رفتن به محتوای اصلی
x

جلسه دفاع سمینار پژوهشی دوم دکتری (آقای مسعود ملکی)

موضوع: بررسی تاثیر عملیات آلتراسونیک روی مذاب بر رفتار خستگی نانوکامپوزیت­­ آلومینیوم-نانوسیلیکای ریختگی

ارائه دهنده: مسعود ملکی

اساتید راهنما: دکتر علیرضا فدایی تهرانی، دکتر بهزاد نیرومند

استاد مشاور: دکتر امیر عبداله

اساتید داور: دکتر محمد مشایخی، دکتر سعید امینی، دکتر علی مالکی، دکتر محمود مرآتیان

چکيده:

 

به­ کارگیری سازه ­های کامپوزیتی زمینه فلزی ریختگی با عمر خستگی بالا در صنایعی چون خودروسازی و هوافضا از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. شناخت صحیح از رفتار خستگی نانوکامپوزیت ­های زمینه فلزی و متعاقب آن انتخاب صحیح پارامترهای فرایند در ساخت محصولی با استحکام استاتیکی و خستگی بالا امری ضروری است. پژوهش­ های قبلی نشان داه است که تنها با افزودن درصد بسیار اندکی نانوذره به عنوان جزء تقویت­ کننده به مذاب فلزات می­ توان استحکام، پایداری شیمیایی، مقاومت سطحی و یا ترکیبی از این ها را بهبود داد. درصد نانو ذرات تقویت­ کننده افزوده شده، چگونگی پخش شدن آنها در زمینه، و انتخاب روش صحیح ساخت نانوکامپوزیت­ ها، تاثیر به ­سزایی در عملکرد نهایی، از جمله عملکرد خستگی قطعات دارد. پژوهش حاضر به ساخت نانوکامپوزیت­ های زمینه آلومینیومی (A356) تقویت شده با ذرات نانوسیلیکا به روش ریخته ­گری و بررسی تاثیر اعمال ارتعاشات آلتراسونیک پرتوان بر مذاب بر خواص مکانیکی، به ویژه استحکام خستگی پرچرخه این مواد می­ پردازد. علت اصلی بررسی رفتار خستگی پرچرخه کامپوزیت زمینه فلزی مذکور، کاربردهای این دسته از مواد کامپوزیتی است که در آن­ها تنش­ های اعمالی عمدتا در ناحیه الاستیک قرار می­ گیرند. به این منظور دوغاب­ های نانوکامپوزیتی از آلیاژ A356 با درصدهای مختلف تقویت­ کننده تحت عملیات آلتراسونیک و حفاظت با گاز آرگون ساخته شده و به صورت ثقلی در قالب­ های فولادی پیش­ گرم شده ریخته شدند. ترانسدیوسر پیزوالکتریکی این سامانه شامل شش قرص پیزوالکتریکی، قطعه پشت­ بند فولادی St304، قطعه تطبیق و تمرکزدهنده که هر دو از آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V ساخته شدند می­ باشد. پس از طراحی، شبیه ­سازی و ساخت ترانسدیوسر، از سیستم خنک­ کاری آب و سپس باد پرفشار برای جلوگیری از داغ شدن و صدمه به اجزای ترانسدیوسر استفاده شد. مجموعه آلتراسونیکی گفته شده با فرکانس تشدید 20 کیلوهرتز چندین بار مورد اصلاح و تعیین پارامترهای بهینه آن در ارتعاش داخل مذاب فلزی آلومینیوم قرار گرفت. پس از فراوری و ذوب­ ریزی کامپوزیت­ های حاوی 2، 4 و 6 گرم نانوسیلیکا، یک نمونه شاهد (بدون تقویت­ کننده) نیز تحت شرایط یکسان ساخته شد. درصد وزنی نانوذرات اضافه شده در سه کامپوزیت­ مذکور به ­ترتیب برابر 0/125، 0/25 و 0/375 هستند. برای کاهش خلل و فرج ریز در ساختار مواد ریختگی، نمونه­ ها تحت عملیات شکل­ دهی قرار گرفته و سپس برای برشکاری و تهیه نمونه­ های استاندارد آماده شدند. در بررسی­ های ریزساختاری، تاثیر اعمال آلتراسونیک بر کلوخه­ شدن نانوذرات تقویت­ کننده، فاز­های مختلف، خیس­ شوندگی نانوذرات توسط زمینه فلزی، و یکنواختی توزیع نانوذرات در زمینه بررسی ­شدند. نتایج این پژوهش نشان داد که نمونه­ ی کامپوزیتی حاوی 2 گرم تقویت­ کننده دارای شرایط بهینه مکانیکی است، به طوری که این کامپوزیت مقادیر بالاتری از تنش کششی، تنش فشاری، شکل­ پذیری و چقرمگی را از خود نشان داد. ریزساختار مواد کامپوزیتی و نمونه شاهد توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی مورد بازبینی قرار گرفت و خواص شکست نرم در نمونه بهینه و شکست نسبتا ترد در سایر نمونه ­ها مشاهده گردید. با وجود ترشوندگی ضعیف نانوسیلیکا در مذاب A356، هیچ ذره کلوخه شده ­ی قابل ملاحظه­ ای در بررسی­ های ریزساختار دیده نشد که خود نشان­ دهنده تاثیر قابل ملاحظه عملیات آلتراسونیک بر مذاب کامپوزیتی آلومینیوم-سیلیکا است. همچنین، با اعمال آلتراسونیک، سرباره­ای حاوی از ذرات پس­زده شده از مذاب مشاهده نشد. از آنجایی­که خواص خستگی به طرز قابل ملاحظه­ای متاثر از شکل­پذیری و چقرمگی است، نمونه­ ی حاوی 2 گرم تقویت­ کننده به همراه نمونه شاهد برای انجام آزمون خستگی انتخاب و برای مقایسه تحت آزمون خستگی قرار گرفتند. با اینکه در تاریخچه تحقیق، اضافه کردن ذرات تقویت ­کننده به مذاب فلزی معمولا منجر به باعث افت خواص خستگی می­ شود، نتایج این تحقیق نشان از افزایش قابل ملاحظه خواص خستگی نانوکامپوزیت فلزی ریختگی در مقایسه با نمونه شاهد داشت. افزایش عمر خستگی در سطوح تنشی پایین­تر (و چرخه­ های بیشتر) ملموس ­تر و بیشتر بود.

 

کلمات کليدی: نانوکامپوزیت ریختگی، آلیاژ A356، نانو سیلیکا، عملیات آلتراسونیک روی مذاب، استحکام خستگی، کلوخه شدن، کاویتاسیون

تحت نظارت وف بومی