هدف از این تحقیق رسیدن به درک بهتری از نقش ریزساختار ناحیه ذوب جزیی (pmz) روی ارتباط بین ترک ذوبی و ترک انجمادی در آلیاژ آلومینیوم 2024 بود. بدین منظور برای تغییر ویژگی های ریزساختار فلز پایه از فرایند هم زن اصطکاکی (fsp) استفاده شد. با استفاده از فرایند fsp روی سطح آلیاژ آلومینیوم قبل از جوشکاری لیزری، ترک های ذوبی به شدت کاهش یافتند. fsp با تغییر سه ویژگی مهم ریزساختاری فلز پایه شامل اندازه و توزیع رسوبات بین فلزی و اندازه دانه پایه روی تغییر رفتار ترک های ذوبی تاثیر گذاشت. مشخص شد کاهش اندازه دانه ها و افزایش ضخامت فاز مذاب مرزدانه ای pmz حاصل از جوشکاری لیزری روی نمونه های fsp شده، به توزیع یکنواخت کرنش و انعطاف پذیری pmz و در نتیجه کاهش حساسیت به ترک ذوبی و انجمادی کمک می کند. در نتیجه با فرایند fsp، تمایل ترک ذوبی در pmz و ایجاد ترک انجمادی در فلز جوش در ادامه ترک ذوبی، به وسیله جایابی تنش ها کاهش می یابد. این نتیجه که با کاهش تمایل ترک های ذوبی تمایل ترک های انجمادی نیز کاهش می یابد، به بهبود نظریه های مربوط به ارتباط ترک ذوبی و انجمادی در جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم 2024 کمک می کند.

جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw)، بسیاری از مشکلات و محدودیتهای ناشی از ذوب و انجماد فلز جوش را ندارد و با کنترل متغیرهای آن می توان به ریزساختار و خواص مکانیکی مناسب در موضع اتصال رسید. پژوهش حاضر به بررسی نحوه پیدایش ریزساختار در متغیرهای مختلف fsw و تأثیر آن بر خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن دوپلکس 2205 saf می پردازد. یک ابزار ساده از جنس wc-co برای فرآوری ورقهای mm 2 در سرعتهای چرخشی 200، 400، 600 و rpm 800 و سرعتهای جوشکاری 50، 100، 150، 200، 250، 300 و mm/min 350 به کار رفت. مطالعه ریزساختار و مشخصات بافتی ناحیه همزده (sz) با آنالیز تفرق الکترونهای برگشتی (ebsd) مشخص کرد که در فریت، فرآیند تبلورمجدد دینامیکی پیوسته و در آستنیت، فرآیندهای تبلورمجدد ایستایی و دینامیکی پیوسته اتفاق می افتد و سبب تشکیل دانه های ریز هم محور می گردد. تغییرات اندازه دانه و ویژگیهای بافتی نشان داد که ماده در سمت پیشرونده sz تغییرشکل پلاستیک بیشتری را متحمل می شود و بنابراین اندازه دانه ها در این ناحیه کوچکتر از سایر نقاط جوش است. علاوه بر این، با افزایش سرعت جوشکاری و یا کاهش سرعت چرخشی، با وجود ثابت ماندن نسبت ?/?، اندازه دانه های دو فاز در ناحیه همزده کاهش و بدین ترتیب متوسط سختی و استحکام کششی در sz افزایش می یابد. این نتایج بوسیله ارتباط بین متغیرهای جوشکاری و دمای بیشینه جوش تشریح شد. همچنین، شکلهای قطبی حاصل از مرکز جوش مشخص کرد که بافت برشی ناشی از چرخش پین، با افزایش سرعت جوشکاری و کاهش سرعت چرخشی به تدریج ناپدید می گردد.

فرآیند همزن اصطکاکی (fsp) یک روش حالت جامد برای اصلاح موضعی ریزساختار است که بر اساس جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw) ابداع شده و در حال تحقیق و توسعه می باشد. از این روش برای ایجاد کامپوزیت سطحی استفاده شده است. یک دسته مهم از کامپوزیت های سطحی، کامپوزیت های هیبریدی حاوی ذرات روانکار است که در کاربردهای مقاوم به سایش مورد استفاده قرار می گیرند. تاکنون در تولید این کامپوزیت ها موفقیت چشمگیری حاصل نشده است. در این تحقیق، ابتدا تولید کامپوزیت هیبریدی با استفاده از fsp در سطح آلیاژ a356 و با ذرات sic و mos2 امکان سنجی شد. بدین منظور نمونه هایی از آلیاژ a356 با ضخامت cm 1 تهیه و شیارهایی با عمق mm 5/3 و عرض mm 6/0 روی آنها ایجاد شد. سپس ذرات مذکور مخلوط و در شیارها ریخته شد. جهت ایجاد کامپوزیت در سطح، fsp با استفاده از ابزاری از جنس فولادh13 و در سرعت های چرخش ابزار 500 تا rpm1600 و در سرعت های حرکت ابزار 12 تا mm/min 120 انجام شد. در ادامه تأثیر متغیرهای مختلف بر سیلان مواد، توزیع و اندازه ذرات، سختی و رفتار سایشی کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. در طی ایجاد کامپوزیت در سطح آلیاژ a356 بوسیله fsp، ریزساختار غیر همگن آلیاژ مذکور همگن می شود. با افزایش سرعت چرخشی و کاهش سرعت حرکت ابزار، سیلان عمودی مواد افزایش یافته و نواحی مجزای کامپوزیتی، تبدیل به یک ناحیه یکپارچه می شود. با افزایش سرعت چرخشی از 630 تا rpm 1000 و کاهش سرعت حرکت از 120 تا min/mm 80 اندازه ذرات کاهش می یابد. افزایش بیشتر سرعت چرخشی و کاهش بیشتر سرعت حرکت نتیجه عکس دارد. بررسی رفتار سایشی کامپوزیت a356/sic/mos2 نشان داد که مقاومت به سایش آلیاژ زمینه، در اثر ایجاد کامپوزیت سطحی بوسیله fsp ، تقریباً دو برابر شد.

روش پاشش سرد روش نوینی از خانواده پاشش حرارتی است. پوشش های حاصل از این روش به دلیل گرمای کم ورودی و نبود ذوب و انجماد تفاوت زیادی با پوشش های حاصل از روش های دیگر پاشش حرارتی دارند. در این تحقیق پس از ساخت دستگاه و تهییه نمونه هایی از پوشش از سه نوع ماده متفاوت آزمایش هایی برای بررسی کیفیت پوشش ها انجام شد. بررسی های میکروسکوپی نشان داد که ساختار پوشش کاملا بافت دار است و دانه های پودر تغییر شکل شدید داده اند. نسبت پهن شده گی برای پودر های مختلف بین 1.68 تا 10 برآورد شد که نشان دهنده تغییر شکل شدید پودر درحین فرایند است. میزان تخلخل در پوشش نیز با استفاده از چگالی سنجی اندازه گیری شد.تخلخل در تمامی موارد کمتر از 10 و در مورد پوشش های با کیفیت تر کمتر از 2 در صد بود. با افزایش دما و فشار گاز فرایند، مقدار تخلخل کاهش یافت. با استفاده از سختی سنجی تلاش شد لایه های مختلف پوشش بررسی شوند. لایه های اولیه پوشش در اثر اثر چکش کاری لایه های بعدی به شدت سخت شده اند.

پوشش دهی فلزات برای ایجاد خواص بهتر و یا متفاوت، از قدمت زیادی برخوردار است. روش های معمول پوشش دهی شامل آبکاری الکتریکی و یا الکترولس، پوشش کاری به روش غوطه وری، روکش کردن، پوشش کاری نفوذی، پوشش کاری تبدیلی، پوشش کاری پاششی و غیره است. این پوشش ها معمولا علاوه بر تغییر خواص سطحی مانند سختی، مقاومت به خستگی، مقاومت به سایش، خواص الکتریکی و غیره، به عنوان محافظی برای فلز زیرلایه در برابر اکسید شدن و خوردگی نیز عمل می کنند. فرآیند های پاشش حرارتی خانواده بزرگی از روش های پوشش دهی را در بر می گیرند که در آن ها برای تشکیل پوشش، ذرات فلز بر روی سطح قطعه مورد نظر پاشیده می شوند. در این دسته فرآیند ها، ذرات ماده پوشش، توسط روش های الکتریکی ( قوس یا پلاسما) و یا شیمیایی گرم شده، همزمان با ذوب شدن توسط جریان گاز سرعت گرفته و به سطح زیرلایه (قطعه تحت پوشش) برخورد می نمایند. سپس به سرعت منجمد شده و تشکیل پوشش می دهند. روش های پاشش حرارتی به دلیل گستره وسیع موادی که می توان با آن ها پوشش داد، نرخ رسوب دهی بالا، انعطاف پذیری فرآیند (در کاربردهای ترمیمی و...)، به سرعت جای خود را در صنایع مختلف باز کردند. با این حال در روش های پاشش حرارتی به دلیل ماهیت ذوب و انجماد، معایبی همچون تنش پسماند کششی، تخلخل نسبتا زیاد پوشش (0 الی 20 درصد)، اکسیداسیون ماده پوشش، استحاله های ناخواسته، از بین رفتن عناصر آلیاژی و حرارت دهی بیش از اندازه به زیرلایه وجود دارد. در دو دهه اخیر فرآیند پاششی جدیدی به نام "پاشش کینتیکی" یا اصطلاحا "پاشش سرد" ابداع شده و توسعه یافته که در آن اتصال ذرات بر سطح زیرلایه در حالت جامد (بر خلاف فرآیندهای پاشش حرارتی) صورت می گیرد. در این فرآیند، گاز کاری (هلیم، نیتروژن یا هوا) با عبور از یک نازل خاص (نازل همگرا-واگرا) ضمن اختلاط با ماده پودریِ پوشش، به سرعت های مافوق صوت می رسد. ذرات توسط جریان مافوق صوت گاز سرعت گرفته و به شدت به سطح زیرلایه برخورد می کنند. شدت برخورد بر سطح زیرلایه به حدی است که ذره به همراه بخشی از زیرلایه که به آن برخورد نموده دچار تغییر شکل شدید پلاستیک می شود. این تغییر شکل پلاستیک شدید سبب اتصال ذره به زیرلایه در حالت جامد می شود. نتیجه چنین اتصالی، ایجاد پوشش یکنواخت با تخلخل بسیار کم و استحکام پیوند بالا است. واژه پاشش سرد به علت دمای نسبتا پایین ( 0 تا 100+ درجه سانتیگراد ) جریان گاز منبسط شده که از نازل خارج می شود، برای نامیدن این فرآیند استفاده شد. در این فرآیند دمای گاز همواره زیر نقطه ی ذوب ذرات مواد پوشش دهی است؛ در نتیجه هیچ گونه ذوب و انجمادی در ذرات صورت نمی گیرد و به همین دلیل، معایبی که در فرآیندهای پاشش حرارتی وجود دارد در اینجا یا حدف شده (مانند تنش پسماند کششی، اکسید شدن ماده پوشش، استحاله های ناخواسته و از بین رفتن عناصر آلیاژی) و یا کمینه می شود (مانند تخلخل در پوشش و حرارت دهی به قطعه تحت پوشش). علاوه بر حذف معایب فرآیندهای پاشش حرارتی، فرآیند پاشش سرد ویژگی های منحصر به فردی همچون ایجاد پوشش های بسیار ضخیم، امکان پوشش دهی مواد با نقطه ذوب بالا بر روی مواد با نقطه ذوب پایین (مانند تانتالوم بر روی مس) و بازده پوشش دهی بسیار مناسب (تا حدود 98 درصد) را دارد. علی رغم کاربردهای گسترده و وسیع، فرآیند پاشش سرد هنوز فرآیند نسبتا جوانی محسوب می شود؛ پس طبیعی است که هم اکنون بیشتر در مرحله تحقیقاتی بوده و از تمام ظرفیت های بالقوه صنعتی آن استفاده نشده است. در تحقیق حاضر تلاش شده است که بر روی بخش های پایه ای فرآیند پاشش سرد تمرکز شود. از این رو ساخت دستگاه در مرحله اول مورد توجه واقع شده است. در مرحله دوم تحقیق حاضر تعدادی از متغیرهای فرآیندیِ پاشش سرد (فشار و دمای گاز و اندازه ذرات) مورد بررسی قرار گرفته و تلاش شده است ارتباط آنها با متغیرهای طراحی نازل پاشش (یکی از بخش های فرآیندی دستگاه پاشش سرد) شناخته شده و تحلیل شود. در قسمت بعد امکان پوشش دهی تعدادی از ذرات فلزی رایج مورد استفاده (قلع، روی و مس) بررسی شده و محاسبات نهایی پوشش پذیری بر روی ذره مس به عنوان نمونه انجام شده است. در پایان، علت ایجاد ترک و جدایش در پوشش های ایجاد شده (از مشکلاتی که عملا در جریان آزمایش های پوشش دهی با آنها برخورد شده بود) از نقطه نظر تنشی بررسی و تحلیل گردید.

آلیاژ az31 منیزیم از پر استفاده ترین آلیاژهای کار شده منیزیم می باشد که عمدتاً به صورت ورق تولید می شود. تاثیر پارامترهای جوشکاری همزن اصطکاکی بر روی ریز ساختار و خواص این آلیاژ تا حال به صورت کامل بررسی نشده است. در این تحقیق با تغییر پارامترهای اصلی جوشکاری همزن اصطکاکی ( سرعت چرخش ابزار w و سرعت جوشکاری v) بررسی خواص مکانیکی و ریزساختاری جوشهای حاصل پرداخته شده است. بدین منظور ورقهای آلیاژ az31 با ضخامت mm 3 در سرعتهای چرخش 500، 630، 800 و rpm1000 و سرعتهای جوشکاری 50، 100 و mm/min 1000 توسط ابزار از جنس فولاد h13 جوشکاری شدند. سپس نمونه های سالم حاصل توسط میکروسکپ نوری و sem، آزمون کشش تکمحور و سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفتند. این آلیاژ در فرآیند جوشکاری همزن اصطکاکی تحت تبلور مجدد دینامیکی قرار گرفته و اندازه دانه ها در ناحیه همزده شده کاهش می یابد. با افزایش حرارت ورودی یعنی وقتی w2/v بالاتر از تقریبا ً 6 r2/min.mm باشد حرارت در منطقه همزده شده بالا رفته و دانه ها رشد می کنند که در نمونه با mm/min 100v= و rpm 1000w= اندازه دانه ها به بیشتر از اندازه دانه فلز پایه هم رسید. رسوبهای mg17al12 در حرارتهای بالا نرم شده و تغییر شکل می دهند و به مقدار کم می توانند در زمینه حل شوند. سرعت چرخش بالا نیز در ریزتر کردن رسوبات موثر است. افزایش حرارت ورودی باعث کاهش ملایم در استحکام نهایی جوش می شود اما در بازه ای از حرارت ورودی یک پیک بیشینه دیده می شود. سختی مقطع جوش بستگی به اندازه دانه ها دارد اما در حرارتهای ورودی پایین سختی بیشتر از حد معمول خود می شوند. این نشان می دهد که سختی این نمونه ها فقط وابسته به اندازه دانه نیست.

در این تحقیق، تبلور و تشکیل نانو ساختار در آلیاژ آمورف fe55cr18mo7b16c4، با استفاده از روشهای گرماسنجی افتراقی (dsc)، پراش پرتو x (xrd) و میکروسکوپ عبوری (tem) مورد بررسی قرار گرفته است. مکانیزم تبلور و رشد این آلیاژ با استفاده از نتایج dsc در سرعت های گرمایش مختلف (k/min40،30،20،10) بررسی شد. نتایج بدست آمده یک فرآیند تبلور دو مرحله ای را نشان داد و با کمک نتایج xrd و tem مشخص شد که در مرحله اول، فاز بلوری fe36cr12mo10 و در مرحله دوم، علاوه بر فاز اولیه فاز بلوری ?-fe ، fe23b6 وfe3c تشکیل می-شود. انرژی اکتیواسیون محاسبه شده به کمک مدل kissinger، در مرحله اول تبلور برابر kj/mol 310 و در مرحله دوم آن برابر kj/mol 510 است. با استفاده از نتایج dsc و با کمک مدل matusita می توان گفت فرآیند تبلور این آلیاژ، شامل رشد دو بعدی با کنترل نفوذی و سرعت جوانه زنی ثابت است. به کمک تصاویر tem، میانگین اندازه فازهای بلوری تشکیل شده در مرحله اول حدود 20 نانومتر و در مرحله دوم حدود 50-60 نانومتر است، که تشکیل نانو ساختار بعد از عملیات حرارتی را تایید می کند. با کمک نتایج حاصل از آزمایش میکرو سختی، سختی نمونه های آمورف قبل از عملیات حرارتی حدود gpa 11 است که بعد از عملیات حرارتی سختی آن به حدود gpa 15 می رسد که می تواند ناشی از تشکیل نانو بلورها در ساختار باشد.

هدف تحقیق حاضر در درجه اول ایجاد اتصال لب به لب غیر هم جنس بین آلیاژ منیزیم az?? و آلیاژ آلومینیم 5083 از طریق فرایند جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw) می باشد. این تحقیق به دو قسمت تقسیم شده است: 1) جوشکاری در هوا 2) جوشکاری در زیر آب و نیتروژن مایع. ابزاری ساده از جنس فولاد ابزار برای اتصال ورقهایmm 3?در سرعتهای چرخشی 125- 1000rpm و سرعتهای جوشکاری 30، 50 و 100 mm/min به کار رفت و در تمامی جوشها آلومینیم در سمت پیش رونده جوش قرار گرفت. در حالت جوشکاری در هوا، ناحیه جوش دارای ریزساختار پیچیده تداخلی، حاوی لایه های ورقه ای شکل غنی از mg و al می باشد. بررسی ریزساختار، پروفیل دمایی، xrd و نتایج ریزسختی ناحیه جوش همگی حاکی از تشکیل گسترده ترکیبات بین فلزی در حالت جوشکاری در هوا با سرعت چرخش پین بالا هستند. جهت جلوگیری از تشکیل ترکیبات بین فلزی، لازم است دمای بیشینه جوش جهت کاهش احتمال تشکیل مذاب کاهش داده شود. با استفاده از تغییر محیط جوشکاری از هوا به زیر آب و زیر نیتروژن مایع دمای بیشینه جوش از c°435 در حالت جوشکاری در هوا بهc° 382 برای حالت جوشکاری در نیتروژن مایع کاهش داده شد. نتایج جوشکاری در زیر آب نشان داد که این روش تا حدود زیادی در کاهش تشکیل ترکیبات بین فلزی در جوش و نیز ریز کردن دانه ها در ناحیه همزده موفق است به طوری که جوش های انجام شده در زیر آب بهترین خواص کششی را از خود نشان دادند. از سوی دیگر امکان انجام جوشکاری درc?30- نقش انحصاری حرارت ناشی از اصطکاک را در جوشکاری همزن اصطکاکی به چالش کشاند.

فرآیند همزن اصطکاکی (fsp) که بر اساس جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw) ابداع شده و در حال تحقیق و توسعه می باشد، یکی از روش های حالت جامد برای بهبود ریزساختار سطح فلزات و ساخت کامپوزیت سطحی زمینه فلزی است. این روش مشکلات و محدودیت های روشهای ذوبی ذوب و انجماد را ندارد. بوسیله این روش می توان با کنترل پارامترهای فرآیند به یک ساختار بهینه و مطلوب دست یافت. تحقیق حاضر به بررسی شرایط بهینه ساخت کامپوزیت سطحی زمینه فولادی تقویت شده با ذرات نانو ساختار پایه آهنی fe48cr18mo7nb6c4b16y1 پرداخته است. در این تحقیق از ابزار پایهwc با شانه استوانه ای و یک پین مخروطی برای ساخت کامپوزیت استفاده شد. ورق هایی به ضخامت mm2 از جنس فولاد کم کربن 14 stبه عنوان آلیاژ زمینه مورد استفاده قرار گرفتند. شیارهایی با ابعاد mm6/0×1 روی این ورق ها ایجاد شد. سپس پودر ذرات تقویت کننده در شیارها ریخته شد. جهت ایجاد کامپوزیت در سطح، fsp در سرعت چرخشی 315 تا rpm800 و سرعت حرکت ابزار 50 تا mm/min 250 انجام شد. برای بررسی اثر fsp بدون ذرات تقویت کننده، نمونه-هایی بدون حضور ذرات در سرعت های مذکور آماده و نتایج مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. در ادامه تأثیر متغیرهای مختلف بر سیلان مواد، توزیع و اندازه ذرات، سختی و رفتار سایشی کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری نشان می دهد که وجود همزمان دو عامل تغییر شکل پلاستیک شدید و افزایش دما طی fsp، منجر به پدیده تبلور مجدد و ریز شدن دانه های زمینه فولادی از ?m34 تا ?m5 بدون حضور ذرات تقویت کننده و ?m 3 در حضور ذرات تقویت کننده شده است. همچنین مشخص شد که با افزایش سرعت چرخشی و در نتیجه افزایش دما، رشد دانه منجر به درشت شدن دانه بویژه در نمونه با سرعت چرخشی pm800 می شود. بررسی سیلان مواد، حاکی از وجود 3 ناحیه همزده شده (sz)، ناحیه متاثر از حرارت و عملیات مکانیکی (tmaz) و ناحیه تحت تاثیر حرارت(haz) می باشد. بررسی سختی و رفتار سایشی کامپوزیت ایجاد شده در سطح زمینه فولاد نشان داد که سختی و مقاومت به سایش آلیاژ زمینه، در اثر ایجاد کامپوزیت در سطح بوسیله فرآیندfsp ، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

یکی از پرکاربردترین جوشکاری های غیر همجنس، جوشکاری فولادهای کربنی و فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که به صورت گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود. با این وجود، روشهای جوشکاری ذوبی این فولادها به یکدیگر با مشکلات متعدد مهندسی و متالورژی همراه است که از جمله آنها می توان تشکیل مارتنزیت و کاربیدهای کروم، افت خواص در ناحیه تحت تاثیر حرارت، ترک انجمادی و ترک هیدروژنی را نام برد. از طرفی دیگر جوشکاری همزن اصطکاکی یکی از روشهای جدید اتصال فلزات می باشد که توسعه فراوانی داشته است. به نظر می رسد که ماهیت حالت جامد جوشکاری همزن اصطکاکی، می تواند مشکلات جوشکاری ذوبی اتصالات غیر همجنس را حل کرده و جوش با استحکام بالا و نرمی مطلوب ایجاد کند. با توجه به آنچه گفته شد، در این تحقیق روش جوشکاری همزن اصطکاکی جهت اتصال فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 به فولاد کم کربن st37 استفاده شده است. جوشکاری به صورت لب به لب و با تغییر سرعت چرخش ابزار در محدوده rpm 800-400 و سرعت جوشکاری 50 و mm/min 100 صورت گرفت. ساختار جوشها توسط پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش الکترونهای برگشتی و میکروسکوپ الکترونی عبوری بررسی شد. خواص مکانیکی جوشها نیز توسط آزمونهای سختی سنجی و کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ریزساختار فلز پایه فولاد st37 حاوی پرلیت و فریت درشت است در حالی که نواحی ناحیه تحت تاثیر حرارت دچار ریزدانگی کامل و جزئی شده اند. ناحیه همزده این فولاد نیز حاوی فریت - پرلیت ریز، فریت مرزدانه ای و ویدمن اشتاتن، مقدار اندکی بینیت، مارتنزیت و مارتنزیت اتوتمپر حاصل از استحاله آستنیت در حین سرد شدن جوشها می باشد. با افزایش سرعت چرخش ابزار یا کاهش سرعت جوشکاری به دلیل حرارت ورودی بالاتر، اندازه دانه فریت در ناحیه همزده فولاد st37 افزایش می یابد. در طرف دیگر جوشها، ریزساختار فلز پایه فولاد 304 حاوی دانه های درشت آستنیت است. در ناحیه تحت تاثیر عملیات ترمومکانیکی دانه ها تغییر شکل داده و چگالی نابجایی و دانه های فرعی زیاد دارند که نشان دهنده وقوع بازیابی پویا است. ناحیه همزده نیز حاوی دانه های ریز بازبلوری شده است که برخی دانه ها نابجایی کم و برخی نابجایی زیاد دارند. با افزایش سرعت چرخش ابزار یا کاهش سرعت جوشکاری، دمای تغییر شکل آستنیت در حین جوشکاری همزن اصطکاکی بیشتر بوده و در نتیجه اندازه دانه افزایش می یابد. نتایج سختی سنجی نشان داد که سختی نواحی همزده به دلیل وجود ریزساختار ظریفتر، از سختی فلزهای پایه مربوطه بیشتر است. همچنین سختی نواحی همزده دو فولاد با اندازه دانه طبق رابطه هال-پچ ارتباط معکوس دارد. آزمون کشش نیز استحکام و نرمی مناسبی برای جوشها نشان می دهد ولی در دو مورد از جوشها وجود عیوب اکسیدی و ذرات کاربید تنگستن باعث افت استحکام کششی و نرمی شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، جوشکاری همزن اصطکاکی غیرهمجنس فولاد زنگ نزن 304 به فولاد کم کربن st37 روی هم رفته ریزساختاری ظریف با مقدار مارتنزیت و بینیت اندک و بدون رسوبات کاربید کروم در جوشها ایجاد می کند که قابلیت این روش را برای جایگزینی با روشهای جوشکاری ذوبی نشان می دهد. همچنین جوشها علاوه بر ریزساختار مناسب از استحکام و نرمی بیشتر از فلز پایه st37 برخوردار هستند.

فرآیند همزن اصطکاکی (fsp) یک فرآیند حالت جامد برای اصلاح موضعی ریزساختار است که بر اساس جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw) ابداع شده است. یکی از کاربردهای این روش تولید کامپوزیت سطحی است که به منظور بهبود خواص سایشی و سختی صورت می گیرد. به دلیل عدم امکان استفاده از فولادهای نانوساختار به صورت بالک و همچنین هزینه بالای تولید آن ها، هدف این تحقیق، استفاده از خواص ویژه آن ها در سطح، به صورت کامپوزیت سطحی، قرار گرفت. در این تحقیق ابتدا آلیاژ پایه آهنی 4c16b7mo18cr55fe ریخته گری شده و بعد به روش ریسندگی مذاب به ساختار آمورف -رسید. سپس با عملیات حرارتی نوارهای آمورف به دست آمده ، در دما و زمان مناسب، کریستال هایی با اندازه متوسط nm5±50 در آن ها ایجاد شد. در ادامه تحقیق تولید کامپوزیت سطحی با استفاده از fsp در سطح فولاد 37 st و با پودر نانوساختار 4c16b7mo18cr55fe، امکان سنجی شد. بدین منظور ورق هایی آنیل شده از فولاد 37st با ضخامت mm 3 تهیه و شیارهایی با عمق 1 و عرض mm6/0 روی آن ایجاد شد. سپس خمیری از ذرات مذکور، با الکل تهیه و داخل شیار از آن پر شد. جهت ایجاد کامپوزیت در سطح، fsp با ابزاری از جنس کاربید تنگستن و در سرعت چرخشی 315 تا rpm 800 و در سرعت حرکت ابزار 50 تا mm/min 250 صورت گرفت. در ادامه، تاثیر متغیرهای مختلف بر سیلان مواد، توزیع و اندازه ذرات، سختی و رفتار سایشی کامپوزیت مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت چرخشی، اندازه ذرات ریزتر می شود؛ اما خارج شدن پودر به صورت پلیسه هم افزایش می یابد. با انجام فرآیند fsp ریزساختاری همگن و ریزتر ایجاد می شود که خود منجر به افزایش سختی و مقاومت به سایش می شود. همچنین نتایج نشان داد که با ورود ذرات سخت تقویت کننده به زمینه، افزایش سختی با شدت بیشتری انجام می گیرد و کاهش وزن در طی سایش کاهش می یابد. از طرفی کنده شدن ذرات سخت موجود در سطح و قرار گرفتن آن ها روی سطح سایش، ضریب اصطکاک کامپوزیت نسبت به زمینه fsp شده افزایش می یابد.

چکیده تولید نانوکامپوزیت سطحی بر روی فولادها می‏تواند سختی و خواص سایشی آنها را بهبود بخشد. فولادهای بلبرینگ به عنوان دسته‏ای از فولادهای مهم و پرکاربرد در صنایع هوایی، خودروسازی و... به شمار می‏روند. به علت همین کاربرد گسترده بهبود خواص سطحی این آلیاژها و بررسی شرایط تعمیر آنها اهمیتی ویژه دارد. سالانه 6 میلیون تن فولاد بلبرینگ تولید می‏شود. از روش همزن اصطکاکی می‏توان برای تولید نانوکامپوزیت سطحی بر روی فولاد بلبرینگ 52100 بهره برد. در این پژوهش فولاد 52100 تحت فرآیند همزن اصطکاکی قرار گرفت و با ایجاد شیار t شکل در سطح نمونه‏ها تلاش شد تا پودر کاربید سیلیسیم با ابعاد 50 نانومتر وارد سطح شود و نانوکامپوزیت سطحی ایجاد کند. توزیع پودر در سرعتهای دورانی و حرکتیِ (800، 30)، (800،50)، (630، 40) و (rpm 1250، mm/min 125) مناسب‏تر از نمونه‏های قرار گرفته تحت سایر سرعت‏های فرآیند است. نمونه با سرعت دورانی rpm800 و سرعت حرکتی 50 میلی‏متر بر دقیقه در بین این نمونه‏ها بهترین توزیع را دارد. سرعت‏های فرآیند بالا موجب ایجاد تیغه‏های مارتنزیتی با ابعاد 100 تا 600 نانومتر شد. با تولید نانوکامپوزیت سطحی مقاومت به سایش فولاد حدودا به 1.5 برابر نمونه‏هایی که بدون پودر تحت فرآیند همزن اصطکاکی قرار گرفته بودند، افزایش یافت. همچنین سختی این فولاد به 1.7 مقدار اولیه رسید. می‏توان در تحلیل نتایج گفت پودر نانو با قفل کردن حرکت نابجایی‏ها و مرزدانه‏ها موجب بهبود خواص سایشی و افزایش سختی ماده شده است. با توجه به حضور حداقلی آستنیت باقیمانده در شکل توده‏ای یا مکعبی در ساختار در خصوص پایداری ابعاد نمونه‏های تحت فرآیند همزن اصطکاکی قرار گرفته نگرانی وجود ندارد. مشخص شد در اثر فرآیند همزن اصطکاکی نیز لایه سفید بر روی سطح ماده ایجاد می‏شود. ضخامت این لایه در سرعت‏های بالاتر فرآیند دو برابر شد و از 60 میکرومتر به 120 میکرومتر افزایش یافت. مشخص شد عامل اصلی موثر در شکل‏گیری لایه سفید کارپلاستیک است. این لایه در اثر کارِ پلاستیکِ بیشتر، دانه‏ریزتر می‏شود و ضخامت آن نیز افزایش می‏یابد. کلیدواژه: فرآیند همزن اصطکاکی، نانوکامپوزیت سطحی، لایه سفید، سیلان، سایش، سختی.

فولاد (100cr6) 52100 یکی از فولادهای پرکربن مقاوم به سایش است که در قطعات تحت سایش شدید مانند یاتاقان ها، بلبرینگ ها و غیره کاربرد دارد. جدایش عناصر آلیاژی و تشکیل فاز سخت مارتنزیتی حین فرایندهای ذوبی در این فولاد موجب تشکیل ترک های انجمادی و هیدروژنی در سطح آن می شود. اولین هدف این پژوهش ایجاد ساختاری با سختی بالا و بدون عیب روی سطح این فولاد با استفاده از فرایند همزن اصطکاکی (fsp) می باشد. به همین دلیل ابتدا امکان انجام fsp با سرعت دورانی rpm 800 و سرعت طولی 1mm.min- 120 و 60، 30 در دو عمق نفوذ mµ 350 و 300 روی فولاد 52100 آنیل شده بررسی گردید. سپس تاثیر متغیرهای فرایند بر تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی این فولاد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از fsp، تغییرات ریزساختاری شدیدی در نمونه ایجاد می شود و به دلیل تشکیل فاز مارتنزیتی، سختی و مقاومت سایشی آن بهبود قابل ملاحظه ای می یابد. در مرحله ی بعد، fsp برای بهبود خواص پوشش sprasteel 80 با ترکیب شیمیایی مشابه فولاد 1080، که با استفاده از فرایند پاشش شعله ای روی فولاد 52100 ایجاد شده بود، مورد استفاده قرار گرفت. حذف عیوبی مانند لایه های ممتد اکسیدی، تخلخل و حفرات در ریزساختار پوشش های پاشش شعله ای و اختلاط پوشش با بستر هدف این بخش بوده است. در این راستا fsp با متغیرهای 1mm.min- 30 - rpm 800 روی نمونه هایی با ضخامت پوشش µm 800 و 400، 200 انجام گرفت تا ضخامت بهینه ی پوشش مشخص شود. سپس اثر سرعت های دورانی و طولی در دو عمق نفوذ mµ 350 و300 از لبه پشتی ابزار، روی اختلاط و خواص پوشش با ضخامت بهینه، ?m 200، بررسی و با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد که در عمق ورود ثابت، حداکثر اختلاط در یک محدوده ی خاص نسبت سرعت دورانی به طولی ایجاد می شود ولی در مقادیر کمتر و بیشتر از این نسبت، اختلاط مناسبی ایجاد نمی شود. از طرف دیگر با افزایش عمق ورود ابزار اختلاط بهینه در نسبت کوچکتر سرعت دورانی به سرعت طولی اتفاق می افتد. پس مقدار حرارت ورودی در اختلاط مناسب پوشش و بستر موثر می باشد. با انجام fsp روی پوشش پاشش شعله ای، لایه های اکسیدی بین قطرات منجمد شده (اسپلت) شکسته شده و ذرات اکسیدی حاصل به صورت یکنواخت در سطح توزیع شدند. هم چنین تخلخل و حفرات پوشش اولیه از بین رفت و با اختلاط فاز مارتنزیتی ناشی از فولاد 52100 با پوشش فرایند پاشش شعله ای، مقاومت سایشی و سختی آن بهبود یافت.

فولاد زنگ نزن 316 با داشتن خواص مناسب از جمله قابلیت فرم پذیری مناسب، چقرمگی عالی، نرخ کارسختی بالا، مقاومت خزشی و مقاومت به خوردگی خوب، کاربردهای فراوانی دارد. علی رغم داشتن این مزایا، نیاز به داشتن مقاومت سایشی و فرسایشی بالاتر این فولاد در صنایع احساس می شود. در این پژوهش، به منظور بهبود خواص مکانیکی سطحی فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 و اصلاح ریزساختار سطحی آن، از فرآیند همزن اصطکاکی (fsp) استفاده شد. این فرآیند در سرعت های چرخشی متفاوت (rpm 1600-250) و سرعت های انتقالی mm/min 125-30 با عمق ورود ابزار به قطعه کار بین ?m700-300 و اعمال محیط های خنک کننده ی هوا و محلول آب نمک ? 10- بر روی ورق 6 میلیمتری انجام شد. پس از آن بررسی های ریزساختاری و اصلاح اندازه ی دانه و مکانیزم های مرتبط با آن توسط میکروسکوپ نوری (om)، میکروسکوپ های الکترونی روبشی و نشر میدانی (sem,fesem) و پراش پرتو ایکس (xrd) صورت گرفت. با انجام fsp و کنترل متغیرهای آن، اندازه دانه های ناحی? همزد? این فولاد توسط مکانیزم اصلاح اندازه دان? تبلورمجدد دینامیکی ناپیوسته از ?m 40-30 به میانگین nm 87 رسید، که باعث بهبود خواص مکانیکی سطحی شد. ضخامت لای? نانومتری ایجاد شده روی سطح به ?m 30 می رسید. نتایج نشان داد که با کاهش انداز? دانه به ابعاد نانومتری، بهبود خواص مکانیکی سطحی قابل ملاحظه ای ایجاد می شود. به گونه ای که افزایش 3-2 برابری در سختی سطحی، افزایش 2 برابری در مقاومت به سایش و افزایش 7-6 برابری در مقاومت به فرسایش ایجاد گردید. در نهایت ارتباط هریک از این خواص مکانیکی با ساختار ریزدانه ی نانومتری مورد بررسی قرار گرفت.

هدف از انجام این تحقیق، ایجاد لایه‏ی سطحی نانوساختار حاوی توزیع همگن نانوذرات رسوبی در زمینه‏ی نانودانه، با استفاده از روش ابداعی منحصر به فرد فرآیند ترکیبی متشکل از فرآیندهای ذوب لیزری ضربانی و همزن اصطکاکی بر روی سطح فولاد ابزار aisi d2 می‏باشد. در این تحقیق هریک از فرآیندهای ذوب لیزری ضربانی و همزن اصطکاکی بررسی و متغیرهای بهینه هر یک انتخاب شدند. فرآیند ذوب لیزری ضربانی با سه متغیر سرعت روبش لیزر 3، 7 و 10 میلی‏متر بر ثانیه انجام شد. سپس فرآیند همزن اصطکاکی در سرعت خطی ثابت 385 میلی‏متر بر دقیقه، با سرعت چرخشی 400 و 600 دور در دقیقهبر روی سطح لیزری شده صورت گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از فرآیند ترکیبی، موجب کاهش اندازه دانه‏ها از حدود 40 تا 50 میکرومتر به حدود 20 تا 50 نانومتر، و کاهش اندازه ذرات از حدود 2 تا 40 میکرومتر در فاز مادر، به حدود 10 تا 30 نانومتر می‏شود. با توجه به نتایج میکروآنالیز پروب الکترونی، انحلال قابل توجه عناصر آلیاژی به ویژه کروم در زمینه، سبب پایداری فاز آستنیت در فرآیند ترکیبی می‏شود. بنابراین به دلیل تشکیل فازآستنیت با انرژی نقص چیدن پایین، سازوکار تشکیل ساختار نانو در فرآیند ترکیبی، سازوکار تبلور مجدد پویای ناپیوسته شناخته می‏شود. در نمونه‏های همزن اصطکاکی فاز فریت و ذرات کاربیدی 5/0 تا 7/1 میکرومتری مشاهده شد. به دلیل وجود فاز فریت با انرژی نقص چیدن بالا و حضور ذرات کاربیدی 5/0 تا 1 میکرومتری‏ به دلیل پدیده‏ی تحریک جوانه‏زنی ذرات، سازوکار تشکیل ساختار زیرمیکرون، سازوکار تبلور مجدد پویای پیوسته دانسته می‏شود. افزایش کسر حجمی مرز دانه‏های زاویه‏کوچک و شدت بازتابش اجزای برشی در شکل‏های قطبی و توابع توزیع جهت‏گیری نمونه‏های همزن اصطکاکی، روند فزاینده کرنش اعمالی و غالب بودن کارسختی نسبت کارنرمی را طی افزایش سرعت چرخشی نشان می‏دهد. با توجه به دمای شروع پایین مارتنزیت حرارتی (ms) فولاد aisi d2 و با توجه به اینکه فرآیند همزن اصطکاکی، فرآیندی کرنشی شناخته شده، می‏توان نتیجه گرفت که سازوکار تشکیل فاز مارتنزیت در فرآیند ترکیبی، سازوکار اعمال تغییرشکل پلاستیک و از نوع مارتنزیت کرنشی می‏باشد. بنابراین، افزایش چگالی نابجایی‏ها در اثر افزایش سرعت سرمایش ذوب لیزر ضربانی عامل تقویت فاز مارتنزیت و افزایش سرعت چرخشی و نرخ کرنش اعمالی عامل کاهش شناخته می‏شود. در نمونه‏های ذوب لیزری ضربانی، تنش پسماند کششی بالا مشاهده شد. منشأ آنها به دلیل وقوع ذوب، حرارتی بوده که با انجام فرآیند همزن اصطکاکی بر روی سطح ناحیه‏ی ذوب لیزری، به دلیل استحاله‏ی فازی و تشکیل فاز مارتنزیت و تشکیل نانوساختار فشرده، تنش پسماند کششی به تنش‏ پسماند فشاری در نمونه‏ای ترکیبی تبدیل شده است. خواص مکانیکی نمونه‏های فرآیند ترکیبی به ویژه مقاومت سایشی آنها تا 7 برابر مقدار فلز مادر، نمونه‏های تنها ذوب لیزری ضربانی شده و تنها همزن اصطکاکی شده، بهبود پیدا کرد. علت آن، به تشکیل ساختار نانو و افزایش سختی نمونه‏های فرآیند ترکیبی نسبت داده می‏شود. تشکیل فاز مارتنزیت در فرآیند ترکیبی نیز به دلیل تردی این فاز می‏تواند عامل کاهش مقاومت سایش باشد. سازوکار سایش نمونه‏های ترکیبی سایش ساینده ملایم شناخته شد، در حالیکه در نمونه‏های ذوب لیزری ضربانی و همزن اصطکاکی سازوکار سایش، سایش ساینده و پوسته‏ای شدن شناخته شد.

پره های راهنما از جنس آلیاژ تیتانیوم در حین کار در موتور هواپیما به دلیل فرسایش، ضخامت خود را از دست می دهند. برای افزایش مقاومت به فرسایش پره های راهنما، این قطعات پوشش دهی می شوند. در این تحقیق، با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار با بهره گیری از پلاسما (pacvd) بر روی آلیاژ تیتانیوم، لایه ای از tin پوشش داده می شود. این لایه نانوساختار موجب بهبود خواص سایشی، فرسایشی و چسبندگی می شود. پوشش های tin با استفاده از مخلوط گازی h2، n2، ar و ticl4 در دماهای لایه نشانی (470، 490 و c?510) و درصد چرخه های کاری (33، 40 و 50%) ایجاد شدند. میکروساختار، خواص مکانیکی و شیمیایی پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fe-sem)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریزسختی سنجی، آزمون فرسایش (رفتگی)، آزمون زبری سنجی و آزمون چسبندگی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش دمای رسوب گذاری از 470 به c?510، اندازه دانه های پوشش از حدود 11 به 48 نانومتر افزایش و در نتیجه زبری سطح نمونه ها افزایش می یابد. به دلیل کاهش پستی و بلندی و زبری سطحی و کاهش نقاط حساس به فرسایش، با کاهش دمای لایه نشانی، مقاومت به فرسایش پوشش تقریباً سه برابر می شود. با افزایش درصد چرخه کاری پوشش دهی از 33 به 50%، اندازه دانه های tin بزرگتر می شود. همچنین زبری سطحی افزایش و سختی کاهش می یابد و در نتیجه مقاومت فرسایشی قطعه تقریباً سه برابر می شود.

مخازن تکه دوزی شده (twb) به وسیله جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw) ساخته شده از جنس آلیاژهای پر استحکام آلومینیم با هدف کاهش وزن در صنایع هوایی و استراتژیک مورد استفاده قرار می گیرد. کار بر روی مخازن تکه دوزی شده، مطالعه در هر دو زمینه ی جوشکاری و شکل¬دهی را می¬طلبد. به ویژه شکل پذیری ضعیف آلیاژ های سری 7000 در دمای اتاق، ساخت twb با هندسه های پیچیده را مشکل می سازد. از این رو شکل دهی گرم برای رویارویی با این معضل می تواند تا حدودی راه گشا باشد. تاکنون تحقیقات کمی بر روی شکل پذیری گرم آلیاژهای سری 7000 صورت گرفته است به ویژه اینکه در مورد بررسی شکل دهی و رسم نمودارهای حدشکل پذیری (fld) در دمای بالا و همچنین پیش بینی آنها منتشر نشده است. در این پژوهش جوشکاری همزن اصطکاکی ورق های نازک آلیاژ آلومینیم 6t-7075 به ضخامت mm 2/1 در سرعت های چرخشی ابزار 600 تا rpm 1600 و سرعت انتقالی 10 تا mm/min 150انجام شد و ویژگی های ریزساختاری و خواص مکانیکی آن مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ترکیب بهینه ای از سرعت چرخشی ابزار (?) و سرعت جوشکاری(?) می تواند جوش عاری از عیب و با بیشینه خواص مکانیکی ایجاد کند. نسبت سرعت چرخشی ابزار به سرعت انتقالی (?/?) از 6 تا 80 متغییر بود. اما زمانی که این نسبت در بازه 10 تا 20 قرار می گرفت، به دلیل تعادل مناسب کار مکانیکی انجام شده و حرارت ورودی اعمالی، افزایش قابل ملاحظه ای در خواص مکانیکی مشهود بود. به طوری که در این بازه، میزان ازدیاد طول بیش از 90 درصد و استحکام نهایی تا 50 درصد نسبت به مقادیر خارج از این بازه افزایش نشان داد. همچنین خواص مکانیکی بهینه در جوش با پارامتر rpm 1600 و mm/min 100، با استحکام 70 درصد و ازدیاد طول 50 درصد فلز پایه دیده شد. سپس آزمون حد شکل پذیری ورق های تکه دوزی شده با متغیرهای rpm 1000 و mm/min 50 به دلیل برخورداری از ازدیاد طول بالا، در دو دمای محیط و ?180 انجام شد و نمودار های حد شکل پذیری برای ورق های بدون جوش و دارای جوش رسم شد تا حدود کرنش های مجاز برای تغییر شکل مشخص شود. استفاده از دمای بالا در شکل دهی twb، میزان کرنش صفحه ای (?fld) را از 5 درصد به 11 درصد افزایش داد. در نهایت از طریق شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار abaqus و با استفاده از معیار عددی گلویی موسوم به مشتق دوم نازک شدگی (sdt) پیش بینی نمودارهای حد شکل دهی برای ورق فلز پایه و twb در هر دو دمای محیط و c?180 صورت گرفت، که در هر دو دما برای ورق بدون جوش تطابق خوبی را با نتایج عملی نشان داد. در مورد twb نیز در ناحیه کرنش صفحه ای نمودار حد شکل دهی نتایج منطبقی را با آزمون عملی نشان داد، اما قادر به پیش بینی ناحیه کرنش های دومحوری نشد. لغات کلیدی: آلیاژ آلومینیم 7075- جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw)- مخازن تکه دوزی شده (twb)- حد شکل پذیری- معیار مشتق دوم نازک شدگی مخازن تکه دوزی شده (twb) به وسیله جوشکاری همزن اصطکاکی (fsw) ساخته شده از جنس آلیاژهای پر استحکام آلومینیم با هدف کاهش وزن در صنایع هوایی و استراتژیک مورد استفاده قرار می گیرد. کار بر روی مخازن تکه دوزی شده، مطالعه در هر دو زمینه ی جوشکاری و شکل¬دهی را می¬طلبد. به ویژه شکل پذیری ضعیف آلیاژ های سری 7000 در دمای اتاق، ساخت twb با هندسه های پیچیده را مشکل می سازد. از این رو شکل دهی گرم برای رویارویی با این معضل می تواند تا حدودی راه گشا باشد. تاکنون تحقیقات کمی بر روی شکل پذیری گرم آلیاژهای سری 7000 صورت گرفته است به ویژه اینکه در مورد بررسی شکل دهی و رسم نمودارهای حدشکل پذیری (fld) در دمای بالا و همچنین پیش بینی آنها منتشر نشده است. در این پژوهش جوشکاری همزن اصطکاکی ورق های نازک آلیاژ آلومینیم 6t-7075 به ضخامت mm 2/1 در سرعت های چرخشی ابزار 600 تا rpm 1600 و سرعت انتقالی 10 تا mm/min 150انجام شد و ویژگی های ریزساختاری و خواص مکانیکی آن مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ترکیب بهینه ای از سرعت چرخشی ابزار (?) و سرعت جوشکاری(?) می تواند جوش عاری از عیب و با بیشینه خواص مکانیکی ایجاد کند. نسبت سرعت چرخشی ابزار به سرعت انتقالی (?/?) از 6 تا 80 متغییر بود. اما زمانی که این نسبت در بازه 10 تا 20 قرار می گرفت، به دلیل تعادل مناسب کار مکانیکی انجام شده و حرارت ورودی اعمالی، افزایش قابل ملاحظه ای در خواص مکانیکی مشهود بود. به طوری که در این بازه، میزان ازدیاد طول بیش از 90 درصد و استحکام نهایی تا 50 درصد نسبت به مقادیر خارج از این بازه افزایش نشان داد. همچنین خواص مکانیکی بهینه در جوش با پارامتر rpm 1600 و mm/min 100، با استحکام 70 درصد و ازدیاد طول 50 درصد فلز پایه دیده شد. سپس آزمون حد شکل پذیری ورق های تکه دوزی شده با متغیرهای rpm 1000 و mm/min 50 به دلیل برخورداری از ازدیاد طول بالا، در دو دمای محیط و ?180 انجام شد و نمودار های حد شکل پذیری برای ورق های بدون جوش و دارای جوش رسم شد تا حدود کرنش های مجاز برای تغییر شکل مشخص شود. استفاده از دمای بالا در شکل دهی twb، میزان کرنش صفحه ای (?fld) را از 5 درصد به 11 درصد افزایش داد. در نهایت از طریق شبیه سازی اجزای محدود در نرم افزار abaqus و با استفاده از معیار عددی گلویی موسوم به مشتق دوم نازک شدگی (sdt) پیش بینی نمودارهای حد شکل دهی برای ورق فلز پایه و twb در هر دو دمای محیط و c?180 صورت گرفت، که در هر دو دما برای ورق بدون جوش تطابق خوبی را با نتایج عملی نشان داد. در مورد twb نیز در ناحیه کرنش صفحه ای نمودار حد شکل دهی نتایج منطبقی را با آزمون عملی نشان داد، اما قادر به پیش بینی ناحیه کرنش های دومحوری نشد.

در این پژوهش به بررسی اثر فرایند همزن اصطکاکی در سرعت های دورانی پایین بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 316l پرداخته می شود.

در این تحقیق تأثیر متغیرهای فرآیند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسمای جریان مستقیم (dc-pulsed cvd) در ایجاد پوشش نانوساختار ticn روی زیرلایه فولاد 30 mocrni 20q بررسی شد. در ابتدا جهت افزایش چسبندگی و بارپذیری پوشش، زیرلایه مورد نظر تحت عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی در دمای 525 درجه سانتی گراد قرار گرفت. طراحی آزمایش به صورت سری با به دست آوردن شرایط بهینه از لحاظ چسبندگی و سختی صورت گرفت. جهت بررسی تأثیر حضور گاز متان در محفظه واکنش، نسبت ch4/(ticl4+n2) به میزان 0، 1/0، 2/0، 3/0 و 4/0 در نظر گرفته شد. پس از بدست آمدن شرایط بهینه، عملیات در سه دمای 525، 500 و 475 درجه سانتی گراد و چرخه کار در سه حالت 33، 43 و 53% بررسی گردید. ترکیب شیمیایی، ساختار و خواص مکانیکی پوشش با استفاده از طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (eds)، میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به تفنگ الکترونی (fe-sem)، پراش اشعه ایکس (xrd)، آزمون ریزسختی سنجی و آزمون چسبندگی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که حضور گاز متان در ترکیب گازی سیستم سبب به وجود آمدن پوشش نانوساختار ticn می شود. تغییر نسبت این متغیر به دلیل افزایش میزان ذرات فعال کربن در محیط واکنش، موجب افزایش نسبت کربن در ساختار ticn می شود. همچنین افزایش کربن در ساختار پوشش سبب کاهش اندازه دانه های ایجاد شده در پوشش از 60 به 16 نانومتر و افزایش سختی سطح پوشش حاصله تا hk0.013077 و در نهایت افزایش چسبندگی پوشش به دلیل افزایش تطابق ساختاری پوشش حاصله با زیرلایه می-شود. تغییرات دما در دمای رسوب دهی نشان داد که ترکیب شیمیایی پوشش حاصل تحت تأثیر تغییرات دما بوده به طوری که کاهش دما از 500 تا 475 درجه سانتی گراد سبب کاهش کربن در پوشش می شود. همچنین افزایش چرخه کاری یا به عبارتی زمان روشن بودن پلاسما به کل زمان پالس، سبب افزایش میزان نیتروژن موجود در ساختار شده که به ماهیت واکنش پذیری نیتروژن مربوط می شود.

فولاد زنگ نزن 316 با داشتن خواص مناسب از جمله قابلیت فرم پذیری مناسب، چقرمگی عالی، نرخ کارسختی بالا، مقاومت خزشی و مقاومت به خوردگی خوب، کاربردهای فراوانی دارد. علی رغم داشتن این مزایا، نیاز به داشتن مقاومت سایشی و فرسایشی بالاتر این فولاد در صنایع احساس می شود. در این پروژه، به منظور بهبود خواص مکانیکی سطحی فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 و بهبود خواص فرسایشی آن، لایه ی نانوسختار tin به روش pacvd روی این فولاد ایجاد شد. ابتدا پوشش tin در سه دمای 470 ، 490 و °c510 ایجاد شد. با بررسی خواص فرسایشی پوشش های ایجاد شده در دماهای مختلف، مشخص شد که پوشش ایجاد شده در دمای °c470، دارای بهترین خواص فرسایشی است. برای بررسی تاثیر درصد چرخه کاری، پوششtin در سه چرخه کاری 33، 40 و 50% و در دمای °c470 ایجاد شد. سپس جهت بررسی تاثیر پیش عملیات نیتروژن دهی، در دمای °c470 و چرخه کاری 33% پوشش tin اعمال شد. برای اطمینان از ایجاد tinدر سطح نمونه های پوشش دهی شده، بررسی های فازی توسط آزمایش xrd مورد مطالعه قرار گرفت. خواصی نظیر چسبندگی، سختی، اندازه دانه های پوشش، ضخامت پوشش، زبری و خواص فرسایشی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با تغییر دمای پوشش دهی از 470 به°c 510 ، اندازه دانه های پوشش از حدود 12به 47 نانومتر و با تغییر درصد چرخه کاری از 33به 50% اندازه دانه های پوشش از 12به 28 نانومتر تغییر می یابد. با مقایسه خواص فرسایشی نمونه های پوشش دهی شده با نمونه خام مشاهده می شود که ایجاد پوشش tin روی فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 سبب کاهش وزن کم شده و افزایش زمان لازم برای مرحله جوانه زنی در طی آزمون فرسایش می شود. می توان گفت با ایجاد لایه نانوساختار بر سطح نمونه ها، وزن کم شده تقریبا نصف و زمان جوانه زنی در برخی نمونه ها حتی تا شش برابر هم شده است.

در این تحقیق، اثر فرآیند همزن اصطکاکی بر خواص سایشی دو نوع پوشش، یکی از جنس فولاد کروم دار و دیگری از جنس wc-12%co، بر روی فولاد 52100 مورد بررسی قرار گرفت. برای انجام این پژوهش، ابتدا پوشش فولاد کروم دار به روش قوس-سیم و پوشش wc-12%co به روش پاشش حرارتی بر روی ورق های فولاد 52100 اعمال شد. سپس فرآیند همزن اصطکاکی با متغیرهای مختلف برای بدست آوردن نمونه های بدون عیب انجام شد. آزمون سختی و آزمون سایش به روش پین روی دیسک انجام شد. برای مشخه یابی ریزساختاری و تغییرات فازی از sem و xrd استفاده شد. این نتایج با آزمون های سختی و سایش بر روی نمونه های عملیات حرارتی-شد? فولاد 52100 مقایسه شد. نتایج نشان داد که انجام فرآیند همزن اصطکاکی بر روی هر دو پوشش باعث افزایش مقاومت به سایش می شود. این افزایش برای پوشش فولاد کروم دار حدود هفت برابر و برای پوشش کاربید تنگستن و کبالت حدود دو برابر بود. یکی از مهمترین دلایل این افزایش، تغییر ساختار فولاد فریتی-پرلیتی به ساختار مارتنزیتی با آستنیت باقیمانده است که سبب افزایش سختی و چقرمگی به صورت همزمان شده و این باعث افزایش مقاومت به سایش می شود. دلیل دیگر از بین رفتن یا کاهش تخلخل موجود در لای? پاشش شده در هر دو نوع پوشش بود. در پوشش با فولاد کروم دار ریزشدن دانه ها و ایجاد فازهای جدید کاربیدی، سیلیکونی و بین فلزی باعث افزایش سختی و چقرمگی شدند. در پوشش کاربید تنگستن، شکسته شدن ذرات wc و حرکت راحت تر و اختلاط آنها در زمین? فولادی باعث ایجاد ساختاری مرکب با مقاومت به سایش بالا گردید. مکانیزم های سایش در نمونه های پاشش شده با فولاد کروم دار، بیشتر مکانیزم های ورقه ورقه شدن، ترک میکرونی و برش میکرونی بود. بعد از انجام فرآیند همزن اصطکاکی مکانیزم غالب همان مکانیزم برش میکرونی بود. همین مکانیزم در نمونه های عملیات حرارتی شده با تردی بالا نیز دیده شد، اما خطوط برشی نمون? fsp شده به نسبت خطوط برشی نمونه های عملیات حرارتی شده کم عمق تر بودند که این به معنی کمتر بودن مقدار سایش است. مکانیزم های دیده شده در نمون? پاشش شده با کاربید تنگستن-کبالت هم شبیه به نمون? پاشش شده با فولاد کروم دار بود، ولی مکانیزم ورقه ورقه شدن در نمون? پاشش شده دیده نشد. دلیل آن را می توان نرم بودن فاز کبالت و تغییر شکل آن در ازای وارد شدن تنش از سوی پین در حین آزمون سایش دانست. مطالعات بر روی جریان مواد پوشش ها نیز نشان داد که فرآیند همزن اصطکاکی آثار مختلفی روی این پوشش ها دارد. در پوشش فولاد کروم دار این پوشش پیوستگی خود را در زیر شانه و پین حفظ کرد در صورتی که در پوشش wc-12%co، انجام فرآیند باعث شکسته شدن پوشش در زیر پین و اختلاط ذرات کاربید تنگستن در فولاد شد. جریان مواد در اثر عبور ابزار، نه تنها به شکل هندسی ابزار و متغیرهای فرآیند، بلکه به جنس و خواص پوشش نیز بستگی زیادی دارد.

هدف از رساله حاضر، ایجاد پوشش سخت نانوساختار نیترید تیتانیوم آلومینیوم (tialn) با استفاده از روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما (pacvd)، بررسی تاثیر متغیرهای مختلف از جمله دمای لایه نشانی، نسبت پیش ماده های واکنش و درصد چرخه کار بر خواص مکانیکی و سایشی پوشش و در نهایت مطالعه نحوه مکانیزم رشد و جوانه زنی آن می باشد. در این تحقیق، زیرلایه از فولاد گرم کار aisi h13 (din: 1.2344) استفاده شد. بعد از عملیات حرارتی نمونه ها، آنها به مدت 4 ساعت در دمای ?c 485 تحت عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی قرار گرفتند. برای بهبود چسبندگی پوشش tialn به زیرلایه، میان لایه ای از جنس tin به ضخامت 6/0 میکرومتر به روش pacvd پالسی جریان مستقیم ایجاد شد و در ادامه پوشش tialn به ضخامتهای 4/1 تا 1/3 میکرومتر با همان روش اعمال شد. جهت ارزیابی ساختار و مورفولوژی پوششها، fe-sem، afm، epma و xrd به کار گرفته شدند. سپس خواص مکانیکی و تریبولوژیکی پوششها با استفاده از آزمونهای ریزسختی سنجی knoop، نانوسختی nano-indentation، خراش، اندازه گـیری تنش پسماند و آزمون سایش پین روی دیسک، مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که دمای 485 درجه سانتیگراد و درصد چرخه کار 33 درصد موجب ایجاد پوشش نانوساختار نیترید تیتانیوم آلومینیوم با خواص مکانیکی مطلوب می شود. همچنین نحوه مکانیزم جوانه زنی و رشد در این فرایند جزیره ای -لایه ای تشخیص داده شد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.