پایان نامه اثر بسیار مهم دما برتنش آستانه ای

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.

- مقدمه :

  با پيشرفت بشر وايجاد تکنولوژي جديد ،نياز انسان به توليد موادي که در دماهاي بالا خواص مکانيکي مناسبي از خود نشان مي دهند ،افزايش پيدا کرده است.براي پاسخگويي به اين نياز شناخت مکانيزم هايي که درشرايط دماي بالا اتفاق مي افتد لازم است.آزمايش خزش از جمله آزمايشاتي است که به خوبي مي تواند جوابگوي اين نياز باشد.

 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 7اين 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[.

منابع

1-عشوري ،کيوان:مقايسه خوردگي فولادهاي ميکروآلياژي با فولادهاي معمولي ،دانشگاه آزاد اسلامي يزد ، شماره 3-475،.پاييز 1386

 [2].S.P.Deshmukh,"Creep behavior and threshold stress of an extruded Al–6Mg–2Sc–1Zr alloy",materials sci A.381(2004)

[3]. C. Girish Shastry a , P. Parameswaran a , M.D. Mathew a,∗ , K. Bhanu Sankara Rao a , S.D. Pathak b

  " Effect of loading history on the threshold stress in the creep deformation of an austenitic stainless steel",Materials Sci Eng A(2007)

 [4]. Emmanuelle A. Marquis, David C. Dunand ,"Model for creep threshold stress in precipitation-strengthened alloys with coherent partivles ",Sci Mater 47(2002) 503-508                                                                                

 [5]. R. Kaibysheva,∗ , F. Musina , E. Avtokratovaa , Y. Motohashib, "Deformation behavior of a modified 5083 aluminum alloy",Mater Sci Eng A 392 (2005) 373-379

 [6]. Zhigang Lin 1, Yong Li 2, Farghalli A. Mohamed ," Creep and substructure in 5 vol.% SiC–2124 Al composite",Mater Sci Eng A 332(2002) 330-342

 [7] Emmanuelle A.Marquis,David N.Seidman,David C.Dunand,"Effect of Mg addition on the creep and yield behavior of an Al-Sc alloy",Acta Mater 51 (2003) 4751-4760

[8].E.Arzt,j Rosler,Acta Metall.38 )1990( 671

[9].K.T.Park,E.J.Lavernia.F.A.Mohamed,Acta Metall.Mater.42)1994(667

[10].  S.P. Deshmukh a , R.S. Mishra a,∗ , K.L. Kendig ,"Creep behavior of extruded Al–6Mg–1Sc–1Zr–10 vol.% SiCp composite",Mater Sci Eng A 410-411 (2005) 53-57

 [11].  J.A. del Valle,* F. Carreno and O.A. Ruano," On the threshold stress for superplasticity in Mg–Al–Zn alloys',Scr Mater 57 (2007) 829-832

 [12]. Farghalli A. Mohamed," On the origin of superplastic flow at very low stresses", Mater Sci and Eng A 410-411(2005) 89-94

 [13].A.Ball,M.H.Huchinson.Metall Sci,J.3)1969( 10

[14] D. Srolovitz, R. Petkovic-Luton, M.J. Luton, Philos. Mag. 48 (1983)

     795–809.

[15] E. Artz, D.S. Wilkinson, Acta Metall. 34 (1986) 1893–1898.

[16] V.C. Nardone, D.E. Matejczyk, J.K. Tien, Acta Metall. 32 (1984)

     1509–1517.

[17] R.S. Mishra, T.K. Nandy, G.W. Greenwood, Philos. Mag. A 69

     (1994) 1097–1109.