دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد 

تمایل : روش شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

عنوان :  اثر عملیات گرمایی پیرسازی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ نیکل تیتانیم

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

 پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته

 مهندسی مواد، تمایل روش شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

 عنوان پایان نامه

اثر عملیات گرمایی پیرسازی بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ نیکل تیتانیم غنی از نیکل-5/57 درصد وزنی نیکل

استاد راهنما: دکتر علی شکوه­فر

واسه رعایت تکهایی از متن پایان نامه مثلا :

(ممکنه هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزه یا بعضی نمادها و اشکال درج نشه ولی در فایل دانلودی همه چیز منظم و کامله)

چکیده:

آلیاژای نیکل تیتانیم به خاطر خواص ترمومکانیکی، سوپرالاستیکی و حافظه داری ویژه ای که دارن، از معروفیت زیادی دارن
این آلیاژها به دلیل دارا بودن مقاومت به خوردگی بالاو موافقت خوب با بدن، کاربرد زیادی در مصارف پزشکی مثل سیمای ارتودنسی و لوازم اورتوپدی و جراحی پیدا کردن
در سالای گذشته پیشرفت و رشد کاربردهای آلیاژهای نیکل تیتانیم در موارد صنعتی و تجاری هم دیده می شه
قابای عینک، آنتن گوشی موبایل، پوشش سیل کننده فشار بالا در انژکتور سوخت دیزلی و محافظ باتری لیتیم از موارد این کاربردها هستن
رفتار حافظه داری گرمایی و مکانیکی در این آلیاژها بستگی مستقیم به استحاله مارتنزیتی اونا داره
آلیاژهای نیکل تیتانیمی که بیشتر از 55 درصد وزنی نیکل دارن در طول پیرسازی رسوبات Ni4Ti3، Ni3Ti2 و Ni3Ti ایجاد می کنن
ذرات رسوب حاصل و تغییرات ترکیب شیمیایی زمینه، تاثیر زیادی بر استحاله مارتنزیتی و خواص مکانیکی آلیاژ دارن
هر رسوبی در آلیاژ غنی از نیکل واسه ایجاد شدن، محدوده دمایی و زمانی خود رو داره
بنا براین میشه پیرسازی رو به نحوی انجام داد که خواص مکانیکی و خواص حافظه داری مورد نظر انجام بشه
در این پروژه، اثر دما و زمان پیرسازی بر ریز ساختار و خواص مکانیکی آلیاژ نیکل تیتانیم با 5/57 درصد وزنی نیکل بررسی شد
به این منظور پس از ریخته گری آلیاژ مورد نظر و تهیه شمش، اول به بررسی دما و زمان مناسب برابر سازی پرداخته شد که دمای oC1100 و زمان 4 ساعت واسه این منظور انتخاب گردید
بعد شرایط بهینه عملیات محلولی بررسی شد که در این حالت دمای oC1100 و زمان 1 ساعت نتیجه مطلوب رو حاصل کرد
محدود دمایی 400 تا oC700 به عنوان محدوده دمایی عملیات پیرسازی انتخاب گردید و نمونه ها در زمانای 5/0، 1، 8 و 16 ساعت تحت عملیات پیرسازی قرار گرفتن
استواری پایانی بهینه به همراه داکتیلیته مناسب در دمای oC 500 و زمان 16 ساعت بدست اومد
بررسی یافته های سختی نشون میده که با افزایش زمان عملیات گرمایی سختی نمونه ها کم شده و هم اینکه سختی نمونه های عملیات محلولی شده به دلیل ایجاد زمینه فوق اشباع از نیکل، بالاتره

کلمات کلیدی: آلیاژ نیکل تیتانیم غنی از نیکل، پیر سازی، خواص مکانیکی، استحاله مارتنزیتی، برابر سازی

فهرست مطالب

فصل اول مقدمه

1

فصل دوم مروری بر منابع

4

          1-2 تاریخچه و کاربرد

5

          2-2 ذوب و ریخته گری آلیاژ NiTi

6

          3-2 فازهای ثانویه در آلیاژهای NiTi غنی از Ni

7

          4-2 رسوب Ni4Ti3

12

          5-2 عملیات گرمایی(پیرسازی)

15

                   1-5-2  مقدمه ای بر وجود فاز R

15

                   2-5-2  استحاله فازی مارتنزیتی دو مرحله ای و سه مرحله ای

16

                    3-5-2 توضیحات ریز ساختاری و کریستالوگرافی

20

          6-2 بررسی خواص مکانیکی

23

                   1-6-2 خاصیت سوپرالاستیکی

23

                   2-6-2  اثر حافظه داری

24

                   3-6-2  بررسی رفتار سوپر الاستیسیته آلیاژ NiTi55

30

                   4-6-2 اثر دمای پیرسازی بر نا آرومی تسلیم

36

                   5-6-2  اثر اندازه رسوبات بر رفتار نا آرومی-کرنش

37

                   6-6-2 سختی در آلیاژای NiTi غنی از نیکل

39

                             1-6-6-2 سختی در آلیاژای NiTi غنی از نیکل

39              

        2-6-6-2 اثر عملیات گرمایی برروی سختی

39

فصل سوم روش انجام آزمایش

42

          1-3 ریخته گری

43

          2-3 عملیات برابر سازی و محلول سازی

46

          3-3 تست DSC

47

          4-3 نورد

48

          5-3 نمونه سازی

49

          6-3 عملیات گرمایی

49

          7-3 بررسی ریزساختاری

52

          8-3 تست کشش و سختی

52

فصل چهارم یافته های و بحث

54

          1-4 برابر سازی و بررسی ریزساختاری

55

                   1-1-4 اثر محیط سرد کنندگی بر رفتار استحاله ای

66

          2-4 محلول سازی

68

          3-4 سختی نمونه های برابر شده و عملیات محلولی شده

70

          4-4 عملیات گرمایی پیرسازی

73

          5-4 سختی

105

5- نتیجه گیری و پیشنهادات

108

پیوست1: لیست مقالات ارائه شده

111

مراجع و مآخذ

112

چکیده انگلیسی

115

مقدمه

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از آلیاژ ها با توانایی منحصر به فرد بازیابی مقادیر خیلی از تغییر فرم خود (تا حدود 8%) هستن
در این حالت نمونه می تونه تحت نا آرومی های وارده در حد مجاز تغییر شکل بده و دوبارهً با گرما دادن به شکل ابتدایی خود باز شه؛ یا پس از برداشتن بار مکانیکی به شکل الاستیک به شکل اولین خود باز شه
در حالت اول پدیده حافظه داری و در حالت دوم پدیده سوپر الاستیک و یا شبه الاستیک رخ داده
وجود خواص حافظه داری و سوپرالاستیک در آلیاژهای با نسبت اتمی مساوی (معمولاً غنی تر از نیکل) از Ni و Ti دیده می شه
اما به دلیل پایداری فاز بین فلزی NiTi در یک محدوده ترکیبی، آلیاژهای زیادی با ترکیب های غیر استوکیومتری وجود دارن
مقاومت به سایش بالا، مقاومت به خوردگی مناسب و توانایی موافقت با بدن موجودات زنده از دیگه خواص آلیاژهای حافظه دار NiTiه
این آلیاژها هم اینکه به دلیل توانایی میرایی بالایی که دارن در کاربردهای مربوط به جذب ارتعاشات هم به زیادی مورد استفاده قرار می گیرند
وجود این خواص مطلوب مهندسی در این ماده، نایتینول رو به عنوان آلیاژی مناسب واسه کاربرد های پیشرفته معرفی می­کنه
خاصیت میرایی این آلیاژ کمی کمتر از ویسکرهایی مثل اکریلیک و لاستیکه ولی نسبت به مواد نامبرده دارای استواری و مدول الاستیک بالاتری می باشه
آلیاژهای با نسبت اتمی مساوی از نیکل و تیتانیم و معمولاً غنی تر از نیکل به دلیل امکان کنترل مراحل استحاله با استفاده ازعملیات گرمایی و پیرسازی، واسه تولید آلیاژ نایتینول بیشتر مورد توجه می باشن
پدیده حافظه­داری به دلیل سهولت انجام استحاله مارتنزیتی و برگشت­پذیری آسون اینه
عملیات گرمایی آلیاژهای NiTi بیشتر به خاطر بهتر کردن خواص مکانیکی اجزا و قطعات ساخته شده از آن و هم کنترل دماهای استحاله اون انجام می گیرد
انجام این پروسه تاثیرات بسیاری روی ریزساختار این آلیاژها و پس روی خواص اونا داره

استفاده از آلیاژهای حافظه دار NiTi غنی از Ni همیشه مهم بوده، چون که با اضافه کردن Ni به اونا امکان کنترل دماهای انتقالی جفت و جور می آید (با اضافه کردن at
Ni %1/0 دماهای انتقالی حدود K20 کاهش پیدا می کنن)
این آلیاژها به دلیل مقدار نیکل بالایی که دارن، سختی و مقاومت به سایش و خوردگی بالایی از خود نشون میدن
هم اینکه در این آلیاژها میشه با عملیات گرمایی مناسب به خواص حافظه داری مناسب و استواری و چقرمگی مورد نظر رسید
انتخاب سیکل عملیات گرمایی به عنوان روش کار آزمایش و هم اینکه بررسی روابط حاکم بین کمیتای مکانیکی و ریز ساختاری با استفاده از یافته های بدست اومده از مجموعه مقالات و منابع مربوط به موضوع آزمایش، از اهداف اصلی این پروژه س
این مقالات به همراه بررسی و رابطه بین اونا در فصل دوم آورده شدن
دو هدف کلی از انجام این آزمایشات دنبال می شه:

  • ایجاد رابطه بین خواص ریز ساختاری و خواص مکانیکی نمونه های عملیات گرمایی شده و چگونگی تاثیر این خواص بر همدیگه
  • گرفتن محدوده دمایی و زمانی بهینه عملیات گرمایی واسه رسیدن به خواص مطلوب ریز ساختاری و مکانیکی آلیاژ نیکل تیتانیم غنی از نیکل

توضیح کامل روش تهیه نمونه ها، روش انجام عملیات گرمایی و لوازم مورد استفاده و تستای متالوگرافی و مکانیکی در فصل سوم آورده شده

 

 

مروری بر منابع

 

 

1-2 تاریخچه و کاربرد

حافظه داری[6] پدیده ای منحصر به فرد در بعضی از آلیاژ هاست که ماده پس از پذیرش یک تغییر فرم پلاستیک در دمای پایین به وسیله گرما دادن به شکل ابتدایی خود باز می شه
این خاصیت اولین باردر سال 1951 به وسیله چنگ و رید[7] در آلیاژهای Au-Cd مشاهده گردید[1]
در سال 1961 بوهلر و وایلی [2] در آزمایشگاه نظامی نیروی دریایی آمریکا این خاصیت رو در سری آلیاژهای Ni و Ti توجه کردن و نام اون رو در حالت کلی 55 نایتینول[8] نهادند که در اون نیکل از مقادیر53 تا 60 در صد وزنی رو می تونه دارا باشه
از آن پس این خاصیت در بعضی فلزات، سرامیکا و حتی پلیمرا هم مشاهده شد
اما مواد حافظه دار فلزی که اکثراً آلیاژهای حافظه دار هستن، خاصیت حافظه داری بیشتری نسبت به مواد دیگه دارن
از مهمترین این آلیاژها میشه به غیر از آلیاژهای Ni-Ti، به آلیاژهای پایه مس مثل Cu-Zn-Al  و Cu-Al-Ni هم اشاره نمود
در بین این دو سیستم آلیاژی، آلیاژای Ni-Ti دارای خواص مکانیکی و حافظه داری بهتری هستن طوریکه تا 8 درصد کرنش پلاستیک رو بازیابی می کنن و نسبت به آلیاژهای پایه مس، پایداری گرمایی مطلوب تری رو از خود نشون میدن
این آلیاژ استواری خستگی و چقرمگی بالایی داره که طبق این خاصیت، این ترکیب کاربردهای زیادی در صنایع نظامی و پزشکی پیدا کرده[2]

با اینکه این روزا حجم بالایی از کاربردهای آلیاژهای حافظه دار در مورد زمینه های پزشکیه، اما کاربردهای زیادی هم در بخشای جور واجور صنعتی در حجم بالا واسه این آلیاژها بوجود آمده
استفاده از این آلیاژها در صنعت بیشتر در بستا و مفصلا (کوپلینگ) و در بخشای نظامی بوده
قاب عینک از موارد دیگه ایه که از خاصیت سوپرالاستیسیتی این آلیاژا استفاده می کنه
آنتن گوشی موبایل هم یکی دیگه از موارد کاربرد سیمای سوپرالاستیکه
تقویت لحیم SnPdAg در مقابل شکست در اثر تنشای گرمایی، یکی دیگه از موارد کاربرد صنعتی پودر NiTi سوپرالاستیکه
در قسمت اتومبیل سازی، تولید کنندهای اروپایی اتومبیل، به مدت طولانی از آلیاژهای حافظه دار به عنوان فعال کننده واسه انتقال روون در جعبه دنده استفاده می کردن
این روزا از درپوش  NiTiNb واسه آب بندی مسیرهای سوخت با فشار بالا در موتورهای انژکتوری دیزلی استفاده می شه
محرکای حافظه دار هم اینکه در ساخت دریچه یا سوپاپ اطمینان در کاربردهای صنعتی هم استفاده می شه
کاربرد محرکی جدید شامل یک قطع کننده گرمایی واسه محافظت یونای لیتیم باتری در مقابل افزایش غیر قابل کنترل دما، در اثر شارژ زیاد و یا اتصال کوتاهه[3]

2-2 ذوب و ریخته گری آلیاژ NiTi

واسه تولید آلیاژ NiTi به روش ذوبی، به دلیل میل به عکس العمل بالایی که این آلیاژ داره، ذوب باید در خلا انجام گیرد
معمولا دو روش ذوب القایی تحت خلا(VIM) و ذوب با قوس مصرف شونده (VAR) استفاده می شه[4]
در روش VIM معمولاً از بوته گرافیتی یا کلسیا استفاده می شه
در این حالت در صورت استفاده از بوتهایی از جنس مگنزیا و آلومینا، مذاب NiTi به اکسیژن آلوده می شه
مذاب NiTi در بوته گرافیتی دچار آلودگی با کربن می شه
با نگهداشتن دمای ذوب زیر oC1450 موقع استفاده از بوته گرافیتی میشه مقدار کربن رو در شمش VIM بین 200 تا ppm500 کنترل کرد[5]
در روش VAR الکترودهای مصرفی NiTi ذوب می شن و به شکل مسی آب گرد منجمد می گردن
در این حالت به دلیل اینکه آلودگی از طرف بوته وجود نداره ماده پایانی تمیزتر و مقدار کربن کمتر از ppm200ه
ولی نکته ای که در این حالت هست اینه که منطقه ذوب در این روش فقط به محدوده کوچیکی که قوس زده می شه، محدود می شه درنتیجه برابری در ساختار کمتر می شه (در مقایسه با VIM)
واسه برابر شدن ساختار در این حالت از چندین بار ذوب استفاده می شه

دو روش کلی واسه ریخته گری قطعات نایتینولی هست: ریخته گری به شکل های موقتی و ریخته گری دایکست
البته استفاده از روش ریخته گری دقیق واسه ساخت قطعات پیچیده از این آلیاژها روش بسیار مناسب تری می باشه
این روش واسه آلیاژهای NiTi غنی از نیکل مناسب می باشه چون که انجام ماشین کاری و یا به­عبارت دیگه ساخت قطعات پیچیده به روش های رایج از این آلیاژها مشکل می باشه[5]

بعد از ذوب معمولاً شمش NiTi ریخته شده، در دمای بالا فورج و یا نورد می شه تا به شکل میله و یا تختال در­آید
اکستروژن بیلتای NiTi در دمای oC850 و oC950 انجام شده[6]
اینجور کارگرمی ساختار ریخته گری رو در هم می ریزه و خواص مکانیکی رو بهتر کنه
دماهای کارگرم بهینه معمولاً در حدود oC800 گزارش شده
جایی که فلز کارپذیره و اکسید شدن سطحی در هوا خیلی شدید نیس[5]
کارسرد NiTi تا حدودی پیچیدهه چون آلیاژ به سرعت کار سخت می شه
در این حالت نیازه تا در بین پاسای شکل دادن، عملیات آنیل در دمای oC800-600 انجام شه تا شکل پایانی بدست آید

3-2 فازهای ثانویه در آلیاژهای NiTi غنی از Ni

در بررسی آلیاژهای NiTi غنی از نیکل، مسئله مهم بررسی فازهای بین فلزی رسوبیه
تشکیل فازهای ثانویه در آلیاژهای غنی از نیکل سخت تر از تشکیل رسوبات درآلیاژهای غنی از تیتانیم و یا آلیاژهای با درصد مساوی نیکل و تیتانیمه
طبق دیاگرام فازی NiTi حلالیت بیشتر از حد نیکل در فاز زمینه NiTi خیلی زیادً پیرو درجه گرما عملیات آنیلینگه
حلالیت نیکل از مقدار 7 درصد اتمی در دمای oC 1118 به مقدار صفر در دمای   oC630 کاهش پیدا میکنه
پس انتظار اینکه زمینه در دماهای بالا اشباع از نیکل باشه، هست
تحقیقات نشون میده که جدا از اینکه وجود فاز ثانویه Ni3Ti احتمال رسوب فازهای نامتعادل دیگری مثل Ni3Ti2 و Ni4Ti3 هم هست
ساختار اینطور رسوبات رو به شکل زیر میشه ارائه داد[7]:

 

در این رابطه BO زمینه فوق اشباع آلیاژ TiNiه
B1 ترکیب تعادلی زمینه با رسوبات Ti11Ni14 (Ni4Ti3) و همین قانون در مورد فازهای B2،B3 و

صادقه
شکل 1-2 دیاگرام فازی آلیاژ دوتایی NiTi رو نشون میده
دمای تغییر فاز، خواص مکانیکی و خواص حافظه داری آلیاژهای غنی از نیکل به وسیله رسوبات ثانویه تحت تاثیر قرار می گیرن

فاز زمینه و سطوح نا آرومی حاصل از رسوبات وابسته به دمای آنیلینگ بوده که بر دماهای تغییر فاز تاثیر می ذارن
چون یک درصد اتمی نیکل اضافی در فاز زمینه می تونه دمای شروع مارتنزیت رو به اندازه oC 100 کم کنه
هرچه عکس العمل رسوبات کاملتر شه و ترکیب حاصل به ترکیب فاز زمینه نزدیکتر باشه(ترکیب مساوی از Ni و Ti)، دماهای تغییر فاز افزایش پیدا می کنن که این با افزایش دماهای آنیلینگ بیشتر می شه
چون نا آرومی حاصل از رسوبات بزرگ و ناهمگن ممکنه به محلی جهت رشد مارتنزیت تبدیل شه و باعث افزایش دماهای تغییر فاز شه
خواص مکانیکی آلیاژ NiTi پیرو شکل و برابر بودن رسوباته که هرچه رسوبات ریزتر و برابر تر باشن استواری به دلیل افزایش نا آرومی بحرانی لغزش زیاد می شن

تعداد صفحه :135

قیمت : 14700 تومن

com/?checkout=3113″ method=”post” name=”frm_jahanpay3113″>

بی معطلی پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار میگیره

و در جدا از اینکه فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شه

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]
com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارین می تونین مبلغ مورد نظر واسه هر فایل رو کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز رو به ایمیل ما ارسال کنین تا فایل رو از راه ایمیل دریافت کنین

***  *** ***

متن کامل در سایت sabzfile.com