دانلود پایان نامه : كامپوزيت هاي زمينه فلزي تقويت شده باآلياژهاي حافظه شكلي

دانلود پایان نامه : كامپوزيت هاي زمينه فلزي تقويت شده باآلياژهاي حافظه شكلي

تعداد صفحات: 63

فرمت فایل: word

دسته بندی:

قیمت: 5000 تومان

تعداد نمایش: 356 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 18 آوریل 2016

به روز رسانی در: 18 آوریل 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

5000 تومان – خرید

دانلود پایان نامه : كامپوزيت هاي زمينه فلزي تقويت شده باآلياژهاي حافظه شكلي

 

کامپوزیت ها [1]

بسیاری از فن آوریهای نوین به موادی نیاز دارند که ترکیب غیر معمولی از خواص را با آلیاژهای فلزی ، سرامیکی و پلیمرهای معمولی حاصل نمی آید بدست می دهد . به عنوان نمونه مواد مورد نیاز درسفینه های فضائی ، زیر دریائی ها و کاربردهای حمل و نقل از این قبیل است که باید در عین چگالی کم ، استحکام سفتی و مقاومت به سایش و ضربه نیز وجود داشته باشد .از اينرو نياز به مواد

جديدي به نام كامپوزيت ميباشد. کامپوزیت عبارت است از هر ماده چند فازی که سهم برای بدست آوردن مواد با استحکام و به ویژه استحکام به وزن بالا، می توان رشته هایی با مدول کشسانی و استحکام بالا را در یک زمینه فلزی یا پلیمری قرار داد. در کامپوزیت ها که مواد مرکب هم نامیده می شوند، دو یا چند ماده در مقیاس ماکروسکوپی با هم ترکیب شده و خواص مورد نظر را ایجاد می کنند. اگر چه می توان با ترکیب کردن بعضی مواد در مقیاس میکروسکوپی هم به خواص مورد نظر دست یافت، که به بحث آلیاژها مربوط می گردد.درواقعکامپوزیتها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است.ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند. کاپوزینت یک ماده چند فازی است که بصورت مصنوعی ساخته می شود فازها باید از لحاظ شیمیائی متفاوت باشد و با فصل مشترکهایی مچزا شوند. مطابق این تعریف ، اغلب آلیاژهای فلزی و بسیاری از سرامیکها کامپوزیت نیستند زیرا فارهای چند گانه آنها درنتیجه یک پدیده طبیعی تشکیل شده است .بسیاری از کامپوزیت هاتنها از دو فاز تشکیل شده اند:

فاز زمینه که پیوسته است وفاز دیگر که غالبا فاز پراکنده است تقويت كننده گفته ميشود . خواص کامپوزیت به خواص فازهای تشکیل دهنده آن ، مقادیر آنها و هندسه فاز پراکنده شده وا بسته است . منظور از هندسه فاز پراکنده شده ، شکل و اندازه ذرات ، نحوه توزیع و جهت آنهاست .

 

1-1-ساختمان کامپوزیت ها:

کامپوزیت ها از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند: 1)الیاف یا تارها. 2)پرکننده یا ماتریس. 3)چسب. معمولاً ماتریس دارای سختی و استحکام کمتری نسبت به ا لیاف می باشند، ولی اختلاط الیاف و ماتریس باعث تشکیل محصولی می شود که دانسیته کمی داشته ودر عین حال از استحکام فشاری و کششی بالایی برخوردار می باشد. مانند مواد اپوکسی مثل نارمکو((Narmco2387  که دارای دانسیته / lb044/0، استحكام فشاری / lb23000 و استحكام کششی / lb4200 است.

1-1-1-رشته ها:
هر چه قطررشته کوچکتر باشد ، رشته مستحکم تر ازماده زمینه خواهد بود.موادی که بعنوان رشته های تقویت کننده بکارمیرود استحکام کششی بالایی دارند.براساس قطر و مشخصه رشته ها به 3 دسته تقسیم می شوند:ویسکرها،رشته ها وسیم ها.ویسکرها تک بلورهای بسیارنازکی هستند که نسبت طول به قطرآنهافوق العاده زیاداست.آنها مستحکم ترین موادی هستندکه شناخته شده اند. مواد ویسکری شامل گرافیت ، کاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم و اکسید آلومینیم است.

1-1-2-فاز زمینه:
فاززمینه کامپوزیت های رشته ای میتواند فلز ، پلیمر یا سرامیک باشد. معمولا ازفلزات یا پلیمرها به عنوان ماده زمینه استفاده میشود،زیراانعطاف پذیری مطلوبی دارند.درکامپوزیت های زمینه سرامیکی جز تقویت کننده برای بهبود چقرمگی شکست استفاده می شود . در انتخاب ترکیب زمینه – رشته ، مهمترین عامل استحکام پیوند است .
1-2- انواع کامپوزیت ها:

کامپوزیت ها را مي توان بر اساس شكل تقويت كننده،نوع تقويت كننده وفاز زمينه دسته بندي كرد.دسته بندي بر اساس شكل تقويت كننده شامل سه دسته است: 1)کامپوزیت با الياف تصادفی. 2) کامپوزیت لايه ای. 3) کامپوزیت ذره ای.وبر اساس فاز زمينه به سه دسته عمده تقسيم ميشود:1)زمينه پليمري،2)زمينه فلزي،3)زمينه سراميكي،

درابتدا درمورد شكل الياف توضيح داده ميشود:

1-2-1- کامپوزیت با الياف تصادفی:

از لحاظ تکنولوژیکی ، مهمترین کامپوزیتها آنهايي هستندکه فازپراکنده شده در آنهابه شکل رشته است.کامپوزیتهای رشته ایی تقویت شده استحکام ویا سفتی بالائی دارند. خواص مکانیکی این کامپوزیت ها به خواص رشته و میزان نیروی منتقل شده به رشته از سوی فاز زمینه بستگی دارد .بنابراین طول بحراني رشته در استحكام كامپوزيت نقش دارد.این مواد دارای استحکام و سختی بالاتری نسبت به سایراشکال کامپوزیت ها هستند، که ازکاهش نقایص کریستالی و جهت یافتگی کریستال ها در جهت طول آنها ناشی میشود. این حالت ساده ترین شکل مواد کامپوزیت است که در آن تعیین دقیق خواص ممکن نمی باشد.

1-2-2- کامپوزیت لايه ای:

در این مواد که حداقل شامل دو ماده مختلف می باشند، لایه ها طوری روی هم قرار داده می شوند که استحکام لازم را درجهت مورد نظرایجاد کنند. مانند مواد ساخته شده از دو لایه فلز با ضریب انبساط حرارتی مختلف، فلزات روکش دار، لایه های شیشه- پلاستیک که در آنها شیشه سختی لازم را برای پلاستیک و پلاستیک انعطاف پذیری لازم را برای شیشه تأمین می کند.

1-2-2-1- انواع کامپوزیت های لایه ای:

1)تک لایه : در این کامپوزیت ها، در یک صفحه الیاف در یک جهت قرار داشته و می توان آنها را در جهت دیگر تقویت کرد. الیاف معمولاً بدلیل داشتن سختی و مدول الاستیسیته بالا در جهت اعمال بار قرار داده می شود و ماتریس باعث توزیع مناسب بار می شود.

2)چند لایه: در این کامپوزیت ها نیروهای اعمالی به یک صفحه، می توانند در جهات مختلف وارد شود و لایه ها را با زوایای مختلف برای دستیابی به سختی مناسب در کنار یکدیگر قرار می دهند.

3)صفحات مختلط(هیبرید): در این کامپوزیت ها علاوه بر داشتن لایه ها با جهات مختلف، جنس لایه ها هم متفاوت است. در اینجا استفاده از مواد مناسب، به عملکرد سازه های مختلف در مقابل

نیروهای مکانیکی و عوامل محیطی بستگی دارد.

1-2-3- کامپوزیت ذره ای:

این مواد شامل یک ماتریس و یک ماده دیگری که در آن به شکل ذرات کوچک توزیع شده اند، 

می با شند. فاز پراکنده شده در کامپوزیت های تقویت شده با ذرات هم محور و همسواست ، یعنی ذرات تقریبا در همه جهات همسو هستند. دو زیر دسته این نوع کامپوزیت ها عبارتند از : کامپوزیت های درشت ذره و مستحکم شده به وسیله پراکندگی ذرات .تفاوت این دو گروه به مکانیزم مستحکم شدن یا تقویت شدن بستگی دارد واژه درشت بدین جهت استفاده می شود که نشان دهد فعل و انفعال بین ذره – زمینه نمی تواند در مقیاس اتمی یا مولکولی صورت گیرد ومکانیک محیط های پیوسته استفاده می شود . در بیشتر این نوع کامپوزیت ها ، فاز پراکنده سخت تر وسفت تر از زمینه است این ذرات تقویت شده٬ جابجائی و حرکت فاز زمینه را در مجاور خود مهار ومتوقف می کنند. اساسا زمینه ، مقداری از تنش اعمال شده را به ذرات منقل می کند . میزان تقویت شدن یا بهبود رفتار مکانیکی به استحکام پیوند در فصل مشترک زمینه – ذره بستگی دار د . کامپوزیت های ذره ای به صورت های  زیر هستند:

1)غیر فلز در غیر فلز.

2)فلز در غیر فلز.

3)غیر فلز در فلز.

4)فلز در فلز.

1-2-4- کامپوزیت های زمینه پلیمری
کامپوزیتهای زمینه پلیمری از یک رزین پلیمری پلاستيك تقويت شده مولكول درشت به عنوان زمينه تشكيل شده است،. از ویژگیهای این دسته از کامپوزیت ها ، کاربرد متنوع و گسترده ، خواص خوب در دمای محیط ، سهولت ساخت و هزینه کم است . . این نوع کامپوزیت هابراساس  بر اساس نوع تقویت شدن به شیشه ایی ، کربنی و آرامید تقسیم می شوند. کامپوزیت های پلیمری رشته پلیمری رشته شیشه ای شامل رشته های شیشه ایی پیوسته یا ناپیوسته در زمینه است در آینده بجای شیشه بیشتر از کربن به عنوان رشته تقویت کننده دركامپوزيت هاي پليمري استفاده خواهد شد،چون رشته هاي كربني بيشترين استحكام ويژه ومدول ويژه را در ميان رشته هاي تقويت كننده دارا است. در کامپوزیت های زمینه پلیمری ، غیر از سه نوع رشته تقویت کننده شیشه اي،كربني ،آراميد ،گاه از بور ،كاربيد سيليسيوم واكسيد آلومينيومدر حد محدودي استفاده ميشود.

1-2-5- کامپوزیت های زمینه فلزی
در کامپوزیت های زمینه فلزی زمینه عبارت است از یک فلز انعطاف پذیر . برتری های این نوع کامپوزیت نسبت به کامپوزیت های زمینه پلیمری شاکل دمای عملکرد بالاتر ، شعله پذیر نبودن و مقاومت بیشتر در برابر تهاجم
سیالات آلی است . البته هزینه آنها بیشتر و در نتیجه استفاده از آنها محدود تر است .
از سوپر آلیاژها ، آلیاژهای آلومنییم و منیزیم ، تیتانیم و مس به عنوان مواد زمینه استفاده می شود . موادتقویت کنند ه ممکن است به شکل ذرات ، رشته های پیوسته و ناپیوسته و یا ویسکرها باشند که 10 الی 60% حجمی کامپوزیت را تشکیل می دهد رشته های پیوسته شامل کربن ، کاربید سیلیسیم ، بور ، آلومینا و فلزات دیر گداز است رشته های ناپیوسته از ذرات همین مواد تشکیل می شوند از یک جهت می توان سرمت ها را جز این ( MMC) ها قرار دارد .
خودرو سازان اخیرا در محصولات خود شروع به استفاده از کامپوزیتهای زمینه فلزی کرده اند به عنوان نمونه برخی قطعات موتور از زمینه آلیاژهای آلومینیم تقویت شده با رشته های آلومینا و کربن تولید شده که سبک وزن تر هستند و مقاومت آنها در برابر سایش و اعوجاج حرارتی بیشتر است استفاده از این نوع کامپوزیت ها در محورهای محرک که سرعت چرخش بالاتر و میزان کمتر سرو صدای ناشی از ارتعاش را به همرا دارد صورت گرفته است . صنایع هوا فضا نیز از این نوع کامپوزیت ها بهره می برد له عنوان نمونه در قطعات تلسکوپ فضائی هابل از رشته های گرافیتی پیوسته استفاده شده است .

1-2-6-کامپوزیت های زمینه سرامیکی
بدلیل مقاومت آلی در برابر اکسایش در دمای بالا ، با وجود احتمال شکست ترد ، بهترین گزینه برای استفاده در دمای بالا و تنش های شدید ميباشند . به ویژه در قطعات موتور خودرو و توربین های گازی هواپیما . چرمگی شکست این کامپوزیت ها معمول است در حالی که در اغلب فلزات 15 است . چقرمگی شکست نسل جدید و توسعه یافته کامپوزیت های زمینه سرامیکی که بصورت ذزه ای، رشته ای یا ویسکری از مواد سرامیکی است بهبود یافته وبه 6 رسیده است . این بدان دلیل است که ترکی که در زمینه توسط ذرات ، رشته ها یا ویسکرها ايجاد ميشود، نه تنها اشاعه نمی یابد بلکه از اشاعه آن ممانعت به عمل مِی آید،به این امرکمک می کند.

کامپوزیت های زمینه سرامیکی را با روش های پرسکاری گرم ، پرسکاری ایزوستاتیک گرم وزینتر کردن فاز مذاب تولید می کنند، آلومینا های تقویت شده با ویسکرهای SiC به عنوان ابزار برش در ماشین کاری آلیاژهای فلزی سخت استفاده می شود.
.

.

 

3-1-4) کبالت

کبالت یک زمینه فلزی بسیار متداول است که اغلب در کامپوزیت های wc/co به کار می روند . این کامپوزیت ها که به کاربید های سمانته معروف هستند ، به عنوان ابزار آلات برش و حفاری های چاه های نفت استفاده می شوند . هنگام تولید کاربید های سمانته ، کبالت به صورت پودر مورد استفاده قرار می گیرد . پودر کبالت را می توان با روش های شیمیایی از طریق احیا با هیدروژن و یا با اتمیزه کردن کبالت مذاب ، بدست آورد . ساختار کریستالی و شیمی پودر Co خالص با خواص کبالتی که به عنوان زمینه در کامپوزیت WC/Co به کار می رود ، متفاوت است . آسیاب کاری و فرآوری از طریق فاز مایع یا فشرده سازی تحت دما و فشار بالا ، می تواند بر روی شیمی زمینه کبالت نهایی تاثیر گذار باشد . کبالت خالص زیر دمای 417  درجه سانتی گراد به شکل HCP بوده و بالای این دما ساختار FCC پایدار است . مشخص شده است که در اثر نحلال کربن به دلیل وجود ذرات WC در کبالت در حین تولید کامپوزیت های WC/Co، ساختار FCC دردمای اتاق پایدار می شود . ساختار FCC دارای سیستم های لغزشی بیشتری است که این موضوع باعث داکتیلیته بالاتر آن می شود . در این کامپوزیت ها مقدار کمی زمینه Co ، ذرات WC را در خود نگه داشته و از تلفیق آنها چقرمگی خوبی فراهم شده است که از تغییر شکل پلاستیک آن ممانعت به عمل می آورد.

3-1-5) مس

مس دارای ساختار مکعبی وجوه مرکز دار می باشد . به دلیل ضریب هدایت الکتریکی بالای آن ( از این نظر فقط عناصر طلا و نقره از مس برتر می باشند )،به طور گسترده ای به عنوان هادی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد . ضمنا هدایت حرارتی این عنصر نیز مطلوب بوده که این امر سبب شده است تا گزینه مناسبی برای کاربرد در امر کنترل حرارت به شمار آید . مس را می توان به راحتی ریخته گری کرد و به دلیل داکتیلیته بالای آن ، می توان آن را تحت کار مکانیکی قرار داد. یکی از اصلی ترین موارد کاربرد مس در کامپوزیت ها ، ایفای نقش زمینه در ابر رساناهای پایه نایوبیم می باشد . آلیاژ های مس – روی ( برنج ) و مس – قلع ( برنز ) از طریق محلول جامد سازی ، مستحکم می شوند و جزو قدیمی ترین فلزات آلیاژی محسوب می گردند .

3-1-6) نقره

       نقره نیز فلزی با ساختار مکعب وجوه مرکز دارست . این فلز دارای ضریب هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالا ، داکتیلیته بالا ومقاومت به خوردگی مطلوبی می باشد . از این فلز جدیدا به عنوان زمینه در ابر رساناهای اکسیدی دما بالا بهره گرفته می شود .

3-1-7) نیکل

      نیکل نیز دارای ساختار  FCC بوده که به آن داکتیلیته خوبی می دهد . نکته حائز اهمیت آن است که آلیاژ های نیکل ، ترکیب فوق العاده ای از خواص را از خود بروز می دهند . سوپر آلیاژ های پایه نیکل ( آلیاژهای نیکل – آهن – نقره )، در دمای بالا مقاومت به خزش بسیار خوبی دارند که باعث شده است این آلیاژ ، ماده مناسبی برای استفاده تیغه های توربین محسوب شود .

3-1-8) نایوبیم

      هر چند که گاهی آلیاژ های نایوبیم به عنوان زمینه در کامپوزیت های زمینه فلزی مورد استفاده قرار می گیرند.  اما در بیشتر موارد آنها را به عنوان الیاف در کامپوزیت های ابر رسانا به کار می برند.

3-1-9) ترکیبات بین فلزی

      ترکیبات بین فلزی هنگامی تشکیل می شوند که دو فلز غیر مشابه مطابق قوانین ظرفیت شیمیایی با یکدیگر ترکیب شوند . معمولا پیوند در بین فلزی ها ، از نوع فلزی نیست بلکه ماهیتی یونی یا کوالانسی دارد . چنین آلیاژی را در اصطلاح یک ترکیب بین فلزی می نامند.

ترکیبات بین فلزی عموما دارای ترکیب استوکیومتری بوده و در دیاگرام فازی به شکل یک خط دیده می شوند . البته برخی ترکیبات بین فلزی ساختار کریستالی پیچیده ای دارند و به دلیل داشتن پیوند یونی یا کووالانسی از ماهیت تردی برخوردار می باشند . در برخی از این ترکیبات ، خواص منحصر به فردی همانند استحکام و سفتی مناسب در دمای بالا، چگالی کم و مقاومت به اکسیداسیون عالی، مشاهده می شود . به کارگیری این گونه مواد به عنوان زمینه در کامپوزیت ها، دمای کاری کامپوزیت را افزایش می دهد .

4)روش های تولید

      کامپوزیت های زمینه فلزی را می توان از طریق فرایند های مختلف حالت جامد ، مایع یا گاز تولید نمود . در این فصل برخی از تکنیک های مهم ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی توضیح داده خواهند شد . 

4-1) فرایند های حالت مایع

     کامپوزیت های زمینه فلزی را می توان از طریق آمیخته نمودن یک زمینه فلزی مذاب با تقویت کننده تهیه کرد . استفاده از روش فاز مایع در فرایند تولید، دارای مزایای متعددی است . نزدیک به شکل نهایی بودن قطعه تولیدی ( در مقایسه با فرایندهای حالت جامد مثل اکستروژن یا اتصال دهی نفوذی )، سرعت بالاتر تولید ، و دمای نسبتا پایین مذاب فلزات سبکی مثل آلومینیوم و منیزیم ، از جمله این مزایا به شمار می روند . تکنیک های متداول تولید در حالت مایع را می توان به چهار زیر گروه اصلی تقسیم نمود :

–   ریخته گری یا رخنه دهی مذاب[1] : این فرایند شامل رخنه دادن ( وارد کردن) مذاب فلز داخل یک پیش ساخت[2]ه ذره ای یا رشته ای می شود . درحالت ورود مستقیم رشته های کوتاه یا ذرات به داخل مخلوط حاوی فلز مذاب و ذرات یا رشته های کوتاه سرامیکی ، اغلب به منظور بدست آوردن توزیع همگن ذرات، از هم زدن استفاده می شود .

–   ریخته گری کوبشی یا رخه دهی فشاری : در واقع این روش شامل وارد کردن مذاب با کمک فشار به داخل پیش ساخته های رشته ای یا ذره ای است

.  این فرایند به طور خاص در مورد قطعاتی با شکل پیچیده و نیز جایی که سرعت تولید اهمیت زیادی دارد ، روش مناسبی محسوب می شود.

–   هم رسوبی پاششی : در این فرایند فلز مذاب اتمیزه شده یا پاشیده می شود ، در حالی که یک تزریق کننده سرامیکی را در جریان اسپری وارد کرده و مخلوط گرانوله شده ای از ذرات کامپوزیتی را تولید می نماید . سپس ذرات کامپوزیتی را با استفاده از تکنیک مناسب دیگری مثل پرس داغ، اکستروژن ، فورج یا غیره، متراکم می کنند .

–   فرایند های درجا[3] : در این مورد ، فاز تقویت کننده یا به وسیله واکنش در حین سنتز و یا به وسیله انجماد کنترل شده یک آلیاژ یوتکتیک ، به صورت درجا تشکیل می شود .

4-2 ) فرایندهای حالت جامد

     مهمترین نقطه ضعف تکنیک های حالت مایع ، دشواری آنها در کنترل توزیع تقویت کننده و بدست آوردن زمینه ای با ریز ساختار یکنواخت است . به علاوه در روش های مایع، احتمالا واکنش های فصل مشترکی نامطلوبی بین زمینه و تقویت کنننده در دماهای بالا رخ می دهد . این واکنش ها می تواند اثرات مخربی بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت محصول داشته باشد. متداول ترین فرایند های فاز جامد بر پایه متالورژی پودر استوار است .این فرایند ها عموما شامل کامپوزیت هایی هستند که به صورت غیر پیوسته تقویت شده اند . این انحصار به دلیل سهولت در امر مخلوط کردن و قطعه سازی از آنها می باشد . برای این منظور پودر های فلز و سرامیک مخلوط و سپس به طور ایزواستاتیک در حالت سرد فشرده شده و در نهایت به طور کامل پرس داغ می شود . قطعه تولید شده را نوعا تحت عملیات ثانویه ای همچون اکستروژن یا فورج قرار می دهند. روش های نوین کم هزینه تری همچون تفجوشی – فورج به منظور حذف مرحله پرس داغ نیز مطرح می باشند .

4-2-1) فرایند متالورژی پودر

این فرایند ها مشتمل بر پرس سرد و تفجوشی ، یا پرس داغ است که منجر به ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده با ذرات یا ویسکر می شوند .پودر های زمینه و تقویت کننده به منظور فراهم آمدن توزیعی همگن، با هم مخلوط می گردند .

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه خرید که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشد.

پاسخ دهید