مقدمه:

در سالهای اخیر، با توجه به ضرورت کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی هوا رویکرد جهانی بـه سـمتمسئله سبکسازی در صنایع ماشینی گـرایش پیـدا کـرده اسـت. اصـولاً مـسئله سـبک سـازی در صـنایعالکترونیک، ارتباطات و هوافضا، مهندسان را وادار نمود تا به انتخاب خلاقانه مواد دست بزنند. از این حیثفلز منیزیم، به عنوان سبک ترین فلز ساختمانی که دانـسیتۀ آلومینیـوم و دانـسیتۀ آهـن را دارد درکانون توجهات قرار گرفته است. آلیاژهای منیزیم با ترکیبـی خـوبی از خـواص نظیـر: 1- دانـسیته پـایین   2- استحکام ویژه بالا 3- قابلیت ریختهگری خوب 4- مقاومـت خـوردگی مناسـب و قابلیـت بازیافـتکاندیدای مناسبی برای استفاده در صنایع میباشند، رشد و افزایش در مصرف آلیاژهای منیزیم، با افزایش کاربرد در صنایع اتومبیل همراه بوده است. آلیاژهای متداولی که در صـنایع اتومبیـل اسـتفاده مـی شـوند،آلیاژهایی هستند که استحکام و داکتیلیتی بالایی در دمای اتاق دارند. و کاربردهایی نظیـر پوسـتۀ جعبـهدنده، پدال ترمز، پوسته کلاج          دارنـد. علیـرغم داشـتن خـواص مطلـوب آلیاژهـایی نظیـر91AM60 , AZ چالشی که فراروی این آلیاژهاست، کاربرد در قطعاتی است که در دمای بالا کار می      کننـد. ایـن آلیاژهـا بـاوجود اینکه بهترین ترکیب از خواص مکانیکی، مقاومت خوردگی و قابلیت ریخته گـری را دارنـد، ولـی دردماهای بالایC °120 مقاومت خزشی پایینی از خود نشان می دهند. این ضعف بـزرگ اسـتفاده از آنهـا رادر سیستم انتقال قدرت با مشکل مواجه کرده است.استحکام ضعیف خزشی آلیاژهای منیزیم در این اجزاء باعث سست شدن اتصالات پیچی گشته و منجر بـهنشت روغن و یا افزایش صدا و ارتعاش در سیستم انتقـال قـدرت مـی         گـردد. بنـابراین مقاومـت خزشـی و خواص مکانیکی خوب یک الزام برای استفاده از آلیاژهای منیزیم در اجزاء سیستم انتقال نیـرو مـی باشـد،که در حال حاضر این قطعات از آلومینیوم و چدن ساخته می شوند.

از سال 1930 مشخص شد که عناصر کمیاب خاکی (RE) مقاومـت خزشـی آلیاژهـای منیـزیم را توسـعهمیدهند. استفاده از عناصر کمیاب خـاکی (RE) بخـاطر پایـداری ضـعیف حرارتـی آلیاژهـای منیـزیم دردماهای بالا میباشد. عناصر کمیاب خاکی هم به طریق استحکام دهی محلول جامد و هم رسـوب سـختیبه افزایش استحکام آلیاژهای منیزیم کمک میکنند. با وجود این به علت گران بودن قیمت عناصر کمیاب خاکی (RE) استفاده گسترده از آلیاژهای منیزیم حاوی این عناصر مقرون به صرفه نمیباشد. در ایـن اثـربه بررسی خواص مکانیکی، مقاومت خزشی، قابلیت ریختهگری و مقاومت خـوردگی تعـدادی از آلیاژهـایمنیزیم حاوی عناصر کمیاب خاکی (RE) می پردازیم و نقش این عناصر را در بهود این خواص مورد توجـهقرار می دهیم.

فهرست مطالب

فصل اول: کلیات هدف و پیشینه تحقیق …………………………….  5

فصل دوم: بررسی خواص مکانیکی آلیازها ی منیزیم حاوی REا ………….6

 1 -2– بررسی خواص استحکامی آلیازهای منیزیم حاویREا………………………………………………………… 6

 1-2بررسی خواص استحکامی آلیازهای پایه Mg-Alا …………………………………………………………………. 7

1 – 2بررسی خواص استحکامی آلیازهای AZ91-xREا…………………………………………………………..8

3-1-2- بررسی خواص استحکامی آلیازهای   AZCRا…………………………………………………………………..9

4-1-2- بررسی خواص استحکامی آلیاز84ZA حاوی REا……………………………………………………………….10

5 -1-2- بررسی اثر RE بر روی خواص استحکامی آلیازهایMg-Alا……………………………………………………12

6-1-2-بررسی خواص استحکامی آلیازهای   Mg-Ce-Zn-Zr و Mg-Nd-Zn-ZrMg-Y-Nd-Zn-Zr .ا………….…….  13

7-1-2- بررسی خواص کششی آلیاژ84AZ حاوی عناصر کمیاب خاکی(RE) در دمایمحیط ……………………….. 13

8-1-2- بررسی خواص کششی آلیاژهای ZA84 – XRE در دمای بالا ………………………………………………. 16

   9-1-2- بررسی اثر عناصر کمیاب خاکی (RE) بر روی خواص مکانیکی آلیاژهای Mg – Li ا ……………………. 17

2- 2بررسی اثر عناصر کمیاب خاکی بر روی سختی آلیازهای منیزیم  ……………………………………………    23

2-1-2 بررسی سختی آلیازهای پایه   Mg-Al حاوی عناصر کمیاب خاکی   ………………………………………    23

2-2-2   بررسی سختی آلیاز 84ZA حاوی عناصر کمیاب خاکی ………………………………………………………. 24

3-2 شکست نگاری آلیازهای منیزیم حاوی REا……………………………………………………………………………27

1-3-2 شکست نگاری آلیازهای AZ91-xRE و Mg-6Al-xREا……………………………………………………………… 29

2-3-2 شکست نگاری آلیاز 84ZA حاوی عناصر کمیاب خاکی…………………………………………………………… 32

4-3-2 شکست نگاری آلیازهای   Mg-Ce-Zn-Zr و Mg-Nd-Zn-Zrو Mg-Y-Nd-Zn-Zrا ………………………………..33

فصل سوم: قابلیت ریخته گری آلیازهای منیزم حاوی عناصر کمیاب خاکی. 35

1-3- تاثیر عناصر کمیاب خاکی بر روی انجاد آلیازهای منیزیم…………………………………………………………….36

2-3- سیالیت آلیازهای منیزیم حاوی REا……………………………………………………………………………..   38

1-2-3تاثیر ضخامت سطح مقطع بر روی سیالیت آلیازهای منیزیم حاوی REا  ………………………………………..39

2-2-3- تاثیردمای ریختن مذاب بر روی سیالیت آلیازهای منیزیم حاوی REا…………………………………………..   41

3-2-3-تاثیردمای قالب بر روی سیالیت آلیازهای منیزیم حاوی REا…………………………………………………….. 43

4-2-3-تاثیر مقادیر عناصر کمیاب خاکی بر روی سیالیت آلیازهای منیزیم حاوی REا  …………………………………  44

3-3-   تاثیر عناصر کمیاب خاکی بر مقاومت ترک گرم آلیازهای منیزیم ………………………………………………….  46

1-3-3- تاثیر عناصر کمیاب خاکی بر مقاومت ترک گرم آلیازهای Mg-Alا  …………………………………………………47

2-3-3-تاثیر عناصر کمیاب خاکی برشکست نگاری ترک گرم آلیازهای Mg-Alا  …………………………………………. 47

3-3-3- مکانیزم تاثیر RE   برروی مقاومت ترک گرم   آلیازهای Mg-Alا   …………………………………………………  48

فصل چهارم: مقاومت خورد گی آلیازهای منیزیم حاوی عناصر کمیاب خاکی               53

  • 4-خوردگی عمومی منیزیم    ………………………………………………………………………..54
  • 4-مقاومت خوردگی آلیازهای منیزیم حاوی عناصر کمیاب خاکی………………………………… 55
  • 4-بررسی اثر عناصر کمیاب خاکی برروی مقاومت خوردگی آلیاز 91AZا  ……………………… 60

1-3-4-مورفولوزی خوردگیآلیاژ91AZا …………………………………………………………………………60

2-3-4-پلاریزاسیون الکتروشیمیایی آلیازهای AZRا ………………………………………………………. 62

4-4- بررسی رفتار خوردگی آلیازهای 43WE و Mg-Tb-Ndا…………………………………………….. 63

5-4- خوردگی تنشی آلیازهای منیزیم حاوی عنا صر کمیاب خاکی …………………………………….64

1-5-4-مورفولوزی خوردگی ………………………………………………………………………………..   66

2-5-4-اندیس تمایل به خوردگی تنشی (Iscc)ا………………………………………………………….. 67

فصل پنجم- نتیجه گیری و پیشنهادات …………………………………………………………………….. 71

نتیجه گیری     ……………………………………………………………………………………………….. 72

پیشنهادات   …………………………………………………………………………………………………….73

مراجع   ………………………………………………………………………………………… …………     74

چکیده انگلیسی   …………………………………………………………………………………………..   77

فهرست جدول ها

جدول1-2- ترکیب شمیایی آلیاژها…………………………………………………………………………………….. 19

جدول1-4- داده های الکتروشیمیایی آلیاژهایAZC ا………………………………………………………………62

جدول2- 4- نتایج آزمایش SSRT برای آلیازهای 80AZو 41ZE و22qe و   ev31aا ……………………………66

جدول3- 4- اندیس های Iscc برای آلیازهای 80QE 22 ZE41 AZ ا……………………………………………… 68

جدول 4- 4- : اندیس های ISCC برای آلیاژهای 80QEZZ،ZE41،AZ و EV31A آزمایش شده در نرخ کرنش ….  68

فهرست شکل ها

شکل1- 2 – خـواص کشـشی آلیاژهـا در دمـای محـیطالـف ) AZ91-XRE ب) Mg-6A    ….ا …………………7

شکل 2- 2- خواص کششی آلیاژها در دمای C150 الف AZX – XRE   ا ……………………………………….9

شکل 3- 2- تغییرات استحکام تـسلیم بـه ازای مقـادیر مختلـفRE در دمـای اتـاق و دمـای˚C140ا…………..10

شکل4- 2- تغییرات استحکام کششی بـه ازای مقـادیر مختلـفRE در دمـای اتـاق و دمـای190°C ا…………..11

شکل5- 2- تغییرات درصد ازدیاد طول نـسبی بـه ازای مقـادیر مختلـفRE در دمـای اتـاق ودمای C°190 ا………12

شکل 6- 2- خواص استحکامی آلیاژهای AZCR در دمای محیط شکل………………………………………………13

7- 2- خواص کششی آلیاژ ریختگی 84ZA و آلیاژهای 84ZA حاوی RE در دمای اتاق   ……………………………13

شکل 8- 2- خواص کششی ریختگی پیر شده84ZA و آلیاژهای84ZA حاوی RE در دمـای اتاق…………………..14

شکل9- 2- خواص کششی ریختگی 84ZA و آلیاژهای 84ZA حاوی RE در دمای C°150ا……………………………15

شکل 10- 2- خـواص کشـشی پیـر شـده84ZA و آلیاژهـای84ZA حـاویRE در دمـایC°150 ا………………………16

شکل11- 2- تصویر SEM و نتایج EDX آلیاژ ZA84 – 1.5RE برای فاز Cا………………………………………………….17

شـکل 12- 2- خـواص مکـانیکی آلیـاژ MY – 4Li – 6Zn – 1.0RE   الـف )اسـتحکام  ب)ازدیاد طول ……………..   18

شکل 13-2- ری ز س اختارآلیازهای ریختگ ی   الف)ری ز س اختار آلی ازMg-ce-Zn-Zr    ب)ریزساختار آلیازMg-Nd-Zn-Zr   ج) ریز ساختار آلیازMg-y-Nd-Zn-Zا …………………………………………19

شکل 14- 2- استحکام کششی در دمای اتاق………………………………………………………………………………….20

شکل 15- 2- الف) زیرساختار آلیاژ MY – CE – ZN – ZR اکسترود شده ب) اکـسترود وعملیات2T شده (OM) ج) اکسترود و عملیات2T شدهSEM ) د ) پراکنـدگی عنـصر سـریم……………………………………………………………………………………………………………………………………….21

شکل 16- 2- استحکام کششی در دمای بالا…………………………………………………………………………………….22

شکل 17- 2- سختی آلیاژهای Mg – 6Al – xRE ا ……………………………………………………………………………….23

شکل (18- 2): میکرو سختی آلیاژهای پایه Mg – Alا …………………………………………………………………………..24

شکل19- 2- سختی (HB) نمونه ها به ازای درصد وزنی عناصر کمیاب خاکی (RE) ا………………………………..25

شکل 20- 2- میکرو سختی (HV250gf) فازیوتکتیک به ازای درصـد وزنـی عناصـر کمیـاب  خاکی (RE)ا…………….25

شکل 21- 2- تصویر میکروسکوپ نوری آلیاژ AZ91 + ZRGا…………………………………………………………………….26

شکل 22- 2- میکروسختی آلیاژ پایه 84ZA و آلیاژهای 84ZA حاوی REا………………………………………………..26

شکل 23- 2- میکروسـختی آلیـاژ پایـه84ZA و آلیاژهـایZA42 – XRE بـه ازای زمـن پیرسختی………………………..27

شکل 24- 2- تشکیل پله در خلال (a) تورقی شدن ثانویه (b) پاره شدن   ………………………………………………….28

شکل 25- 2- طرحواره شکست شبه تورقی………………………………………………………………………………………. 28

شکل 26- 2 تصاویر SEM الف) آلیـاژ91AZ تـست شـده در دمـای محـیط ب) 91AZRE1 تست شده در دمای محیط ج) AZ91 – ZRE تست شده در دمـای C°150 د) Mg AL6 تست شده در دمای محیطر)Mg – 6AL – 1RE تست شده در دمـا محـیط ز) MG AL – 2RE4 تست شده در دمای C°150ا………29

شکل28- 2- مورفولوژی شکست مقطع طولی سطح شکت Mg   6A ا……………………………………………………….32

شکل29-2- سطح شکست الف)84ZA در دمای اتـاق ب )ZA84-1.5RE ج) دردمای˚C150 ا…………………………….30

  • شکل30-2- تصاویر SEM سطوح شکست الف)آلیازMg-Ce-Zn-Zr ب )آلیـازMg-Nd-ZnZr ج) آلیازMg-Y-Nd-Zn-Zr د)ریز ساختار سطح شکست Mg-Ce-Zn-Zr ر)ریز سـاختارMg-Nd-Y-Zn-Zrز)ریز ساختارMg-Nd-Zn-Zrسطح شکست…………………………………………………………………………….34

شکل 1- 3- نمودارهای سرد شدن آلیاژهای Mg –9AL – Zn – RE  ا…………………………………………………………..36

شکل 2- 3- تأثیر مقادیر RE بر روی دمای اتمام انجماد آلیاژ Mg – 9AL ا……………………………………………………….37

شکل3- 3- تأثیر مقادیر RE , ZN بر روی دمای اتمام انجماد آلیاژ M  9AL………ا……………………………………………….38

شکل4- 3- سیالیت آلیاژ AZ91 + 1RE ..ا …………………………………………………………………………………………….39

شکل 5- 3- سیالیت آلیاژ AZ91 + 2RE..ا  ……………………………………………………………………………………….   39

شکل 6- 3- سیالیت آلیاژ AZ91 + 3RE ا………………………………………………………………………………………….   40

شکل 7- 3- تأثیر دمای ریختن بر روی سیالیت آلیاژ AZ91 + 3RE منیزیم ……………………………………………………….42

شکل8- 3- تأثیر دمای قالب بر روی سیالیت آلیاژ AZ91 +1RE ا…………………………………………………………………..43

شکل 9- 3- تأثیر مقادیر RE بر روی سیالیت آلیاژ 91AZ..ا…………………………………………………………………………..44

شکل 10- 3- تأثیر مقادیر RE بر روی سیالیت آلیاژ 91AZ .ا……………………………………………………………………….. 44

شــکل 11- 3- تــأثیر RE بــر روی ریزســاختار آلیــاژ91AZ از نمونــه هــای ســیالیت بــا  ضخامتmm4 الف)91AZ…ا….45

شکل 12- 3- تغییرات درجۀ ترک گرم به ازای افزودن RE در آلیاژهای Mg – Al …ا…………………………………………..47

شکل 13- 3- شکست نگاری ترک گرم آلیاژهای الف) AZ91 + AZ91(ر AM31 + 1.2% RE(دAM60 (جAZ31 + 1.2%RE1.2%RE……ا…………………………………………………………………………………………………………………….. 48

شکل14- 3- اندازه دانه به ازای مقادیر RE در آلیاژهای Mg – Al  ا………………………………………………………………….  49

  شکل 15- 3- ساختار دانه آلیاژهای ب) AZ91 + 1.2%RE AZ91  AM31 + 1.2% RE  ………..ا……………………….49

شکل16-3- دمای واکنش یوتکتیک بـه ازای مقـادیر مختلـفRE بـرای آلیازهـای60AM و AZ91……….ا……………………..51

شکل 17- 3- الف) تـصویرSEM و ب)   طیـف، شکـست تـرک گـرم آلیاژهـایMg-Al بـاRE%1.2 ……ا………………………51

شکل1- 4- الف) Mg     ب) 31AZ ج (Mg یـا %0.3La    د) Mg  بـا %0.6La بعـد ازh.5 غوطه وری در آب نمک …………55

شکل 2- 4- تغییر وزن منیزیم حاوی لانتانیم در آب نمک  ……………………………………………………………………………….56

شکل3- 4- تغییر وزن منیزیم حاوی ND در آب نمک  ……………………………………………………………………………………..57

شکل 4- 4- تغییر وزن منیزیم حاوی CE در آب نمک …………………………………………………………………………………….. 57

شکل 5- 4- تغییر در نمودار پلارییزاسیون با افزودن La به منیزیم  ………………………………………………………………………58

شکل 6- 4- نرخ کاهش وزن خوردگی آلیاژهای AZR ا…………………………………………………………………………………….60

شکل 7- 4- تصاویر SEM مورفولـوژی سـطح خـوردگی الـف(   91AZ   ب (AZ91D د) 1AZR   ر )1.5AZR   د)11AZCR ا……61

شکل 8- 4- نمودارهای پلاریزاسیون آلیاژهای AZR ا………………………………………………………………………………………..62

شکل 9- 4- دیاگرام های پلاریزاسیون دو تا از آلیاژهای Mg – RE در محلول NACLا………………………………………………..63

شکل 10- 4- مقایسه تغییر مقادیر هیـدروژن بعـد ازh 100 غوطـه وری در محلـولNAC       %3 برای بعضی از آلیاژهای Mg – RE ا…….64

فصل اول:

هدف و پیشینه تحقیق :

فلز منیزیم، به عنوان سبک ترین فلز ساختمانی که   دانـسیتۀ آلومینیـوم و دانـسیتۀ آهـن را دارد درکانون توجهات قرار گرفته است . آلیاژهای منیزیم با ترکیبـی خـوبی از خـواص نظیـر: 1- دانـسیته پـایین   2- استحکام ویژه بالا 3- قابلیت ریختهگری خوب 4- مقاومـت خـوردگی مناسـب و قابلیـت بازیافـتکاندیدای مناسبی برای استفاده در صنایع میباشند، رشد و افزایش در مصرف آلیاژهای منیزیم، با افزایش کاربرد در صنایع اتومبیل همراه بوده است. آلیاژهای متداولی که در صـنایع اتومبیـل اسـتفاده مـی شـوند،آلیاژهایی هستند که استحکام و داکتیلیتی بالایی در دمای اتاق دارند. و کاربردهایی نظیـر پوسـتۀ جعبـهدنده، پدال ترمز، پوسته کلاج دارند. این آلیاژها با وجود اینکه بهترین ترکیب از خواص مکانیکی، مقاومت خوردگی و قابلیت ریختهگری را دارند، ولی در دماهای بالایC °120 مقاومت خزشی پایینی از خود نشان میدهند. این ضعف بزرگ استفاده از آنها را در سیستم انتقال قدرت با مشکل مواجه کرده است. اسـتحکامضعیف خزشی آلیاژهای منیزیم در این اجزاء باعث سست شدن اتصالات پیچی گـشته و منجـر بـه نـشتروغن و یا افزایش صدا و ارتعاش در سیستم انتقال قدرت میگـردد . بنـابراین مقاومـت خزشـی و خـواصمکانیکی خوب یک الزام برای استفاده از آلیاژهای منیزیم در اجزاء سیستم انتقال نیـرو مـی باشـد، کـه درحال حاضر این قطعات از آلومینیوم و چدن ساخته مـیشـوند . از سـال 1930 مـشخص شـد کـه عناصـرکمیاب خاکی (RE) مقاومت خزشی آلیاژهای منیزیم را توسعه میدهند. استفاده از عناصر کمیاب خـاکی(RE) بخاطر پایداری ضعیف حرارتی آلیاژهای منیزیم در دماهای بالا می باشد. عناصر کمیـاب خـاکی هـمبه طریق استحکام دهی محلول جامد و هم رسوب سختی به افزایش اسـتحکام آلیاژهـای منیـزیم کمـکمیکنند. با وجود این به علت گران بودن قیمت عناصر کمیاب خاکی (RE) استفاده گـسترده از آلیاژهـایمنیزیم حاوی این عناصر مقرون به صرفه نمی باشـد . در ایـن اثـر بـه بررسـی خـواص مکـانیکی، مقاومـتخزشی، قابلیت ریختهگری و مقاومت خوردگی تعدادی از آلیاژهای منیزیم حاوی عناصـر کمیـاب خـاکی(RE) می پردازیم و نقش این عناصر را در بهود این خواص مورد توجه قرار می دهیم.


مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید