتی t6 قرار گرفته اند، افت سختی در ناحیه متاثر از حرارت به دلیل فراپیر شدن رسوبات مشهود است. در نمونه هایی که پس از انجام فرایند جوشکاری gtaw تحت عملیات حرارتی قرار گرفته اند به دلیل تشکیل رسوبات در ناحیه fz خواص مکانیکی بهبود یافته است اما با این وجود شکست در ناحیه ذوب رخ داده است. جهت بهبود ساختار میکروسکوپی و به دنبال آن خواص مکانیکی منطقه جوش، از افزودن جوانه زا در حین فرایند جوشکاری استفاده شد. به منظور بررسی تاثیر افزودن جوانه زا بر ساختار منطقه جوش، از آلیاژ al-5ti-1b جهت تهیه سیم جوش استفاده گردید و در ادامه سیم جوش حاصله در حین فرایند جوشکاری به کار برده شد. نتایج ارزیابی نشان داد پس از افزودن جوانه زا به محل جوش، فاصله بین بازوهای دندریتی و در نتیجه اندازه دانه کاهش یافته است و در نهایت بهبود خواص مکانیکی را به دنبال داشته است. همچنین شکست در ناحیه ذوب رخ نداده است.

فرایند sima یکی از فرایندهای تولید مواد اولیه مورد استفاده در فرایند تیکزوفرمینگ است. در این پژوهش اثر فرایند تیکزوفرینگ بر ساختار میکروسکوپی، خواص مکانیکی، نوع شکست و خواص خوردگی آلیاژ a356 تولید شده توسط فرایند sima بررسی شد. با استفاده از نتایج بدست آمده یک پارامتر ترکیبی به نام شاخص spa معرفی شد. این پارامتر خواص مکانیکی و مکانیزم شکست نمونه های تیکزوفرم شده آلیاژ a356 را به اندازه کشیدگی و فاصله ذرات سیلیکون پخش شده در ساختار میکروسکوپی آلیاژ مرتبط میکند. با توجه به پارمتر مذکور نمونه های تیکزوفرم شده که شاخص spa آنها پایینتر است در مقایسه با نمونه هایی که شاخص بالاتری دارند. از خواص مکانیکی بهتر، به ویژه از انعطاف پذیری بالاتر، برخوردارند. نتایج آزمون های شکست نگاری نشان داد که آسیب در نمونه ریختگی توسط شکستن و جدا شدن ذرات سیلیکون از فصل مشترک ذره-زمینه بوجود می آید. در حالیکه آسیب در نمونه های تیکزوفرم شده فقط توسط جدا شدن ذرات سیلیکون از فصل مشترک ذره - زمینه بوجود می آید. نتایج نشان داد که پارمتر ترکیبی spa به تنهایی قادر به پیش بینی رفتار مکانیکی نمونه های تیکزوفرم که تحت عملیات حرارت t6 قرار گرفته اند نمیباشد. با استفاده از نتایج بدست آمده مشخص شد که فرایند تیکزوفرمینگ باعث افزایش فشردگی ذرات سیلیکون آلیاژ a356 شده است. به منظور ارتباط پارامتر فشردگی به مقاومت به خوردگی حفره ای یک پارامتر ریزساختاری تعریف شد. مطابق این پارامتر نمونه هایی که دارای ذرات سیلیکون با فشردگی بالا هستند متعاقبا مقاومت به خوردگی حفره ای بالاتری دارند. نتایج آزمون خوردگی گالوانیک نشان داد که با افزایش فشردگی ذرات سیلیکون، دانسیته جریان گالوانیک بین زوج های گالوانیک سیلیکون-زمینه کاهش می یابد. در نتیجه فرایند تیکزوفرمینگ به دیلی تغییر مورفولوژی ذرات سیلیکون یوتکنیک از سوزنی به کروی موجب افزایش مقاومت به خوردگی حفره ای آلیاژ a356 میشود. مطابق نتایج به دست آمده عملیات حرارتی t6 در صورتیکه که منجر به افزایش فشردگی ذرات سیلیکون شود میتواند باعث افزایش مقاومت به خوردگی حفره ای شود.

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند با دو ویژگی منحصربه فرد حافظه داری و شبه الاستیک می باشند که این دو ویژگی ناشی از استحاله ی فازی مارتنزیت تحت بارگذاری های ترمومکانیکی مختلف است. بسته به این دو ویژگی ذکر شده آلیاژهای حافظه دار در فرم های مختلفی به عنوان عملگر مورد استفاده قرار می گیرند که فنرها از پرکاربردترین این عملگرها هستند. برای ساخت نمونه های حافظه دار با شکل مشخص (مانند فنرها، چنگک ها و واشرها) با استفاده از نمونه اولیه (مانند میله ها، سیم ها و ورق ها) نیاز به انجام فرآیندی به نام تثبیت شکل است. فرآیند تثبیت شکل شامل تغییر شکل نمونه ی اولیه به شکل مورد نظر، مقید کردن نمونه و عملیات حرارتی است. در این پژوهش دو نوع سیم از جنس نایتینول استفاده می شود که یکی از آن ها در دمای محیط دارای خاصیت حافظه داری و دیگری دارای خاصیت شبه الاستیک است. عملیات حرارتی با استفاده از کوره لوله ای تحت اتمسفر (گاز آرگون) انجام می شود و فنرهایی با شرایط مختلف ساخته می شود. تأثیر دمای عملیات حرارتی و گام فنر بر روی دماهای استحاله و رفتار مکانیکی فنرهای مارپیچ حافظه دار بررسی می شود. دماهای استحاله با استفاده از آزمون dsc اندازه گیری می شود و رفتار مکانیکی سیم ها و فنرهای ساخته شده با استفاده ازآزمون فشار و کشش در دماهای مختلف به دست می آید. سختی فنرهای ساخته در شرایط مختلف اندازه گیری می شود و تغییرات سختی فنرها در هنگام استحاله بررسی می شود. هم چنین پارامترهای لازم برای مدل سازی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی به دست می آید. در این پژوهش برای بررسی رفتار فنرهای حافظه دار، مدلی ارائه می شود که هر دو ویژگی حافظه داری و شبه الاستیک فنرهای مارپیچ حافظه دار را به خوبی نشان می دهد. از معادلات ساختاری اصلاح شده ی برینسون، معادلات تعادل استاتیکی فنر و سازگاری هندسی در این مدل استفاده شده است و با استفاده از معیار تسلیم فون میزز مدل یک بعدی برینسون به مدل قابل استفاده برای فنرهای حافظه دار تعمیم داده شده است. در این مدل، ضریب پواسون برخلاف کارهای قبلی برابر 5/0 فرض نمی شود و می تواند مقدار دلخواهی داشته باشد؛ علاوه بر این، حداکثر کرنش ماندگار در کشش و برش یکسان فرض نمی شوند. صحت نتایج حاصل از مدل در قیاس با نتایج آزمایشگاهی، مورد ارزیابی قرار می گیرد و نتایج حاصل از مدل با نتایج حاصل از آزمون های انجام شده مقایسه می شود. در پایان، اثر پارامترهای مختلف آلیاژهای حافظه دار مانند مدول الاستیک و شیب نمودار فازی بر رفتار مکانیکی فنرهای مارپیچ حافظه دار با استفاده از نتایج مدل ارائه شده بررسی می شود.

در این پژوهش کامپوزیت های نانوساختار زمینه آلومینیم حاوی تقویت کننده های al3v و al3v-al2o3 با کمک فرایند آلیاژسازی مکانیکی، پرس سرد و اکستروژن گرم با موفقیت ساخته شد و ساختار میکروسکوپی، پایداری حرارتی، خواص سایشی و خواص مکانیکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا ذرات تقویت کننده al3v به دو روش مستقیم از عناصر سازنده و به صورت غیر مستقیم از احیاء مکانوشیمیایی اکسید وانادیم توسط آلومینیم با استفاده از فرایند آلیاژسازی مکانیکی تولید شد. جهت تهیه پودر کامپوزیتی زمینه آلومینیمی مخلوط پودرآلومینوم و پودر ذرات تقویت کننده تحت فرایند آسیاب کاری قرار گرفت. پودر کامپوزیت های حاصل از آلیاژسازی مکانیکی، با استفاده از فرآیند پرس سرد متراکم شده و قطعات حاصل تحت اکستروژن گرم قرار گرفت. به منظور شناسایی فازهای موجود در پودر قطعات تولید شده از پراش پرتوی ایکس(xrd) استفاده شد. مرفولوژی و ریزساختار ذرات پودر و نمونه های اکسترود شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. از میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) جهت مطالعه ریز ساختار نمونه ها استفاده شد. خواص مکانیکی و خواص سایشی قطعات تولید شده در دمای محیط و دمای بالا مطالعه شد. همچنین رفتار خزشی نمونه ها در محدوده دمایی 250 تا 350 درجه سانتی گراد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد انجام آلیاژسازی مکانیکی پودرهای آلومینیم و وانادیم منجر به تولید ساختار آمورف شد. در ادامه با انجام عملیات حرارتی فاز آمورف به فاز کریستالی al3v استحاله یافت. سنتز تقویت کننده تری آلومیناید وانادیم از طریق انجام واکنش مکانوشیمیایی بین آلومینیم و اکسید وانادیم در حین آلیاژسازی مکانیکی صورت پذیرفت. پس از تهیه آلومیناید تک فاز al3v و مجموعه al3v-al2o3 به عنوان محصولات مرحله اول و دوم، ذرات پودری مذکور به پودر آلومینیم خالص افزوده شد و پس از آسیاب کاری به مدت زمان مناسب پودر نانوکامپوزیتی حاوی تک تقویت کننده (al3v) و دو تقویت کننده (al3v-al2o3) سنتز شد. سپس این پودر جهت ساخت قطعات بالک تحت پرس سرد و سپس اکستروژن گرم قرار گرفت. انجام آزمایش کشش نشان داد که قطعات اکسترود شده نانوکامپوزیتal-10wt.%al3v و al-10wt.%(al3v-al2o3) دارای استحکام کششی به ترتیب 209 و 226 مگاپاسکال در دمای محیط می باشند. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدی در دمای بالا تا دمای 300 درجه سانتی گراد کاهش قابل توجهی نداشت. حضور ذرات تقویت کننده با انتقال بار از زمینه به تقویت کننده باعث حفظ استحکام دمای بالای کامپوزیت ها شد. در بررسی رفتار خزشی کامپوزیت های تولید شده مشاهده شد که توان تنش ظاهری که به شدت به دما و تنش وابسته است بزرگتر از 5 بدست آمد. همچنین انرژی فعال سازی ظاهری محاسبه شده بزرگتر از انرژی فعال سازی نفوذ خودی در آلومینیم بود. رفتار خزشی کامپوزیت ها همرا ه با تنش آستانه بود که با افزایش دما کاهش یافت. نتایج آزمون سایش نشان داد که لایه مخلوط شده مکانیکی تشکیل شده بر روی سطوح سایش نمونه های کامپوزیتی به دلیل سختی بالا که ناشی ازحضور اکسیدهای آهن وآلومینیم است باعث بهبود مقاومت سایشی نمونه های کامپوزیتی در مقایسه با نمونه آلومینیم خالص می شود. بررسی سطوح سایش نمونه های کامپوزتی در دمای بالا نیز تشکیل لایه مخلوط شده مکانیکی را تایید کرد. همچنین در مقایسه نرخ سایش نمونه های کامپوزیتی مشاهده شد که در دماهای مختلف و در تمامی بارهای اعمالی نرخ سایش نمونه حاوی ذرات تقویت کننده دوتایی (al3v و al2o3) بیشتر از نمونه حاوی تک تقویت کننده (al3v) است.

در این پژوهش، به منظور اصلاح ساختار جوش حاصل از جوشکاری ترمیمی سطوح آلیاژ ریختگی منیزیم c91 azو بهبود سختی، خواص مکانیکی و خواص سایشی آن، فرآیند اصطکاکی اغتشاشی بر ناحیه جوش ذوبی این آلیاژ اعمال گردید. بدین جهت با ایجاد شیارهایی بر سطح آلیاژ ریختگی و اعمال فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن توسط پرکننده همجنس، شرایط مشابه آلیاژهای ترمیمی توسط این روش جوشکاری پدید آمده و فرآیند اصطکاکی اغتشاشی (fsp) در امتداد خط جوش در راستای طولی اعمال گردید. نتایج بررسی های ریزساختاری نشان داد که اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی موجب خرد شدن ساختار دندریتی خشن آلیاژ ریختگی و انحلال فاز ثانویه سخت و تردmg17al12 -? موجود در مرز دانه های ناحیه جوش شد. کاهش حفرات گازی و اندازه دانه ها تا حدود 11 میکرون نیز از دیگر نتایج اعمال فرآیند fsp بود. بررسی تصاویر متالوگرافی حاکی از افزایش میزان فاز ثانویه ? در ناحیه جوش نسبت به فلز پایه و تأثیر بسزای فرآیند اصطکاکی اغتشاشی در حذف فاز ثانویه ? در ساختار ناحیه جوش بود. بررسی نمودارهای توزیع سختی سنجی افزایش یکنواخت میزان سختی به خصوص در ناحیه اغتشاشی را برای نواحی fsp شده را نشان داد که میانگین این مقدار برای فلز پایه، فلز جوش و منطقه اغتشاشی ناحیه جوش پس از فرآیند fsp به ترتیب 63، 67 و 82 ویکرز بوده است. نتایج آزمون کشش بیانگر افزایش چشمگیر استحکام تسلیم ، استحکام کششی و میزان انعطاف پذیری ناشی از اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی بر ناحیه جوش بوده است. بررسی نتایج حاصله از آزمون سایش، کاهش نرخ سایش و رسیدن آن به حالت پایدار را توسط اعمال فرآیند اصطکاکی اغتشاشی نشان داد.

امروزه آلومینیوم و آلیاژهای آن به عنوان یکی از مهمترین مواد مهندسی مطرح می باشند چرا که خواص مطلوب آنها از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا در آلومینیوم¬های آلیاژی، مقاومت به خوردگی نسبتاً خوب و هدایت الکتریکی و گرمایی زیاد موجب استفاده گسترده از آنها در کاربردهای مختلف و متنوع شده است. علیرغم این خواص مطلوب، چالش هایی نظیر مقاومت سایشی و مقاومت خزشی کم کاربرد این آلیاژها را در برخی موارد محدود نموده است. برای بهبود این مشکلات و ایجاد خواص مکانیکی مطلوب، راهکارهای مختلفی از جمله استفاده از فرایندهای مهندسی سطح، کامپوزیت نمودن آن مد نظر قرار گرفته شده است. در سال های اخیر استفاده از آلومینایدها به عنوان فاز تقویت کننده زمینه آلومینیوم مورد توجه قرار گرفته است که به دلیل خواص منحصر به فرد آلومینایدها نظیر خواص سایشی مطلوب، خواص مکانیکی مناسب و مقاومت در برابر خوردگی می باشد. در این پروژه به منظور رفع خواص ضعیف آلومینیوم و بهره مندی از ویژگی های مناسب آلومینایدها ابتدا کامپوزیت al-ti به کمک فرایند نورد تجمعی تولید و سپس شرایط انجام واکنش درجا میان آلومینیوم و ذرات تیتانیوم با استفاده از عملیات آنیل و فرایند اصطکاکی اغتشاشی جهت ساخت نانوکامپوزیت آلومینیوم با ذرات تقویت کننده ترکیب بین فلزی al3ti مشخص شد. در این روند در بین ورق های آلومینیوم فویل های تیتانیوم (10% وزنی) توزیع شده و سپس فرایند نورد تجمعی تا سه سیکل انجام گرفت. سپس فرایند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت پیشروی 16 میلی متر بر دقیقه و سرعت چرخش 1600 دور بر دقیقه تا سه پاس بر روی کامپوزیت تولیدشده توسط فرایند نورد تجمعی انجام پذیرفت. برای تعیین فازهای تولیدشده در طی فرایند از پراش پرتو ایکس (xrd) و طیف سنج پرتو ایکس (eds) استفاده شده و بررسی ریز ساختارها به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) صورت پذیرفت. در الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های نورد شده هیچ اثری از تولید ترکیبات بین فلزی دیده نشد که می تواند ناشی از عدم تشکیل قابل ملاحظه این ترکیبات باشد ولی با انجام فرایند اصطکاکی اغتشاشی، ذرات تقویت کننده از جنس ترکیبات بین فلزی al3ti در زمینه تشکیل شد. در نهایت کامپوزیتی که سه مرتبه فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر روی آن انجام شده بود، بهترین خواص مکانیکی را دارا بود

آلومینیوم 7075 به دلیل داشتن خواص ویژه¬ایی همچون چگالی کم، استحکام مناسب، مقاومت به خوردگی و شکل پذیری مطلوب و همچنین کاربرد¬های هوایی و خودروسازی، همواره مورد توجه محققین و صنعتگران بوده است. اما با توجه به کاربرد¬های حساس موجود در این صنایع، نیاز به استحکام بالا¬تر ورفتار سایشی مناسب¬تر در کنار انعطاف¬پذیری مطلوب نمایان است. در این پژوهش نورد تبریدی آلیاژ آلومینیوم 7075 ( نورد در دمای نیتروژن مایع) با هدف بهبود ساختار و خواص مکانیکی انجام پذیرفته است. در این راستا پارامتر¬های مدت زمان آنیل انحلالی قبل از نورد، میزان کاهش در سطح مقطع، دما و مدت زمان پیرسازی پس از نورد با استفاده از طراحی آزمایش به روش تاگوچی با آرایه¬های متعامد l16 مورد ارزیابی قرار گرفته است. آزمون¬های کشش و سختی سنجی به منظور بررسی خواص مکانیکی، بررسی¬های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش پرتو ایکس با هدف بررسی رسوبات و تعیین دانسیته نابجایی¬ها، آزمون سایش و بررسی مکانیزم¬های آن و مطالعه سطوح شکست توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام پذیرفته است. مدت زمان 5/5 ساعت برای آنیل انحلالی، کاهش در سطح مقطع 80 درصد و دمای 100 درجه سانتی¬گراد و زمان 30 ساعت برای فرایند پیرسازی به عنوان پارامتر¬های بهینه توسط طراحی آزمایش تعیین شده است. با اعمال پارامتر¬های بهینه استحکام کششی ??? تا ??? مگاپاسکال ( حدود 100 مگاپاسکال افزایش نسبت به آلومینیوم 7075 اولیه) و درصد افزایش طول ?? درصد (کاهش حدود 2 درصد نسبت به آلومینیوم ???? اولیه) حاصل شده است. بررسی¬های ریزساختاری کاهش اندازه دانه در محدوده ??? تا 600 نانومتر را نشان داده است. وجود دانه¬های فوق ریزدانه در کنار دانه¬های درشت¬تر ناشی از مرحله پیرسازی پس از نورد و تشکیل رسوبات نانومتری با متوسط اندازه ? الی ?? نانومتر به دلیل دانسیته بالای نابجایی¬های ناشی از عدم بازیابی دینامیکی منجر به دستیابی به این چنین خواصی شده است. سطوح شکست نمونه نورد شده با پارامتر¬های بهینه وجود دیمپل¬های بسیار ریز با نحوه شکست غالبا نرم را در نمونه¬های آلومینیوم نورد تبریدی – پیرسازی شده نشان داده است. بررسی¬های سطوح سایش وقوع مکانیزم خراشان را تایید کرده¬اند. خواص سایشی نمونه نورد تبریدی- پیرسازی شده نسبت به آلومینیوم 7075 اولیه به دلیل ریز شدن ساختار و تشکیل رسوبات ریز با دانسیته بالا بهبود یافته است.

در این پژوهش به منظور رفع خواص ضعیف مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 304l و بهره مندی از ویژگی های مناسب آن در صنایع، ابتدا فولاد فوق ریزدانه/ نانوساختار به روش ترمومکانیکی مارتنزیت تولید و سپس به روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای جوشکاری شد. نمونه های فولاد در ابعاد mm 10*40*80 آماده سازی شده و به روش نورد سرد شدید تا 90% کاهش در ضخامت نورد انجام گرفت. سپس نمونه ها در دماهای 700 و 900 درجه سانتی گراد به مدت زمان 5 الی 360 دقیقه جهت ایجاد ساختار فوق ریزدانه و ریزدانه آستنیتی آنیل شد. نمونه های تولید شده، با اندازه دانه مختلف به روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای با پارامترهای مختلف، شدت جریان 6 الی 35 کیلو آمپر، نیروی الکترود 4 کیلو نیوتن، و مدت زمان جوشکاری 6 الی 18 سیکل (0/3 – 0/1 ثانیه) جوشکاری شد. جهت تعیین فازهای تولید شده در طی فرایند نورد و آنیل فولاد از آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و فریتوسکوپی استفاده شد. بررسی ریزساختارها به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) صورت پذیرفت. جهت بررسی ریزساختار حاصل از جوش از آنالیز پرتو الکترونی برگشتی (ebsd) استفاده شد. در الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های نورد و آنیل شده به ترتیب استحاله آستنیت به مارتنزیت و برعکس دیده شد. بررسی ریزساختار حاصل ازآنیل نشان داد که آنیل در دمای 700 درجه سانتی گراد و زمان 120 دقیقه منجر به تولید فولاد فوق ریزدانه / نانوساختار با اندازه دانه 400 نانومتر و آنیل در دمای 900 درجه سانتی گراد و زمان های 5 و 180 دقیقه منجر به تولید فولاد با اندازه دانه ی به ترتیب 3 و 12 میکرومتر شد. استحکام کششی نمونه فولاد فوق ریزدانه 1060 مگا پاسکال با ازدیاد طول 48% و سختی 330 ویکرز بدست آمد. بررسی های حاصل از ریزساختار ناحیه جوش توسط ebsd، نشان از وجود ساختار ریختگی دکمه ی جوش همراه با شکل گیری فاز زمینه آستنیت در ساختار و حدود 3% فاز فریت دلتا داد. شکست ناشی از آزمون برش کشش به دو صورت شکست در فصل مشترک و بیرون آمدن دکمه ی جوش اتفاق افتاد. شکست ناشی از بیرون آمدن دکمه ی جوش به عنوان ایده آل ترین نوع شکست در آزمون برش کشش انتخاب شد. بیشترین نیروی برش کشش دکمه ی جوش در فولاد فوق ریزدانه در شرایط جوشکاری با پارامترهای، شدت جریان 30 الی 35 کیلو آمپر، زمان جوشکاری 18 سیکل (0/3 ثانیه) و نیروی الکترود 4 کیلو نیوتن (mpa 80) به میزان 12000 نیوتن و سختی فلز جوش حدود 250 ویکرز بدست آمد. نتایج حاصل از جوشکاری نمونه ها در اندازه دانه های متفاوت نشان از کاهش نیروی شکست با افزایش اندازه دانه داد. سختی دکمه ی جوش در نمونه فوق ریزدانه در مقایسه با نمونه های با اندازه دانه 3 ، 12 میکرومتر و نمونه فولاد اولیه بالاتر بود. سطوح شکست نمونه های جوشکاری شده در هر دو حالت شکست نشان داد که شکست دکمه ی جوش به صورت نرم همراه با تشکیل دیمپل بوده است. جهت کشیده شدن دیمپل ها در راستای اعمال نیرو نشان داد که شکست ناشی از دکمه ی جوش ماهیتی برشی کششی دارد.

در این پژوهش به منظور رفع خواص ضعیف مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 304l و بهره مندی از ویژگی های مناسب آن در صنایع، ابتدا فولاد فوق ریزدانه/ نانوساختار به روش ترمومکانیکی مارتنزیت تولید و سپس به روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای جوشکاری شد. نمونه های فولاد در ابعاد 10*40*80 میلیمتر آماده سازی شده و به روش نورد سرد شدید تا 90% کاهش در ضخامت نورد انجام گرفت. سپس نمونه ها در دماهای 700 و 900 درجه سانتیگراد به مدت زمان 5 الی 360 دقیقه جهت ایجاد ساختار فوق ریزدانه و ریزدانه آستنیتی آنیل شد. نمونه های تولید شده، با اندازه دانه مختلف به روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای با پارامترهای مختلف، شدت جریان 6 الی 35 کیلو آمپر، نیروی الکترود 4 کیلو نیوتن، و مدت زمان جوشکاری 6 الی 18 سیکل (0/3 – 0/1 ثانیه) جوشکاری شد. جهت تعیین فازهای تولید شده در طی فرایند نورد و آنیل فولاد از آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و فریتوسکوپی استفاده شد. بررسی ریزساختارها به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) صورت پذیرفت. جهت بررسی ریزساختار حاصل از جوش از آنالیز پرتو الکترونی برگشتی (ebsd) استفاده شد. در الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های نورد و آنیل شده به ترتیب استحاله آستنیت به مارتنزیت و برعکس دیده شد. بررسی ریزساختار حاصل ازآنیل نشان داد که آنیل در دمای 700 درجه سانتیگراد و زمان 120 دقیقه منجر به تولید فولاد فوق ریزدانه / نانوساختار با اندازه دانه 400 نانومتر و آنیل در دمای 900 درجه سانتیگراد و زمان های 5 و 180 دقیقه منجر به تولید فولاد با اندازه دانه ی به ترتیب 3 و 12 میکرومتر شد. استحکام کششی نمونه فولاد فوق ریزدانه 1060 مگا پاسکال با ازدیاد طول 48% و سختی 330 ویکرز بدست آمد. بررسی های حاصل از ریزساختار ناحیه جوش توسط ebsd، نشان از وجود ساختار ریختگی دکمه ی جوش همراه با شکل گیری فاز زمینه آستنیت در ساختار و حدود 3% فاز فریت دلتا داد. شکست ناشی از آزمون برش کشش به دو صورت شکست در فصل مشترک و بیرون آمدن دکمه ی جوش اتفاق افتاد. شکست ناشی از بیرون آمدن دکمه ی جوش به عنوان ایده آل ترین نوع شکست در آزمون برش کشش انتخاب شد. بیشترین نیروی برش کشش دکمه ی جوش در فولاد فوق ریزدانه در شرایط جوشکاری با پارامترهای، شدت جریان 30 الی 35 کیلو آمپر، زمان جوشکاری 18 سیکل (0/3 ثانیه) و نیروی الکترود 4 کیلو نیوتن (80mpa) به میزان 12000 نیوتن و سختی فلز جوش حدود 250 ویکرز بدست آمد. نتایج حاصل از جوشکاری نمونه ها در اندازه دانه های متفاوت نشان از کاهش نیروی شکست با افزایش اندازه دانه داد. سختی دکمه ی جوش در نمونه فوق ریزدانه در مقایسه با نمونه های با اندازه دانه 3 ، 12 میکرومتر و نمونه فولاد اولیه بالاتر بود. سطوح شکست نمونه های جوشکاری شده در هر دو حالت شکست نشان داد که شکست دکمه ی جوش به صورت نرم همراه با تشکیل دیمپل بوده است. جهت کشیده شدن دیمپل ها در راستای اعمال نیرو نشان داد که شکست ناشی از دکمه ی جوش ماهیتی برشی کششی دارد.