پيش بيني عمر خستگي در دماي مختلف نانوكامپوزيت پايه منيزيمي توليد شده با روش نوين همزني

دكتري

امروزه منيزيم و آلياژهاي آن به عنوان سبك ترين فلز سازه اي به دليل خواص مكانيكي منحصربه فرد مورد استقبال گسترده پژوهشگران و صنعتگران قرار گرفته اند. با اين حال با توجه به كاهش چشمگير خواص مكانيكي اين دسته از فلزات در دماهاي بالا تحت بارگذاري هاي يكنواخت و متناوب، تقويت آلياژهاي منيزيمي و ساخت كامپوزيت هاي پايه منيزيمي مي تواند سبب بهبود خواص ريزساختاري و رفتار مكانيكي و در نتيجه افزايش كاربردهاي آن ها در صنايع مختلف نظير صنعت حمل و نقل شود. در اين رساله رفتار خستگي نانوكامپوزيت پايه منيزيمي AZ31B/1.5 vol% Al2O3 در دماي محيط، 100 درجه سانتيگراد و 200 درجه سانتيگراد در دو رژيم كم چرخه و پرچرخه تحت بارگذاري متناوب كشش-فشار مطالعه و نتايج با نمونه هاي آلياژي تقويت نشده مقايسه شده است. به اين منظور آلياژ كارپذير AZ31B با استفاده از 1/5 ٪ حجمي نانوذرات اكسيدآلومينيوم و بهره گيري از روش نوين ريخته گري به كمك هم زني مكانيكي-الكترومغناطيسي تقويت شده و سپس تحت عمليات اكستروژن داغ قرار گرفته است. مطالعات ريزساختاري نشان دهنده كاهش ميانگين اندازه دانه بندي در زمينه منيزيمي كامپوزيت و نيز همگني دانه ها بعد از عمليات اكستروژن به دليل گسترش پديده تبلور مجدد ديناميكي است. همچنين حضور نانوذرات تقويت كننده سبب كاهش شدت بافت پايه اي در نمونه هاي كامپوزيتي گرديده است. نمونه كامپوزيتي مقادير بالاتر سختي در دماي محيط و نيز خواص كششي و فشاري تك محوره بهبود يافته اي را در راستاي اكستروژن و دماهاي مختلف نشان مي دهد. در بارگذاري خستگي پرچرخه تنش-كنترل خمشي چرخشي در دماي محيط، 100 درجه سانتيگراد و 200 درجه سانتيگراد، ذرات تقويت كننده سبب بهبود حد خستگي نسبت به نمونه آلياژي به ترتيب به ميزان 26%، 87% و 50% مي شوند. عمر خستگي نمونه هاي كامپوزيتي تحت بارگذاري كم چرخه كرنش-كنترل كشش-فشار در راستاي اكستروژن با افزايش دما و نيز كاهش دامنه كرنش به نسبت نمونه هاي آلياژي افزايش مي يابد. اگرچه در دماي محيط هر دو نمونه آلياژي و كامپوزيتي به علت غالب بودن مكانيزيم تغيير شكل لغزش نابجايي در كشش و تشكيل دوقلويي در فشار، رفتار نامتقارني به نمايش مي گذارند، با افزايش دما تا 200 درجه سانتيگراد، در نمونه ها رفتار متقارن مشاهده مي شود. بعلاوه آنكه در دماهاي بالاتر رفتار سخت شوندگي چرخه اي به نرم شوندگي تبديل مي شود و مقدار تنش ميانگين كاهش مي يابد. در رژيم پرچرخه مدل باسكوئين توانايي پيش بيني مناسب عمر خستگي در دماي مختلف براي هر دو نمونه كامپوزيتي و آلياژي را دارد. در ميان مدل هاي مختلف ارائه شده براي پيش بيني عمر خستگي در رژيم كم چرخه، مدل پايه انرژي جاهد-ورواني از نظر آماري نسبت به مدل هاي كافين-مانسون-باسكوئين و اسميت-واتسون-تاپر قابليت پيش بيني عمر در دماي مختلف و به نحو مطلوب تري را دارد. همچنين روش مورد استفاده در تحليل رگرسيون تأثير فراواني بر ضرايب مدل هاي مذكور مي گذارد، به نحوي كه با استفاده از برخي از روش ها، امكان پيش بيني كامل نتايج در دماي 200 درجه سانتيگراد وجود ندارد.

194248

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حميدرضا جاهدمطلق

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

دكتر محمد صديقي