فهرست مطالب

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول- مقدمه

امروزه با افزایش روز افزون قیمت انرژي، آلیاژ هاي منیزیم به دلیل استحکام به وزن بالاي کاربرد رو به افزایشی در صنایع اتومبیل سازي پیدا کرده اند. آلیاژ هاي منیزیم از آلومینیم سبکتر هستند و چگالی آنها حدود 66/0 آلومینیم و اندکی بیش از پلاستیک هاي تقویت شده است [1-4].
همچنین در عصر حاضر با توجه به افزایش توجه به مسائل زیست محیطی از قبیل کمتر شدن مصرف سوخت و باالتبع کاهش گازهاي آلاینده مانند 2Co، نگاه ها به استفاده از آلیاژهاي سبک بیشتر شده است. تخمین زده می شود هر اتومبیل در هر کیلومتر 156 گرم 2Co تولید می کند که با استفاده از تکنولوژي منیزیم می تواند تا 70 گرم کاهش یابد [2-1].
برخی از مزایاي استفاده از آلیاژ هاي منیزیم که آنها را براي مصارف ساختمانی و صنعتی مناسب گردانده است شامل سبکی ، خاصیت خفه کردن صدا1 و لرزش خوب ، پایداري ابعادي ، مقاومت به ضربه ، هدایت الکتریکی و حرارتی خوب و… است [1-5].
2- 1 عناصر آلیاژي و سیستم هاي آلیاژي :
مهمترین عناصر آلیاژي که به طور آشکار استحکام کششی آلیاژ منیزیم را بهبود می بخشد آلومینیم است که با تشکیل ترکیب بین فلزي 12Mg17Al سبب بهبود استحکام می شود، همچنین روي و منگنز چنین خواصی دارند و با تشکیل ترکیب بین فلزي سبب بهبود خواص می گردند. با افزودن مقدار کمی منگنز (%2/0) مقاومت خوردگی آلیاژ افزایش می یابد. در زیر برخی از عناصر با مختصري از تأثیرشان بر آلیاژهاي منیزیم آمده است [3 1-].آلومینیم : خواص کششی و سختی و قابلیت ریخته گري را بهبود می بخشد به همین دلیل است که اکثر آلیاژهاي معمول منیزیم (مانند AZ91) داراي آلومینیم می باشد. برلیم : کمتر از ppm 30 در مذاب باعث کاهش چشمگیر اکسیداسیون آن می شود .
کلسیم : تأثیر مثبت بر ریزدانگی دارد و باعث بهبود مقاومت به خزش می شود.
لیتیم : منجر به بالا رفتن استحکام به کمک ایجاد محلول جامد می گردد، چگالی را کاهش می دهد و انعطاف پذیري را بهبود می بخشد.
منگنز : بالاتر از%5/1 باعث افزایش استحکام کششی می شود، همچنین سبب بهبود مقاومت به خوردگی، ریزدانگی و قابلیت جوش پذیري می شود.
عناصر نادر خاکی(RE) : همه این عناصر تشکیل سیستم یوتکتیک می دهند، رسوب هاي یوتکتیک بسیار پایدار هستند و مقاومت به خزش، خوردگی و استحکام دماي بالا را بهبود می بخشند.
سیلیسیم : قابلیت ریخته گري را کاهش می دهد ولی سبب بهبود مقاومت به خزش می شود.
طلا و نقره : مقاومت به خزش و استحکام دماي بالاي آلیاژ را بهبود می بخشند ولی مقاومت به خوردگی را پایین می آورند.
توریم : بر مقاومت به خزش و استحکام دماي بالا اثر مثبت دارد ولی به دلیل رادیو اکتیو بودن با عناصر دیگر جایگزین می شود.
روي : روي در زمینه استحکام و قابلیت ریخته گري مانند آلومینیم عمل می کند و به همراه آلومینیم می تواند منجر به ایجاد میکروپروسیتی شود.
زیرکونیم : اضافه کردن زیرکونیم باعث افزایش استحکام می شود، در حالیکه انعطاف پذیري نیز کاهش نمی یابد. دلیل این پدیده می تواند تمایل به ترکیب این عنصر با اکسیژن است، اکسید نقش جوانه زاي ساختاري را دارد و به ریزدانگی می انجامد. زیرکونیم نمی تواند به مذابی که داراي آلومینیم و سیلیکون است اضافه شود.
از بین سیستم هاي آلیاژي معمول و مورد استفاده منیزیم می توان به موارد زیر اشاره کرد :
آلیاژ هاي سري AZ : داراي آلومینیم و روي، خواص دماي اتاق خوب، مقاومت حرارتی و مقاومت به خزش کم، انعطاف پذیري پایین.
آلیاژهاي سري AM : درصد آلومینیم پایین تر و نبودن روي باعث بالا رفتن انعطاف پذیري می شود. خواص این آلیاژ ها در دماي اتاق محدود است.
آلیاژهاي سري AS : آلومینیم پایین و نبودن روي باعث بالا رفتن انعطاف پذیري می شود. خواص دماي اتاق و قابلیت ریخته گري این آلیاژ ها محدود است.
3-1 خصوصیات کلی آلیاژهاي منیزیم :
در جدول 1-1 برخی از خواص فیزیکی منیزیم دیده می شود. منیزیم داراي ساختار کریستالی hcp است و به همین دلیل براي کار سرد چندان مناسب نیست. آلیاژ هاي منیزیم در دماي پایین به دلیل داشتن سیستم هاي لغزش محدود، تمایل به شکست ترد بین دانه اي دارند. البته در مناطقی که دوقلویی شکل می گیرد، شکست درون دانه اي نیز مشاهده می شود. این آلیاژ ها در دماي بالا با فعال شدن سیستم لغزش جدید انعطاف پذیریشان به طور چشمگیري افزایش می یابد [2-1].
بیشتر آلیاژهاي منیزیم قابلیت ماشین کاري خوبی دارند و اکثر آنها به راحتی ریخته گري می شوند. همچنین این آلیاژها در محیط گاز خنثی قابلیت جوش پذیري دارند. در برابر این خواص مطلوب، این آلیاژها خصوصیات منفی نیز دارند، مانند قابلیت کار سرد بسیار ضعیف این آلیاژها و مقاومت به خوردگی پایین آن ها. در کنار این موارد، باید فعال بودن منیزیم را نیز اضافه کرد ،همچنین باید به خصلت انقباضی این آلیاژها نیز اشاره نمود، به این صورت که در هنگام ریخته گري در قالب ،%2 دچار انقباض می شوند و در حین سرد شدن نیز %5 انقباض در آلیاژهاي منیزیم مشاهده می شود که این درجه از انقباض حین ریخته گري به وجود حفره هاي ریز و در نتیجه چقرمگی پایین و حساسیت به ترك بالا منجر می شود. در صورت بالا بردن دما نیز، ضریب انبساط بالاي آلیاژهاي منیزیم مانعی در برابر استفاده از آنها است. مانع دیگري که در راه استفاده بیشتر این آلیاژها در صنایع گوناگون وجود دارد، پایین تر بودن خواص این آلیاژ ها در مقایسه با فولاد و آلومینیم است[1و2].
1-1 مقدمه…………………………………………………………………… 2
2-1 عناصر آلیاژي و سیستم هاي آلیاژي…………………………………. 2
3 -1 خصوصیات کلی آلیاژهاي منیزیم……………………………………….. 4

فصل دوم- تأثیر نیرو و سرعت بر رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم

به طور کلی می توان رفتار سایشی آلیاژ AZ91 را به دو رژیم سایش خفیف و رژیم سایش شدید تقسیم کرد که در هر دو رژیم، دو مکانیزم سایشی فعال است. در ناحیه سایش خفیف، دو مکانیزم سایش اکسیدي و لایه اي شدن اتفاق می افتد و در ناحیه سایش شدید تغییر شکل پلاستیک شدید و ذوب شدن سطحی را شاهد هستیم [7].
١ -٢ سایش خفیف آلیاژھای منیزیمChen و Alpas نقشه سایش آلیاژ (AZ91) حاوي %9 آلومینیم و %9/0 روي را بررسی کردند. آن ها تست را به روش بلوك روي رینگ انجام دادند. سختی سطح بلوك، 2kg/mm4/2 ±1/66 و سختی رینگ، 2kg/mm 950 بود. مشخص شد در تمام سرعت هاي لغزش، نرخ سایش با افزایش نیرو، بالا می رود. همانطور که در شکل1 -2 (c-e) مشخص است، در سرعت هاي لغزش پایین از 1/0 تا m/s 3/0 نرخ سایش با افزایش نیرو زیاد می شود. ولی شیب نرخ سایش به طور مؤثري با افزایش نیرو زیاد نمی شود و رژیم سایش خفیف تا نیروهاي خیلی بالا ادامه می یابد. مشاهدات متالوگرافی، آشکار می کند که سایش خفیف به دلیل جدا شدن لایه هاي اکسید سطحی و یا جدا شدن زیر لایه فلزي اتفاق می افتد. به عنوان مثال در سرعتm/s 3/0 و نیروي کمتر از N 30 اندازه ذره هاي سایشی تولید شده، به طور میانگین کمتر از µm 5 است و با چشم غیر مسلح سیاه رنگ دیده می شود. مورفولوژي ذرات سایشی تولید شده، در سرعت m/s3/0 و نیروي N 30 در شکل 2-2 دیده می شود. آنالیز EDS بیانگر حضور پیک قوي اکسیژن در کنار منیزیم است. پیک هاي آلومینیم و آهن (که از AISI 52100 آمده است) به وجود ترکیبی از منیزیم، آهن، اکسید منیزیم و احتمالاً اکسید آهن دلالت دارد (شکل 3-2 (a)). حضور منیزیم فلزي و اکسید منیزیم توسط تفرق اشعه X که در شکل 3 -2 (b) آمده است، مشخص می شود. آنالیز XRD حضور آهن را نشان نداد . گمان
سطح ذرات اکسید شده است و احتمالاً به این دلیل است که سطح تازه که روي نمونه ایجاد شده است، در معرض هوا اندکی اکسید می شود. آزمایش تفرق اشعه X نیز MgO را در کنار Mg فلزي که بیشترین ذرات سایشی را دارد نشان می دهد (شکل 4 -2 (d)). تغییر مکانیزم از سایش اکسیدي به سایش لایه اي شدن، به آرامی انجام می شود و تغییري در نرخ سایش ایجاد نمی کند [7].
در سرعت هاي لغزش کم (m/s 01/0)، ضریب اصطکاك بالا ممکن است به دلیل مکانیزم سایش خراشان، بین دو سطح نرم و سخت باشد. در سرعت هاي لغزش بالاتر، به دلیل دماي تماس بالاتر ،اکسید شدن سطحی اتفاق می افتد و سپس ضریب اصطکاك به دلیل اکسید سطحی کاهش می یابد. در سرعت لغزشm/s 1 سطح تماس دچار کرنش برشی می شود که باعث افزایش ضریب اصطکاك می شود [10 8-].
در سرعت m/s 1/0 و نیروي N 10، ضریب اصطکاك ، بیشترین میزان خود را نشان می دهد و به میزان قابل توجهی در m/s 2/0 افت می کند. اصطکاك، به تدریج با افزایش سرعت از 5/0 تا m/s1 افزایش می یابد. نرخ سایش به طور خطی با ضریب اصطکاك نسبت مستقیم دارد. بیشترین نرخ سایش در سرعت هاي 01/0 تا m/s1/0 اتفاق می افتد و به طور آشکاري با افزایش سرعت در m/s 2/0 کم می شود. در سرعت m/s1 مجدداً نرخ سایش بالا می رود. ضریب اصطکاك و نرخ سایش کمتري در km 10 مسافت در مقایسه با km1 مسافت مشاهده شد (شکل 5-2). دلیل آن اینگونه تحلیل شد که در اثر لغزش در جسم حرارت تولید می شود و به طور آشکاري در نرخ سایش AZ91 تأثیر می گذارد. نوسانات ضریب اصطکاك ممکن است به دلیل یکسري تغییرات در انتقال مکانیزم سایش باشد [7و8].
به طور نرمال، از دست دادن مواد به دلیل سایش لغزان با افزایش مسافت به طور خطی افزایش می یابد. در مسافت هاي بالا مانند km 10 اضافه شدن میزان ذره هاي سایشی ممکن است منجر به سایش خراشان سه جسمه2 شود که این باعث کاهش نرخ سایش می شود. تأثیر سرعت لغزش در مسافت هاي km1 و km 10 شبیه به هم است [8].
در مسافت km 1، سایش اکسیدي در سرعت هاي بالاي m/s 1/0 اتفاق می افتد، ذره هاي اکسیدي سایشی به تولید شدن یک لایه محافظ اکسیدي کمک می کند، که این مسئله به محافظت در برابر سایش کمک می کند .کاهش نرخ سایش در سرعت هاي بین 1/0 تا m/s 2/0 احتمالاً به دلیل تشکیل لایه اکسیدي ایجاد شده با افزایش دما است (شکل 6 -2)[8]

تصویر SEM سطوح سایش یافته آلیاژ AZ91 بعد از km1 لغزش، تحت نیروي N 10 ، در سرعت هاي لغزش (a) و    .[8]1 m/s (h )و (g) ،0/ 5 m/s (f )و (e) ، 0/ 1 m/s (d )و (c)  0/01 m/s (b)

تصویر SEM سطوح سایش یافته آلیاژ AZ91 بعد از km1 لغزش، تحت نیروي N 10 ، در سرعت هاي لغزش (a) و
.[8]1 m/s (h )و (g) ،0/ 5 m/s (f )و (e) ، 0/ 1 m/s (d )و (c) 0/01 m/s (b)

1 -2 سایش خفیف آلیاژهاي منیزیم……………………………………………………. 9
2 -2 سایش شدید آلیاژهاي منیزیم……………………………………………………… 18

فصل سوم- تأثیر اندازه دانه بر رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم

Sun و همکارانش تأثیر تغییرات ریز ساختار (نانو و درشت دانه) را بر رفتار سایشی آلیاژ منیزیم AZ91D بررسی کردند. آنها روش کره روي بلوك را براي تست انتخاب کردند به نحوي که بلوك ها از نمونه ها انتخاب شد و سطح مقابل یعنی کره از جنس WC-Co با سختی حدود HV1700 انتخاب شد. تست تحت نیروي ثابت N7 و تحت سرعت هاي گوناگون انجام شد. آنها مشخص کردند که عمق لایه تغییر شکل یافته حین سایش براي نمونه هاي درشت دانه و نانو کریستال تقریباً یکسان است (شکل 1-3)[14].
همچنین مشخص کردند که نرخ سایش آلیاژ نانو کریستال در سرعت هاي مختلف سایش بین m/s 002/0 تا کمتر از m/s 028/0 از درشت دانه کمتر است ولی در سرعت m/s 028/0 نرخ سایش هر دو نمونه یکسان می شود (شکل 2 -3). ساختار زیر لایه براي نمونه نانو ساختار تقریباً بدون تغییر می ماند حال آنکه ساختار زیر سطح نمونه درشت دانه به دلیل تغییر شکل کریستالی و بالارفتن دما بدل به نانو می شود. که این مسأله در اندازه گیري سختی دو نمونه نیز قابل مشاهده است [14].
مطالعات مشابهی توسطShanti و همکارانش روي سایش آلیاژ AZ91 بازیافت شده انجام گرفت. آنها تست سایش لغزان را با استفاده از روش پین روي دیسک تحت نیروي N 10 با سرعت هاي m/s7-1 و در 10 زمان 3 دقیقه اي انجام شد و نرخ سایش و آنالیز هاي EDS و XRD روي نمونه ها انجام شد. تصاویر SEM و EDS سایش خراشان و شکل گیري لایه مخلوط مکانیکی (MML) و همچنین اکسیداسیون را تحت شرایط لغزش مشخص، نشان می دهند. همان طور که در شکل 3 -3 مشاهده می شود ، تفاوت آشکاري بین این آلیاژها دیده نمی شود و نمونه اي که بهترین خواص مکانیکی را دارد، بدترین رفتار سایشی را از خود بروز می دهد (نمونه 10 ساعت آسیاب شده) البته نه به صورت آشکار. به هر حال، یک شیب ثابت در نرخ سایش با افزایش سرعت لغزش بین m/s4 -1 مشاهده می شود و با افزایش سرعت ازm/s4 نرخ سایش ثابت می ماند و در بیشتر از m/s 10نرخ سایش اندکی افزایش می یابد [15].
Chen و همکارانش تأثیر پارامترهاي ساخت مانند زمان حرارت دادن مجدد،دماي حرارت مجدد و دماي قالب را روي رفتار سایشی آلیاژ AZ91 مورد بررسی قرار دادند. بدین منظور آن ها پس از ریخته گري نمونه ها آن ها را مجدداً تا دماهاي نیمه جامد شدن (848، 858 و K 868) حرارت دادند و براي زمان هاي 60، 90 و 120 دقیقه نگهداري کردند و نمونه ها را به منظور فرم دهی تحت فشار kN 400 قرار دادند. تغییرات ریز ساختار در شرایط مختلف در شکل 4-3 نشان داده شده است. تست سایش توسط دستگاه سایش رفت و برگشتی به روش کره روي دیسک انجام شد. نمونه هاي مورد آزمایش دیسک و کره از فولادGCr15 تهیه شد. فرکانس دستگاه Hz 5، نیروي اعمالی N 2، زمان تست 10 دقیقه و طولی که نوسان روي آن انجام می شد mm 5 بود. نرخ سایش از طریق اندازه گیري نسبت حجم از دست رفته به مسافت لغزش اندازه گیري شد. سطوح سایش یافته نیز توسط میکروسکپ الکترونی و آنالیز EDS مورد بررسی قرار گرفت [15].

تغییرات ریزساختار نمونه هاي تیکسوفرم  شده در دماي k 858 و زمان هاي نگهداري (a) 60 دقیقه ، (b) 90 دقیقه (c) 120 دقیقه

تغییرات ریزساختار نمونه هاي تیکسوفرم شده در دماي k 858 و زمان هاي نگهداري (a) 60 دقیقه ، (b) 90 دقیقه (c) 120 دقیقه

3 – تأثیر اندازه دانه بر رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم ……………………………..22

فصل چهارم تأثیر ترکیب شیمیایی بر رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم

4- تأثیر ترکیب شیمیایی بر رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم………………………….. 38

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم در دماي بالا

تأثیر ترکیب شیمیایی بر رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم Srinivasan و همکارانش رفتار سایشی آلیاژهاي معمول و بازیافت شده منیزیم را در عدم حضور روانکار بررسی کردند. بدین منظور رفتار سایشی آلیاژ AZ91 و آلیاژ بازیافت شده AZC1231 با ترکیب موجود در جدول 1-4 ، به روش کره روي دیسک نوسانی بررسی شد. دیسک ها از جنس نمونه به ابعاد mm 40 5 25 و زبري میانگین Ra ، 02/0±1/0 و کره از جنس AISI 52100 به قطر mm6 ساخته شد [

تست تحت دماي Co 2 ±25 و رطوبت % 2±30 در سه نیروي مختلف 2، 5 و N 10 با نوسان mm 10 و سرعت لغزش m/s 5 در مسافت m 12 انجام شد. تصاویر متالوگرافی نشان می دهد میزان فاز دندریتی α در آلیاژ AZ91 معمولی در نزدیک سطح در مقایسه با آلیاژ بازیافت شده بیشتر است. در مقابل میزان فاز β در این آلیاژ از AZ91 معمولی بیشتر می باشد. بررسی دقیق تر ریزساختار با بزرگنمایی بالا بیانگر چگال تر بودن شبکه فاز β در آلیاژ بازیافت شده است سختی آلیاژ AZ91 معمولی حدود 5Hv 3± 83 و سختی آلیاژ بازیافت شده AZC1231، 5Hv 3± 105بدست آمد. همانطور که در شکل آمده است، تحت نیروي N 2، ضریب اصطکاك متوسطAZ91 حدود 31/0 و براي AZC1231 حدود 26/0 است. شیار ایجاد شده در نمونه AZ91 معمولی نه تنها پهن تر بلکه عمیق تر از AZC1231 اندازه گیري شد. همچنین چسبندگی ماده زیر لایه منیزیم به سطح کره درAZ91 به دلیل سختی پایین تر بیشتر بود و باعث از بین رفتن بیشتر زیر لایه شد (شکل 2 -4)[9]. در نیروي N 5 میانگین ضریب اصطکاك براي AZ91 ، 29/0 و براي AZC1231 حدود 25/0 است که این اعداد از ضرایب اصطکاك در نیروي N 2 کمتر بود. همچنین عمق شیار و پهناي آن در نمونه هاي تست شده تحت بار N 5 بیشتر از N 2 بوبا افزایش نیرو به N 10 ، ضریب اصطکاك همچنان کاهش یافت و برايAZ91 به 27/0 و براي AZC1231 به 23/0 رسید. گفته شد کاهش ضریب اصطکاك با افزایش نیرو ، ممکن است به این دلیل باشد که با افزایش نیرو ، مکانیزم سایش چسبان باعث انتقال ماده از دیسک شود و سطح کره با این ماده پوشیده شود که این آغشته شدن ممکن است سبب کاهش ضریب اصطکاك گردد

– رفتار سایشی آلیاژهاي منیزیم در دماي بالا ………………………………………………46
مراجع…………………………………………………………………………………………… 53

Abstract:
Wear behavior of magnesium alloys investigated. Various parameters had different effect on wear behavior of magnesium alloys. With increase normal force and linear speed, wear rate increased. Grain size has no effect on wear behavior of magnesium alloy. In various chemical composition, alloys with higher hard intermetallics had lower wear rate. In high temperature wear rate increased in all alloy cause by thermal softening of magnesium alloys.



  مقطع کارشناسی ارشد

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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان