تحقیق بررسی عیوب داخلی قطعات ریخته گری شده آلومینیوم درصنایع اتومبیل و هوا فضا به همراه تصاویر جداول
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته مواد و متالورژی (آموزش_و_پژوهش)
بخشی از متـنِ ایـن تـحقیـق :
آلیاژ آلومینیوم ریخته گری شده درکاربردهای حساس و بی خطر درصنایع اتومبیل و فضا رایج شده است. بنابراین ضروری است که عیوب داخلی و مکانیزم های ناقص به طور کامل درک شوند تا ریخته گری قابل اطمینان حاصل شود.
در این زمینه افراد متعددی فعالیت و پژوهش داشته اند كه در مورد نتایج مطالعات بعضی از آنها به اختصار در ذیل بحث شده است كه نام هرشخص به همراه نام كتاب یا عنوان مقاله پژوهشی نیز ذكر شده است :
2-1 J.Cambell,Casting , 2nd ed.(Butterworth-Heinemann,Oxford ,2003) , 17-69
Campbell یک لایه اکسید دو تایی وارد شده را تصور كرد و سپس عیوب زیان آور آن را روی خواص آلومینیوم ریخته گری شده شرح داد . هربار سطحی از مذاب به روی خودش چین می خورد یعنی بوسیله ی عمل موج شکنی ، لایه اکسید سطحی وارد حجمی از مذاب می شود . این اتفاق در جائیکه سطوح داخلی متصل نشده اند ، با عنوان یک لایه اکسید دو تایی نام می گیرد اما یک لایه ی هوا بین دو تا سطح به دام افتاده است و در هنگامی که مذاب ریخته گری منجمد می شود به ترک منجر می شود ( شکل 2-1 ) . بیشتر فلزات واکنش پذیر مذاب مانند آلومینیوم و منیزیم احتمالا به خاطر تلاطم سطح در طول انتقال و ریختن مذاب عیوب زیادی در بر دارند . عیوب لایه اکسید دوتایی میتوانند به خاطر تلاطم داخلی در فلز مذاب در طول ریخته گری حلقوی و به هم متصل شوند. همچنین پیشنهاد شده است که آنها به علت تغییر نیروهای رانشی و به عنوان مثال انحلال هیدروژن به داخل هوای عیب لایه اکسید دوتایی و انقباض فلز مذاب در طول انجماد می توانند باز شوند و گسترش یابند.
2-2 Green N.R. and Campbell J., “Influence of oxide film filling defects on the strength of Al-7Si-Mg alloy casting,” AFS Trans., 114 (1994), 341-347
Green و Campbell نشان دادند که طراحی سیستم راهگاهی بد عیب لایه اکسیدی را در بردارد و تکرار پذیری خواص آلیاژ آلومینیوم ریخته گری را کاهش می دهد. نمونه هایی از شبکه های پیچیده و در هم گیر کرده ای از لایه های اکسیدی در ریخته گری شان یافت شد كه در شکل 2-2 نشان داده شده است.
2-3 Nyahumwa C.,Green N.R. and Campbell J., “The Concept of the Fatigue Potential of Cast Alloys,” J.of the Mech. Behaviour of Materials, 9(1998), 227-235
2-4 Nyahumwa C.,Green N.R. and Campbell J., “Influence of Casting Technique and HIP on the Fatigue of an Al-7Si-Mg ,” Met. And Mat. Trans.A,31A (2000), 1-10 .
Nyahumwa همچنین تاثیرعیب لایه اکسیدی وارد شده را روی عمر خستگی Al-7Si-0.3Mg ریخته گری شده را نشان داد.
پیشنهاد شده است وقتی مذاب آلیاژ Al-7Si-0.3Mg در معرض عملیات Hipping قرار گرفت ، فشار به کار برده شده در درجه حرارتی نزدیک به درجه حرارت یوتکتیکش ، موجب تغییر فرم پلاستیک قابل توجهی در قطعه ریختگی خواهد شد که باعث می شود عیوب لایه اکسید دو تایی متلاشی شوند و سطوح آنها واداربه تماس شوند. بعد از یک دوره Incubation لایه آلومینیایی ( اکسید آلومینیوم ) وارد شده به اسپینل آلومینیوم – منیزیم MgAl2O4 (MgO.Al2O3) تبدیل می شود . این ، تغییر حجم و بازآرایی اتمی ساختار کریستالی را در بردارد که انتظار می رود پیوند نفوذی را در سرتاسر فصل مشترک اکسید با اکسید که نشان دهنده ی سطح داخلی عیب لایه اکسید دوتایی است ، قوت ببخشد . سپس عیب ممکن است همانند آغازگر ترک خستگی که باعث اصلاح قابل توجهی در عمر خستگی بعد از Hipping آلومینیوم ریختگی می شود اندکی غیر فعال شود.
2-6 Impey S.A.,Stephenson D.J. and Nicholls J.R., “ Mechanism of Scale Growth on Liquid Aluminium ” Mat.Sci. and Tech., 4(1998), 1127-1132.
2-5 Impey S.A.,Stephenson D.J. and Nicholls J.R., “The Influence of Surface Preparation and Pretreatments on the Oxidation of Liquid Aluminium and Al-Mg Alloys, (Microscopy of Oxidation, Proceedings of 2nd Int. Conf., Selwyn College, University of cambridge, 29-31 March 1993), 323-337.
در مذاب آلومینیوم ، آلومینیای غیر بلوری که به لایه ی-Al2O3γ بلوری (حدود 5 تا 10 دقیقه) و سپس به -Al2O3α (حدود 5 ساعت) تغییر شکل می یابد ، یافت شد. -Al2O3α چگال تر است به طوریکه به وسیله ی نسبت Pilling-Bedworth(نسبت حجم مولکولی اکسید به حجم اتمی فلز) نشان داده می شود و نسبت به -Al2O3γ کمتر محافظ است. این تغییر حالت با تغییر حجمی حدود 24 درصد[6] ارتباط داده شد که به فشارهایی در لایه و شکست آن منجر می شود . مذاب آلومینیوم از میان این شکاف ها می تواند تراوش کند تا با هوای داخلی تماس داشته باشد تا جائیکه با اکسیژن واکنش دهد تا لایه ی Al2O3 موجود ضخیم شود.
پیشنهاد شد وقتی اکسیژن مصرف شده باشد ، باید واکنشی بین نیتروژن باقیمانده و آلومینیوم باشد تا AlN تشکیل شود ، اگرچه هیچ مدرک آزمایشگاهی برای این ارائه نشده است. واکنش پیش می رود و حجم گاز داخلی کاهش می یابد ، اطراف لایه (لایه اکسیدی) وادار به تماس می شوند. در عین حال آرگون ( که به طور تخمین ٪1 ازهوا می باشد ) در آلومینیوم ، حل نشدنی و واکنش ناپذیر است و بین دو لایه اکسیدی باقی خواهد ماند. به محض اینکه دو طرف تر نشده ی ( نامرطوب و خشك ) لایه اکسید دو تایی درتماس باشند، این امکان هست که آنها بتوانند با همدیگر حداقل در بعضی نقاط رشد کنند . هر پیوندی ممکن است محکم نباشد اما ممکن است باعث افزایش در استحکام ، در مقایسه با لایه هوای سابق در عیب شود.
2-7 R.Raiszadeh & W.D.Griffiths in “ A Method to Study the History of a Double Oxide Film Deffect in Liquid Aluminium Alloys ”
درپژوهشی تحت عنوان " مطالعه ی تاریخچه ی عیوب لایه اكسید دوتایی در آلیاژ آلومینیوم مذاب " آزمایش هایی كه با حجم گاز حبس شده در آلیاژ مذاب انجام شدند ، نشان دادند كه آلومینیوم مذاب می تواند هوای حبس شده داخل عیب لایه اكسید دوتایی را مصرف كند . این فرآیندها باید پیوسته باشند. هیچ زمان سكونی كه با انتقال از حالت غیر بلوری (آمورف) به γ یا Al2O3-α ارتباط داشته باشد یافت نشد . ترك هایی كه در طول حركت لایه ی اكسیدی تشكیل می شوند قبل از اینكه واكنش های بیشتری بتواند اتفاق بیفتد نیاز برای چنین زمان سكونی را برطرف كردند ( حذف كردند ) .
آزمایش های با حجم های متغیرهیدروژن تایید كردند ( شکل 2-3 ) كه انبساط مشاهده شده ی حجم حباب هوا ناشی از نفوذ هیدروژن به داخل هوای حبس شده بود . هنگامی كه حجم اولیه هیدروژن مذاب بالاتر از حالت تعادلی كه با اتمسفرمحیط ارتباط دارد باشد ، به خاطر درجه حرارت بالای ذوب و هنگام فرو بردن میله كه بعد از یك مدت زمان كوتاه اتفاق می افتد ، هیدروژن به داخل حباب هوای حبس شده نفوذ می كند و حجم هوای حبس شده شروع به افزایش می كند . اما حجم هیدروژن مذاب كاهش می یابد و با هوای محیط به تعادل می رسد ، حجم هوای حبس شده دوباره كاهش می یابد . در عین حال اگر مذاب برای 240 دقیقه قبل از فرو بردن میله ریخته شود ( رها شود ) ، چون حجم هیدروژن مذاب با هوای محیط قبل از اینكه آزمایش شروع شود به تعادل رسیده است ، هیچ انبساطی مشاهده نمی شود .
بنابراین حجم هوای حبس شده در اتمسفر داخل آزمایش به هردوی (1) مصرف گازهای داخل هوای حبس شده به وسیله ی واكنش با فلز مذاب (2) نفوذ هیدروژن حل شده در فلز به داخل و خارج هوا بستگی دارد .
به طور مشابه عمر لایه ی اكسید دوتایی همچنین باید به این دو پدیده ی مهم بستگی داشته باشد : مصرف گازهای حبس شده داخل هوای آن و نفوذ هیدروژن به داخل و خارج این هوا .
مدول ( نسبت حجم به سطح ) عیب لایه ی اكسید دوتایی باید یك تاثیرقابل ملاحظه ای روی نرخ مصرف هوا داشته باشد . مدول حباب هوای حبس شده در آزمایش حدود mm40 بود . مدول لایه اكسید دوتایی نمونه ای با ابعاد μm 5 ×mm 5 ×mm 10 باید حدود mm 0025/0 باشد حدود 16000 بار كوچكتر . اگر یك برون یابی خطی بین زمان های واكنش دو حجم بتواند انجام شود ، پیشنهاد می شود كه هوای حبس شده در داخل عیب لایه ی اكسید دوتایی كه در مذاب آلومینیوم وجود دارد در حدود 2 ثانیه ممكن است مصرف شود یا برای عیبی با ضخامت mμ 100 می تواند حدود 40 ثانیه باشد . در عین حال ، هیدروژن حل شده ای كه بتواند به داخل هوای عیب لایه ی اكسید دوتایی نفوذ كند می تواند زمان را برای لایه ی اكسید دوتایی كه شامل هوا می شود افزایش دهد و بنابراین ممكن است هر فرآیند غیرفعال ساختن عیب را كه به نزدیك شدن سطوح اكسیدی نیاز دارد به تاخیر بیندازد .
2-8 C.Nyahumwa C.,Green N.R. and Campbell J., “Effect of Mold-Filling Turbulence on Fatigue Properties of Cast Aluminium Alloys,” AFS Trans., 58 (1998), 215-223
"اثر تلاطم در پر كردن قالب روی خواص خستگی آلیاژهای آلومینیوم ریختگی "
Nyahumwa همچنین پیشنهاد کرد که هوای داخل لایه اکسید دو تایی که درون مذاب آلومینیوم شناوراست ممکن است به تدریج به وسیله ی واکنش با آلومینیوم مذاب اطرافش مصرف شود و دیواره های اکسیدی تا حدی ممکن است با هم پیوند بر قرار کنند. لایه اکسید سطحی غیر بلوری اولیه مانند عیب سطوح دوتایی چین خورده شد و به داخل مذاب فرو برده شد.
2-8-1 شكل متالوگرافی عیوب لایه ی اكسید دوتایی
با مشاهده ی شبكه ی لایه ی اكسیدی در مقاطع متالوگرافی شده ی قطعات ریختگی (شکل 2-4 ) به طور واضح تاثیر تلاطم سطحی مذاب در ورود لایه های اكسیدی توسط عمل چین خوردن طی پر كردن قالب مشخص می شود . شكل 2-4- b چگونگی ایجاد ترك را نشان می دهد . همچنین نشان می دهد كه هیچ اتصالی در فصل مشترك اكسید با اكسید ایجاد نشده است . عرض بین دو سطح خشك لایه ی اكسیدی چین خورده از 1 تا 10 میكرون تغییر می كند . در عین حال عرض ترك ها به حفره ها مربوط می شوند كه به طور قابل توجهی از 10 میكرون بزرگتر هستند ( شكل 2-4 )
2-8-2 نقش عیوب لایه اكسیدی به عنوان عوامل شروع ترك خستگی
همانطور كه در شكل 2-5 دیده می شود تفاوتی مهم بین توزیع عمر خستگی قطعات ریختگی همراه با تلاطم سطحی و قطعات ریختگی بدون تلاطم سطحی وجود دارد . این نتایج به طور واضح براین دلالت دارد كه دو سیستم پر كردن قالب ، تمایل مختلفی برای وارد كردن عیوب لایه ی اكسیدی دارند .
توسط مطالعه ی مقطع شكست آغاز گرهای ترك خستگی ( عیوب لایه ی اكسیدی ) ، انواع متفاوت لایه ی اكسیدی یافت شد كه نقش متفاوتی را در تعیین عمر خستگی آلیاژ ریختگی Al-7Si-Mg ( 2L99 ) ایفا می كند .
تغییرات عمر خستگی توسط تاثیر آنها به عنوان آغاز گر ترك خستگی تعیین شد . برای مثال در ریخته گری همراه با تلاطم سطحی بیشتر ترك های خستگی در عیوب لایه ی اكسیدی تازه ( لایه ی اكسیدی نازك و باریك ) شروع می شوند ( شكل 2-6 ) و عمر خستگی كمتری خواهند داشت ( شكل 2-8 ) . این قضیه با قطعات ریختگی بدون تلاطم سطحی مقایسه شد . دراین قطعات ، ترك خستگی متناوبا توسط لایه ی اكسیدی قدیمی شروع می شود ( شكل 2-7) بطوریكه فرآیند شروع ترك یا به وسیله ی جدا شدن لایه ی اكسیدی قدیمی از زمینه ی فلزی و یا توسط ترك خوردن لایه ی اكسیدی قدیمی انجام می شود كه این به عمر خستگی طولانی تر منجر می شود ( شكل 2-8 ) ...
تـوضـیـحــاتِ فـایــل :
- این فایل با فرمت word ( قابل ویرایش ) در اختیار شما قرار خواهد گرفت.
- تعداد صفحات : 65
- قابل ارائه و مناسب بعنوان تحقیق کلاسی
- جهت دانـلـود این تحقیق به انتهای صفحه مراجعه کنید.
کلمات کلیدی : قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, دانلود تحقیق قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, دانلود رایگان تحقیق قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, پروژه قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, مقاله قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, مقاله در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, پروژه در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, پایان نامه قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق آماده در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, رایگان , word , ورد, پاورپوینت , pdf, رشته متالورژی , power point , فرمت ورد , تحقیق آماده متالورژی در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق علم مواد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق کلاسی آماده قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق درباره قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق رایگان قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, پاورپوینت قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق در رابطه با قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق راجب قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, پروژه درباره قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, دانلود پاورپوینت آماده قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, مقاله در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, مقاله درباره قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, دانلود تحقیق علم مواد , تحقیق با موضوع قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق دانش آموزی در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, تحقیق آماده قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, درس متالورژی فیزیکی , دانلود رایگان تحقیق در مورد قطعات ریخته گری شده آلومینیوم, شناسایی مواد , جوشکاری , سرامیک ,مهندسی مواد , متالورژی