مقدمه:

در سالهاي اخیر، با توجه به ضرورت کاهش مصرف انرژي و کاهش آلودگی هوا رویکرد جهانی بـه سـمتمسئله سبکسازي در صنایع ماشینی گـرایش پیـدا کـرده اسـت. اصـولاً مـسئله سـبک سـازي 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. آلیاژهاي منیزیم با ترکیبـی خـوبی از خـواص نظیـر: 1- دانـسیته پـایین   2- استحکام ویژة بالا 3- قابلیت ریختهگري خوب 4- مقاومـت خـوردگی مناسـب و قابلیـت بازیافـتکاندیداي مناسبی براي استفاده در صنایع میباشند، رشد و افزایش در مصرف آلیاژهاي منیزیم، با افزایش کاربرد در صنایع اتومبیل همراه بوده است. آلیاژهاي متداولی که در صـنایع اتومبیـل اسـتفاده مـی شـوند،آلیاژهایی هستند که استحکام و داکتیلیتی بالایی در دماي اتاق دارند. و کاربردهایی نظیـر پوسـتۀ جعبـهدنده، پدال ترمز، پوسته کلاج          دارنـد. علیـرغم داشـتن خـواص مطلـوب آلیاژهـایی نظیـر91AM60 , AZ چالشی که فراروي این آلیاژهاست، کاربرد در قطعاتی است که در دماي بالا کار می      کننـد. ایـن آلیاژهـا بـاوجود اینکه بهترین ترکیب از خواص مکانیکی، مقاومت خوردگی و قابلیت ریخته گـري را دارنـد، ولـی دردماهاي بالايC °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 آلیاژهاي 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 براي استفاده از آلیاژهاي 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 آلیاژهـاي منیـزیم را توسـعهمیدهند. استفاده از عناصر کمیاب خـاکی (RE) بخـاطر پایـداري ضـعیف حرارتـی آلیاژهـاي منیـزیم دردماهاي بالا میباشد. عناصر کمیاب خاکی هم به طریق استحکام دهی محلول جامد و هم رسـوب سـختیبه افزایش استحکام آلیاژهاي منیزیم کمک میکنند. با وجود این به علت گران بودن قیمت عناصر کمیاب خاکی (RE) استفاده گسترده از آلیاژهاي منیزیم حاوي این عناصر مقرون به صرفه نمیباشد. در ایـن اثـربه بررسی خواص مکانیکی، مقاومت خزشی، قابلیت ریختهگري و مقاومت خـوردگی تعـدادي از آلیاژهـايمنیزیم حاوي 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 ي منیزیم حاوي REا ………….6

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

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

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

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

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

5 -1-2- بررسی اثر RE بر روي خواص استحکامی آلیازهايMg-Alا……………………………………………………12

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

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

8-1-2- بررسی خواص کششی آلیاژهاي ZA84 – XRE در دماي بالا ………………………………………………. 16

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

2- 2بررسی اثر عناصر کمیاب خاکی بر روي سختی آلیازهاي منیزیم  ……………………………………………    23

2-1-2 بررسی سختی آلیازهاي پایه   Mg-Al حاوي عناصر کمیاب خاکی   ………………………………………    23

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

3-2 شکست نگاري آلیازهاي منیزیم حاوي REا……………………………………………………………………………27

1-3-2 شکست نگاري آلیازهاي AZ91-xRE و Mg-6Al-xREا……………………………………………………………… 29

2-3-2 شکست نگاري آلیاز 84ZA حاوي عناصر کمیاب خاکی…………………………………………………………… 32

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

فصل سوم: قابلیت ریخته گري آلیازهاي منیزم حاوي عناصر کمیاب خاکی. 35

1-3- تاثیر عناصر کمیاب خاکی بر روي انجاد آلیازهاي منیزیم…………………………………………………………….36

2-3- سیالیت آلیازهاي منیزیم حاوي REا……………………………………………………………………………..   38

1-2-3تاثیر ضخامت سطح مقطع بر روي سیالیت آلیازهاي منیزیم حاوي REا  ………………………………………..39

2-2-3- تاثیردماي ریختن مذاب بر روي سیالیت آلیازهاي منیزیم حاوي REا…………………………………………..   41

3-2-3-تاثیردماي قالب بر روي سیالیت آلیازهاي منیزیم حاوي REا…………………………………………………….. 43

4-2-3-تاثیر مقادیر عناصر کمیاب خاکی بر روي سیالیت آلیازهاي منیزیم حاوي REا  …………………………………  44

3-3-   تاثیر عناصر کمیاب خاکی بر مقاومت ترك گرم آلیازهاي منیزیم ………………………………………………….  46

1-3-3- تاثیر عناصر کمیاب خاکی بر مقاومت ترك گرم آلیازهاي Mg-Alا  …………………………………………………47

2-3-3-تاثیر عناصر کمیاب خاکی برشکست نگاري ترك گرم آلیازهاي Mg-Alا  …………………………………………. 47

3-3-3- مکانیزم تاثیر RE   برروي مقاومت ترك گرم   آلیازهاي Mg-Alا   …………………………………………………  48

فصل چهارم: مقاومت خورد گی آلیازهاي منیزیم حاوي عناصر کمیاب خاکی               53

  • 4-خوردگی عمومی منیزیم    ………………………………………………………………………..54
  • 4-مقاومت خوردگی آلیازهاي منیزیم حاوي عناصر کمیاب خاکی………………………………… 55
  • 4-بررسی اثر عناصر کمیاب خاکی برروي مقاومت خوردگی آلیاز 91AZا  ……………………… 60

1-3-4-مورفولوزي خوردگیآلیاژ91AZا …………………………………………………………………………60

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

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

5-4- خوردگی تنشی آلیازهاي منیزیم حاوي عنا صر کمیاب خاکی …………………………………….64

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

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

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

نتیجه گیري     ……………………………………………………………………………………………….. 72

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

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

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

فهرست جدول ها

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

جدول1-4- داده هاي الکتروشیمیایی آلیاژهايAZC ا………………………………………………………………62

جدول2- 4- نتایج آزمایش SSRT براي آلیازهاي 80AZو 41ZE و22qe و   ev31aا ……………………………66

جدول3- 4- اندیس هاي Iscc براي آلیازهاي 80QE 22 ZE41 AZ ا……………………………………………… 68

جدول 4- 4- : اندیس هاي ISCC براي آلیاژهاي 80QEZZ،ZE41،AZ و EV31A آزمایش شده در نرخ کرنش ….  68

فهرست شكل ها

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

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

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

شکل4- 2- تغییرات استحکام کششی بـه ازاي مقـادیر مختلـفRE در دمـاي اتـاق و دمـاي190°C ا…………..11

شکل5- 2- تغییرات درصد ازدیاد طول نـسبی بـه ازاي مقـادیر مختلـفRE در دمـاي اتـاق ودماي C°190 ا………12

شکل 6- 2- خواص استحکامی آلیاژهاي AZCR در دماي محیط شکل………………………………………………13

7- 2- خواص کششی آلیاژ ریختگی 84ZA و آلیاژهاي 84ZA حاوي RE در دماي اتاق   ……………………………13

شکل 8- 2- خواص کششی ریختگی پیر شده84ZA و آلیاژهاي84ZA حاوي RE در دمـاي اتاق…………………..14

شکل9- 2- خواص کششی ریختگی 84ZA و آلیاژهاي 84ZA حاوي RE در دماي C°150ا……………………………15

شکل 10- 2- خـواص کشـشی پیـر شـده84ZA و آلیاژهـاي84ZA حـاويRE در دمـايC°150 ا………………………16

شکل11- 2- تصویر SEM و نتایج EDX آلیاژ ZA84 – 1.5RE براي 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 اختارآلیازهاي 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 دماي 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 دماي بالا…………………………………………………………………………………….22

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

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

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

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

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

شکل 22- 2- میکروسختی آلیاژ پایه 84ZA و آلیاژهاي 84ZA حاوي REا………………………………………………..26

شکل 23- 2- میکروسـختی آلیـاژ پایـه84ZA و آلیاژهـايZA42 – XRE بـه ازاي زمـن پیرسختی………………………..27

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

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

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

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

شکل29-2- سطح شکست الف)84ZA در دماي اتـاق ب )ZA84-1.5RE ج) دردماي˚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- نمودارهاي سرد شدن آلیاژهاي Mg –9AL – Zn – RE  ا…………………………………………………………..36

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

شکل3- 3- تأثیر مقادیر RE , ZN بر روي دماي 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 دماي ریختن بر روي سیالیت آلیاژ AZ91 + 3RE منیزیم ……………………………………………………….42

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

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

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

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

شکل 12- 3- تغییرات درجۀ ترك گرم به ازاي افزودن RE در آلیاژهاي Mg – Al …ا…………………………………………..47

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

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

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

شکل16-3- دماي واکنش یوتکتیک بـه ازاي مقـادیر مختلـفRE بـراي آلیازهـاي60AM و AZ91……….ا……………………..51

شکل 17- 3- الف) تـصویرSEM و ب)   طیـف، شکـست تـرك گـرم آلیاژهـايMg-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 وري در آب نمک …………55

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

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

شکل 4- 4- تغییر وزن منیزیم حاوي 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 آلیاژهاي AZR ا…………………………………………………………………………………….60

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

شکل 8- 4- نمودارهاي پلاریزاسیون آلیاژهاي AZR ا………………………………………………………………………………………..62

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

شکل 10- 4- مقایسه تغییر مقادیر هیـدروژن بعـد ازh 100 غوطـه وري در محلـولNAC       %3 براي بعضی از آلیاژهاي 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 . آلیاژهاي منیزیم با ترکیبـی خـوبی از خـواص نظیـر: 1- دانـسیته پـایین   2- استحکام ویژة بالا 3- قابلیت ریختهگري خوب 4- مقاومـت خـوردگی مناسـب و قابلیـت بازیافـتکاندیداي مناسبی براي استفاده در صنایع میباشند، رشد و افزایش در مصرف آلیاژهاي منیزیم، با افزایش کاربرد در صنایع اتومبیل همراه بوده است. آلیاژهاي متداولی که در صـنایع اتومبیـل اسـتفاده مـی شـوند،آلیاژهایی هستند که استحکام و داکتیلیتی بالایی در دماي 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 ریختهگري را دارند، ولی در دماهاي بالايC °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 آلیاژهاي 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 براي استفاده از آلیاژهاي 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 آلیاژهاي منیزیم را توسعه میدهند. استفاده از عناصر کمیاب خـاکی(RE) بخاطر پایداري ضعیف حرارتی آلیاژهاي منیزیم در دماهاي بالا می باشد. عناصر کمیـاب خـاکی هـمبه طریق استحکام دهی محلول جامد و هم رسوب سختی به افزایش اسـتحکام آلیاژهـاي منیـزیم کمـکمیکنند. با وجود این به علت گران بودن قیمت عناصر کمیاب خاکی (RE) استفاده گـسترده از آلیاژهـايمنیزیم حاوي این عناصر مقرون به صرفه نمی باشـد . در ایـن اثـر بـه بررسـی خـواص مکـانیکی، مقاومـتخزشی، قابلیت ریختهگري و مقاومت خوردگی تعدادي از آلیاژهاي منیزیم حاوي 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

فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان