چکيده :

 

بررسي ماهيت تنش آستانه اي،روش هاي اندازه گيري تئوري وعملي ،عوامل موثر وچگونگي محاسبه تنش آستانه اي از جمله مسايل مهمي است که کمتردرمقالات به آن اشاره شده است.هرچند مقالات ومنابع مرتبط با تنش آستانه اي بسيارمحدود است ليک در اين پروژه سعي گرديده تا حدودي با اين مبحث آشنا شويم .

 آنچه در مورد تنش آستانه اي به نظر مي رسد اين مطلب است که با خزش ارتباطي نزديک داشته ومي توان با استفاده از نمودارهاي خزش آن را تحليل کرد.

در واقع مي¬توان گفت تنش آستانه اي به دليل اندر کنش نابجايي ها با ذرات واثر متقابل آنها برهم ايجاد مي شود.به بيان ديگر عدم تقارن نيروي صعود ناشي از عدم تقارن شبکه علت اصلي پيدايش تنش آستانه اي است. اين تنش را مي توان با استفاده از روش برونيابي برروي نمودار         تنش- کرنش ويا باروابط موجود بدست آورد. از جمله پارامترهاي موثر بر آن دما مي باشد که با افزايش آن تنش آستانه اي بشدت افت مي کند. 

کلمات کليدي :خزش ،تنش آستانه اي ،نرخ کرنش ،برون يابي 

 

 

فهرست مطالب                                                                                              

 

چکيده 

فصل اول :مقدمه 

1- مقدمه  1

1-1- فولادهاي كم آلياژي 1

1-1-1- اثرات افزودني هاي ميکروآلياژ کننده 1

1-1-2- انواع گوناگون فولادهاي فريت – پرليت ميکروآلياژ 2

1-1-2-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم  2

1-1-2-2-فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم  5

1-1-2-3-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم – نيوبيوم  6

1-1-2-4- فولادهاي موليبدن – نيوبيوم  7

1-1-2-5-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم – نيتروژن  7

1-1-2-6-فولادهاي ميکروآلياژ شده تيتانيوم  8

1-1-2-7-فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم – تيتانيوم 11

1-2-نکته : 11

فصل دوم :مروري بر منابع 

2-1- معرفي معادلات  خزش: 12

2-2- بررسي تنش آستانه اي در آلياژAl-0/03wt%Sc 14

2-3_ بررسي تنش آستانه اي در آلومينيوم 5083 اصلاحي   16

2-3-1- وابستگي سرعت کرنش حالت پايدار به تنش 15

2-3-2- وابستگي تنش در حالت پايدار به دما 20

2-3-3- مشاهده ريزساختار 21

2-3-4-  آزمايش وجود تنش آستانه‌اي 23

2-3-5-  منشا تنش آستانه‌اي 25

2-3-6-  انرژي فعالسازي واقعي 26

2-3-7- نتايج   27

2-4- بررسي تش آستانه اي در کامپوزيت 5% حجمي Al 2124-Sic 27

2-4-1- ماده آزمايش  28

2-4-1-1- آزمايش مکانيکي 29

2-4-1-2- آزمايش ريزساختار 29

2-4-2- منحني‌هاي خزش 30

2-4-3- آزمايش‌هاي سرعت کرنش ثابت 32

2-4-4- وابستگي سرعت خزش حداقل به تنش در دماهاي مختلف 32

2-4-5- وابستگي سرعت خزش حالت پايدار به دما 33

2-4-6- تفسير رفتار خزش به صورت يک تنش آستانه‌اي 34

2-4-7- منشأ تنش آستانه‌اي 36

2-5- بررسي تنش آستانه اي درکامپوزيتAl–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol.% SiCp 39

2-5-1 - وابستگي تنش آستانه‌اي به دما 43

2-5-2- نتايج 44

2-6-بررسي تنش آستانه اي براي خاصيت فوق خميري درآلياژهاي Al-Mg-Zn 44

2-7-بررسي تنش آستا نه اي در سوپرپلاستيک  48

2-7-1- توضيحات ابتدايي براي ناحيه I 50

2-7-2- پيشرفت‌هاي تفسير ناحيه I 51

2-7-3- تنش آستانه‌اي تحت ناخالصي 51

2-7-4- نتايج 54

2-8- روشهاي اندازه گيري تنش آستانه اي 55

2 -8-1-روش عملي با استفاده از آزمايش خزش 55

2-8-2-روش تئوري با استفاده از مدلهاي موجود 56

2-9-اثر دما برتنش آستانه اي  57

2-10-اثر تاريخچه بارگذاري برروي تنش آستانه اي  59

فصل سوم : نتيجه گيري 

3-1-نتيجه گيري  62

3-2-پيشنهاد 63

منابع  64

 

 

فهرست اشکال

 

شكل (1-1): اثر ميزان سرد كاري روي افزايش استحكام تسليم ناشي از قوي ساختن رسوب در يك فولاد 15/0 درصد واناديوم 3

شکل(1-2): اثر كاربيد نيوبيوم روي استحكام تسليم براي اندازه هاي متفاوت ذرات كاربيدنيوبيوم  5

شكل (الف 1-3):در زبري دانه آستنيت طي گرم کردن مجدد و بعد از نورد گرم براي نگهداري به مدت 30 دقيقه که مقدار تيتانيوم بين080/0% و 022/0% درصد مي باشد 9

شکل (1-3-ب ): وابستگي استحكام دهي رسوب روي اندازه متوسط رسوب (X) و كسر آن مطابق با تئوري و مشاهدات آزمايشي براي افزودني هاي ميكروآلياژ كننده ي داده شده 10

شکل (2-1):نمودار خزش –تنش آلياژ Al-6Mg-2Sc-1Zr 12

شکل (2-2) :هندسه مدل صعود براي آلياژ آلومينيوم 15

شکل (2-3):اثر تنش اعمالي بر سرعت حرکت نابجايي ها 15

شکل(2-4): منحني‌هاي تنش واقعي- کرنش واقعي براي 5083Al 18

شکل(2-5): مثال آزمايش‌هاي افزايش تنش و منحني خزش براي 5083Al  18

شکل (2-6):نمودار کرنش در برابر تنش جرياني در حالت پايدار درمقياس لگاريتمي 19

شکل (2-7):مشاهدات TEM از  5083Al  تا کرنش واقعي 2.3در (a,b) 570=Tو  (C)450=Tکلوين 22 

شکل(2-8)  :وابستگي تنش آستانه‌اي واقعي را به دما نشان مي‌دهد 24

شکل (2-9):مدول برشي بر تنش موثر دربرابر معکوس دماي مطلق 26

شکل (2-10):(a)نمونه منحني خزش براي کامپوزيت Sic-2124 Al vol%5PM. (b) سرعت خزش به عنوان تابعي از کرنش خزش براي کامپوزيت Sic-2124 Al vol%5PM (c ) تنش به عنوان تابعي از کرنش براي کامپوزيت Sic-2124 Al vol%5PM 31

شکل2-11: (a) سرعت خزش حالت پايدار به عنوان تابعي از تنش اعمالي (مقياس لگاريتمي) براي کامپوزيت Sic-2124 Al vol%5PM در K 678 و 648 و 618 (b) توان تنش ظاهري براي خزش در کامپوزيت  Sic-2124 Al vol%5PM  به عنوان تابعي از تنش اعمالي در K 648 ؛ براي مقايسه مستقيم داده‌هاي Al2124PM هم آمده است.  33

شکل (2-12): انرژي فعالسازي ظاهري براي خزش Qa در کامپوزيت Sic-2124 Al vol%5PM  به عنوان تابعي از تنش اعمالي؛ براي مقايسه مستقيم داده‌هاي Al2124PM هم آمده است 34

شکل(2-13) : مقادير تخميني (τ0/G)  به صورت لگاريتم (τ0/G) دربرابر1/T  37

شکل(2-14): نمودار جريان تنش با سرعت کرنش حداقل براي کامپوزيت Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC (نشانه‌هاي بسته نشان دهنده داده‌هاي خزش است درحاليکه نشانه‌هاي توخالي نشان دهنده داده‌هاي آزمايش کششي است.) 41

شکل(2-15): (a) نموداري که نشان دهنده تخمين تنش آستانه‌اي براي خزش نابجايي)5=n) است و (b) تغييرات سرعت خزش وابسته به دما با تنش موثر طبيعي براي کامپوزيت شکل يافته Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC 42

شکل( 2-16): تغيير تنش آستانه‌اي با دما براي کامپوزيت Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol% SiC و آلياژ Al–6Mg–2Sc–1Zr که وابستگي دمايي را نشان مي‌دهد 43

شکل (2-17):نمايش آهنگ کرنش در برابر تنش واقعي براي تعيين تنش آستانه اي (a,b)پودر متالورژي zk61وآلياژهاي مسلح zk60 و(c,d)آلياژ AZ91 و(e,f) آلياژ AZ61,(h,g ) آلياژ AZ31 46

شکل (2-18)وابستگي تنش آستانه اي به دما  47

شکل (2-19): نمايش شماتيک رابطه s شکل بين تنش و سرعت کرنش (مقياس لگاريتمي) که اغلب مشخصه رفتار تشکيل آلياژهاي ريزدانه سوپرپلاستيک است و (b) روابط شماتيک مربوط به اين رفتار، شکل‌پذيري و نقش لغزش مرزي در کرنش کل 49

شکل( 2-20- ((a) نمودار لگاريتم τ0/G به عنوان تابعي از 1/T براي آلياژهاي مختلف Zn-22% Al. داده‌ها براي حاوي120و423و1460 و 40 ppm  (b) نمودار τ0/G به عنوان تابعي از مقدار Fe در Zn-22% Al در دماي 433 کلوين  52

شکل(2-21):روش برون يابي براي تنش آستانه اي 55

شکل (2-22):تاثير دما بر تنش آستانه اي در دماهاي 423و477و533 کلوين 58

شکل(2-23):اثر دما برروي منحني نرخ کرنش – تنش 58

شکل (2-24) :نمودار تاثير دما بر تنش آستانه اي از طريق تئوري وعملي  59

شکل (2-25): تغييرات نسبت کرنش با زمان آزمايش خزش 60

شکل(2-26):تغييرات  با تنش براي آزمايشهاي متعارف ودر تنش متفاوت  61

 

 

فهرست جداول

 

جدول1-1:اثر مقدار منگنز روي قوي ساختن رسوب فولاد ميكروآلياژ شده واناديوم با تركيب پايه 08/0 درصد كربن و 30/0 درصد سيليسيوم  5

جدول2-1:تنش آستانه¬اي در دماهاي مختلف 24

جدول 2-2 :تنش آستانه¬اي بر حسب دما 36

جدول 2-3: مدلهاي مختلف تنش آستانه اي 56

جدول 2-4: نتايج حاصل براي تنش آستانه اي در دماهاي مختلف 56

جدول 2-5:تنش آستانه اي حساب شده با تفسير تنش از نمودار  دربرابر   61

 

 

فصل اول

مقدمه

 

1- مقدمه :

 

 محققان با بررسي در آلياژهاي آلومينيوم به نتايج جالبي در مورد اثر تنش آستانه اي رسيده اند .در اين پروژه سعي مي کنيم با تفکيک اثرات اين تنش برروي مواد مختلف نتيجه اي قابل لمس از مبحث مطروحه بدست آوريم . البته  مقالات در اين زمينه بسيار انگشت شمار وپيوستگي اين مقالات محدود هم کاري دشوار .

 هدف اصلي از اين بررسي اثر بسيار مهم دما برتنش آستانه اي است که با توجه به اين موضوع اهميت بحث حاضر مشخص مي شود.

قبل از ورود به مبحث اصلي لازم است مروري بر فولادهاي ميکروآلياژي داشته باشيم .

 

1-1- فولادهاي كم آلياژي: 

فولادهاي كربني با يك يا چند عنصر كرم ، نيكل ، مس ، موليبدن ، فسفر واناديم، به مقادير چند درصد يا كمتر از فولاد كم آلياژي مي نامند. مقادير بالا از عناصر الياژي معمولاً براي خواص مكانيكي و سختي پذيري است . 

 

1-1-1- اثرات افزودني هاي ميکروآلياژ کننده : 

اين بخش بر روي فولادهاي پرليت – فريت ميکروآلياژ شده تاکيد کرده است ، که از افزودني هاي عناصر آلياژ کننده مثل نيوبيوم و واناديوم براي بالا بردن کربن و يا محتواهاي منگنز استفاده مي کند ( و به اين ترتيب توانايي حمل بار بالا مي رود ) بررسي هاي گسترده در طول دهه 1960 بر روي اثرات نيوبيوم و واناديوم روي خصوصيات مواد يا مصالح درجه ساختماني باعث کشف اين موضوع گرديد که مقادير کم نيوبيوم، واناديوم هر کدام (10/0% ) فولادهاي استاندارد کربن – منگنز را بدون تداخل با بعمل آوري بعدي مستحکم و قوي مي سازند مقدار کربن نيز مي تواند کم شود تا هم قابليت جوش را بالا ببرد و هم چقرمگي را ، چون اثرات مقاومت دهندگي نيوبيوم و واناديوم بخاطر کاهش در استحکام ناشي از کاهش در مقدار کربن جبران مي شوند . 

خصوصيات مکانيکي فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالاي ميکرو آلياژ شده ، فقط در صورت افزايش عناصر ميکرو آلياژ کننده حاصل مي شوند . لازمه ي وجود آستنيت که به اثرات پيچيده طرح آلياژ و تکنيک هاي نورد کاري بستگي دارد ،  نيز يک فاکتور مهم در تصفيه دانه اي فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالاي نورد گرم است . تصفيه دانه اي در صورت وجود آستنيت با روش هاي نورد کاري کنترل شده ، باعث چقرمگي بالا و استحکامهاي تسليم زياد در رنج 345 تا 620 مگا پاسکال(ksi 90 تا 50) مي شود.

اين توسعه فرآيندهاي نوردکاري کنترل شده همراه با طرح آلياژ، سطوح استحکام تسليم بالايي را توليد کرده است که با پايين آمدن تدريجي مقدار کربن توام مي باشد بسياري از فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالا ميکروآلياژ شده اختصاصي ، مقادير کربن به كمي 60/0% و يا حتي كمتر دارند ، با اين حال هنوز مي توانند استحکام تسليم حدود 485 مگا پاسکال (ksi 70) را توسعه داده و ايجاد نمايند . استحکام تسليم بالا  ، با اثرات ترکيبي اندازه دانه ريز ايجاد شده و در طول نورد کاري گرم کنترل شده و استحکام دهندگي رسوب حاصل مي شود که اين خصوصيت ناشي از حضور واناديوم ، نيوبيوم و تيتانيوم است .]1[ 

 

1-1-2- انواع گوناگون فولادهاي فريت – پرليت ميکروآلياژ شده عبارتند از : 

1-1-2-1-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم 

1-1-2-2-فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم 

  1-1-2-3-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم – نيوبيوم 

1-1-2-4- فولادهاي موليبدن – نيوبيوم 

1-1-2-5-فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم – نيتروژن 

1-1-2-6-فولادهاي ميکروآلياژ شده تيتانيوم 

1-1-2-7-فولادهاي ميکروآلياژ شده نيوبيوم – تيتانيوم 

   1-1-2-8-فولادهاي ميکروآلياژ شده تيتانيوم – واناديوم 

 

 

1-1-2-1- فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم : 

تهيه و توسعه فولادهاي حاوي واناديوم مدت کوتاهي پس از تهيه فولادهاي هوازدگي رخ مي‌دهد و محصولات نورد شده صاف با بيش از 10/0%  واناديوم بطور وسيعي در شرايط نورد گرم بکار مي روند فولادهاي حاوي واناديوم نيز در شرايط نورد کنترل شده ، نرمال شده و يا کوئنچ و تمپر شده بکار مي روند . 

واناديوم با تشکيل ذرات رسوب ريز ( با قطر 5  الي 100 نانومتر ) V (CN) در فريت در طول سرد سازي پس از نورد گرم به قوي ساختن کمک مي کند . اين رسوبات واناديوم ، که به پايداري رسوبات نيوبيوم نيستند ، محلول در همه دماهاي عادي نورد کاري هستند که براي ايجاد فريت دانه ريز مفيد مي باشند قوي ساختن به وسيله واناديوم ، بين 5تا 15 مگا پاسکال ( ksi 2 و 7/0 ) در هر 01/0 ترکيب شيميايي واناديوم است و اين حد متوسط به مقدار کربن و سرعت سرد سازي حاصل از نورد گرم بستگي دارد ( و بنابراين به ضخامت مقطع نيز بستگي دارد ) سرعت سرد سازي که با دماي نورد گرم و ضخامت مقطع معين مي شود برروي قوي ساختن سطح رسوب در فولاد 15/0% واناديوم تاثير مي گذارد که در شکل 1-1 نشان داده شده است . 

 

 

شكل (1-1) اثر ميزان سرد كاري روي افزايش استحكام تسليم ناشي از قوي ساختن رسوب در يك فولاد 15/0 درصد واناديوم ]1[

 

 

در سرعت هاي سرد سازي بالا بيشتر ذرات (CN) V در محلول باقي مي ماند و بنابراين بخش کوچکتري از ذرات (CN) V رسوب کرده و قوي ساختن نيز کاهش مي يابد در مورد يک ضخامت مقطع داده شده و محيط سرد سازي  ، سرعت هاي سرد سازي مي توانند با افزايش يا کاهش دما قبل ازسرد سازي به ترتيب افزايش يافته و يا کاهش يابند. افزايش دما باعث بزرگتر شدن اندازه دانه اي آستنيت مي شود در حاليکه کاهش دماي نورد کاري را دشوار تر مي سازد . 

مقدار منگنز نيز بر روي استحکام دادن فولادهاي ميکروآلياژ شده واناديوم تاثير مي گذارد اثر منگنز روي فولاد واناديوم نورد شده گرم در جدول (2-1) نشان داده شده است با افزايش 9/0 درصد منگنز که ناشي از قوي ساختن محلول جامد است . قوي کردن رسوب واناديوم نيز افزايش مي يابد چون منگنز دماي تغيير شکل آستنيت به فريت را پايين مي آورد به اين ترتيب باعث پراکندگي رسوب ريزتر مي شود . اين اثر منگنز روي قوي ساختن رسوب بزرگتر از اثرش در فولادهاي نيوبيوم است با اينحال استحکام مطلق در يک فولاد نيوبيوم داراي Mn 2/1 % فقط حدود 50 مگا پاسکال (ksi 7) کمتر از فولاد واناديوم است اما در سطح آلياژي بسيار کمتري است ( يعني nb 06/0 % در برابر 14/0% واناديوم ) سومين عاملي که روي استحکام فولادهاي واناديوم تاثير مي گذارد اندازه دانه اي فريت توليد شده بعد از سرد سازي از دماي آستنيت کننده است . اندازه هاي دانه اي فريت ريزتر (که نه تنها باعث استحکام هاي تسليم بالاتر شده بلکه چقرمگي و شکل پذيري را نيز بالا مي برند) مي توانند با دماهاي تغيير شکل کمتر آستنيت به فريت و يا با شکل گيري اندازه هاي دانه اي آستنيت ريز تر قبل از تغيير شکل توليد شوند پايين آوردن دماي تغيير شکل که روي قوي ساختن سطح رسوب تاثير مي گذارد مي تواند با افزودن آلياژ و يا با سرعت هاي سردسازي افزايش يافته ايجاد شود  در مورد يک سرعت سرد سازي داده شده تصفيه اندازه دانه فريت و تصفيه اندازه دانه آستنيت در طول نورد کاري صورت مي گيرد . 

اندازه دانه آستنيت فولادهاي نورد گرم با تبلور مجدد و رشد دانه اي آستنيت در طول نورد کاري معين مي شود فولادهاي نورد گرم واناديوم معمولاً دستخوش نوردکاري قراردادي قرار مي گيرند اما با نورد کنترل شده تبلور مجدد توليد مي شود. با نورد کاري قراردادي فولادهاي واناديوم قوي ساختن مناسب رسوب را تهيه کرده و قوي ساختن نسبتاً کمي را از تصفيه دانه ايجاد مي کنند استحکام تسليم حداکثر فولادهاي واناديوم نورد گرم قراردادي با 25/0 درصد کربن و 087/0 درصد واناديوم حدود 450 مگا پاسکال (ksi  65) است . حد عملي استحکام هاي تسليم براي فولاد ميکرو آلياژ شده واناديوم نورد گرم حدود 415 مگا پاسکال (ksi  60) است حتي وقتي تکنيک هاي نورد کاري کنترل شده بکار روند . 

فولادهاي واناديوم که در معرض نورد کاري کنترل شده تحت تبلور مجدد قرار مي گيرند نياز به اضافه کردن تيتانيوم دارند بطوريکه رسوب ريزي ازTiN  تشکيل مي شود که رشد دانه آستنيت را بعد از تبلور مجدد محدود مي سازد .  استحکام هاي تسليم از نورد کاري کنترل شده قراردادي به حد عملي حدود 415 مگا پاسکال (ksi  60) محدود شده است که به دليل فقدان تاخير تبلور مجدد است وقتي هم استحکام و هم چقرمگي ضربه اي از جمله عوامل مهم باشند در اين صورت فولاد نيوبيوم کم کربن و نورد کاري شده کنترل شده قابل ترجيح است ( مثل ورقه مقاوم به ترک خوردگي تحريک شده هيدروژن 60- X )]1[.

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.