منابع پایان نامه درباره مورفولوژی، نام گذاری

روشهایی که می توان کرنش برگشت پذیر آلیاژها را افزایش داد، عملیات حرارتی پیرسختی می باشد. در اثر عملیات پیرسختی آلیاژهای NiTi غنی از Ni، رسوبات نیمه پایدار Ni4Ti3 بوجود می آید. این رسوبات ریز و کوهیرنت باعث افزایش استحکام زمینه NiTi شده و خواص سوپرالاستیسیته را بهبود می بخشند و نیز باعث افزایش دماهای استحاله می گردند[17].
به منظور عملیات حرارتی پیرسازی، نمونه‌های تهیه شده از آلیاژ wt.NiTi%5/57 مطابق با برنامه عملیات حرارتی ارائه شده در شکل 7-3 تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. انتخاب دما و زمان عملیات حرارتی، براساس محدوده پایداری رسوبات که در شکل 2-3 ارائه گردیده است صورت گرفته است[22]. این شکل برای آلیاژ wt.NiTi %57 رسم شده است ولی میتواند معیاری برای آلیاژ با wt.%5/57 نیکل باشد. بنابراین محدوده دمایی oC400 تا oC 700 به عنوان محدوده دمایی عملیات حرارتی انتخاب گردید. در ادامه ابتدا نتایج ریزساختاری نمونه های مربوط به دمای 400 و oC 700 آورده می شود و از روی این نتایج، دما و زمان ادامه عملیات حرارتی، تعیین می شود. شکل 16-4 به طور شماتیک، مشخصات نمونه های عملیات حرارتی و نامگذاری آنها را نشان می دهد.
شکل17-4 ریز ساختار مربوط به نمونه های As-received وA و M را نشان می دهد. از مقایسه شکل ها مشخص می شود که عملیات پیر سازی نتوانسته است تغییر ریزساختاری مشخصی را در نمونه ایجاد کند و به نظر میرسد که نوع رسوبات تغییر نکرده است.
همانطور که میدانید فرآیند تشکیل رسوب یک فرآیند نفوذی است و در هر فرآیند نفوذی دو عامل دما و زمان بسیار تاثیز گذار هستند[7]. بنابراین به نظر می رسد که برای این نمونه، دما و زمان کافی برای تشکیل رسوبات جدید وجود نداشته است. این موضوع در مورد هر دو نمونه عملیات محلولی شده و بدون عملیات محلولی وجود دارد.
شکل 18-4 منحنی تنش کرنش نمونه های As-received (AR) وA و M را نشان می دهد. به طور کلی برای برای هر نمونه، دو نمونه کشش در نظر گرفته شده بود. نمونه As-received، حدود 3 درصد کرنش از خود نشان می دهد. استحکام نمونه عملیات محلولی نشده در مقایسه با نمونه AR تفاوت چندانی نکرده است. ولی در حالت کلی به نظر می رسد که رشد دانه و از بین رفتن نابجایی ها تا حدودی خواص مکانیکی را در مقایسه بانمونه AR کاهش داده است. زمینه همچنان آستنیتی و ناخالصی‌های اکسیدی یا محل کنده شدن آنها دیده می‌شود. در چنین دماهایی یا رسوبی وجود ندارد و یا اندازه آنها آنقدر ریز است که با میکروسکوپ الکترونی SEM نمی‌توان آنها را مشاهده کرد.
در مورد نمونه با عملیات محلولی استحکام در مقایسه با نمونه بدون عملیات محلولی تغییر چندانی نکرده است ولی نکته ای که جلب توجه میکند داکتیلیته است که تا حدود زیادی کم شده است. علت آن فوق اشباع بودن زمینه از نیکل در اثر عملیات محلولی است که باعث ترد شدن نمونه می شود.
شکل16-4 مشخصات نمونه های پیرسازی شده و نام گذاری آنها.
شکل17-4 ریز ساختار مربوط به نمونه های: الف) As-received ب)A و ج)M در بزرگنماییx100.
بنابراین به نظر می رسد که دمای oC400 و زمان 1 ساعت، تاثیر منفی بر روی خواص مکانیکی داشته است. همانطور که گفته شد، فرایند رسوب دهی، فرآیند نفوذی است که به دو رکن دما و زمان نیاز دارد. به این منظور در مورد نمونه A، زمان 8 ساعت نیز مورد آزمایش قرار گرفت(نمونه B) که این نمونه هم مانند نمونه A، تغییرات ریزساختاری نشان نداد و استحکام آن بدلیل رشد دانه و بازیابی نابجایی ها افت کرده است.
شکل18-4 منحنی تنش کرنش مربوط به نمونه های: الف) As-received ب)A و ج)M.
ادامه شکل18-4 منحنی تنش کرنش مربوط به نمونه های: الف) As-received ب)A و ج)M.
شکل 19-4 تصویر ریزساختاری و SEM نمونه B را نشان می دهد. همچنین در قسمت (ج) منحنی تنش کرنش این نمونه آورده شده است. که باز هم بهبود خواص مکانیکی را نشان نمی دهد.
شکل 19-4 تصویر الف)ریزساختاری و ب) SEM و ج) منحنی تنش کرنش نمونه B.
ادامه شکل 19-4 تصویر الف)ریزساختاری و ب) SEM و ج) منحنی تنش کرنش نمونه B.
شکل 20-4 منحنی مناطق پایداری رسوب را برای آلیاژ با %57 وزنی نیکل نشان می دهد. همانطور که گفته شد می توان این منحنی را با تقریب خوبی برای آلیاژ با %5/57 وزنی نیکل نیز استفاده کرد. محدوده عملیات حرارتی بین 400 تا oC 700 سانتیگراد انتخاب گردید. هدف تشکیل رسوبات Ni4Ti3 است زیرا همانطور که در فصل 2 بیان شد، رسوبات Ni3Ti باعث ایجاد تردی در ساختار می شوند و مطلوب نیستند.
شکل20-4 دیاگرام TTT آلیاژ NiTi57 درصد وزنی نیکل [7].
با توجه به نتایج بیان شده در مورد نمونه A و B به نظر می رسد که حد پایینی دما، نتوانسته است خواص مکانیکی مطلوبی را ایجاد کند. در این قسمت نتایج مربوط به نمونه های K و L یعنی نمونه های پیر شده در دمای oC700 و زمان های 1 ساعت و 8 ساعت آورده می شود تا اثر حد بالایی دما بر رفتار مکانیکی آلیاژ بررسی گردد. شکل 21-4 ریز ساختار نمونه K را در دو بزرگنمایی x100 و x500 نشان می دهد.
شکل 21-4 ریز ساختار نمونه K در دو بزرگنمایی الف) x100 و ب) x500.
همانطور که در شکل مشخص است، رسوبات عدسی شکل در مرز دانه به چشم می خورد که به داخل دانه کشیده شده اند. مورفولوژی این رسوبات، به رسوبات Ni3Ti2 شباهت دارد[22]. البته در این نمونه رسوبات با مورفولوژی متفاوتی نیز دیده شده است که در شکل 22-4 با دو بزرگنمایی x200 و x500 آمده است. شکل این رسوبات به صورت تیغه های عدسی شکل است که به حالت ضربدری بر روی هم قرار گرفته اند. کسر حجمی این رسوبات، در مقایسه با رسوبات ترد Ni3Ti2 مقدار کمتری است.
شکل 22-4 مورفولوژی دیگر رسوب در ریز ساختار نمونه K در دو بزرگنمایی الف) x200 و ب) x500.
به منظور بررسی دقیق تر ریزساختار و نوع رسوبات، از میکروسکوپ SEM استفاده گردید و آز آنالیز EDX برای تعیین نوع رسوبات استفاده شد. در شکل 23-4 تصویر SEM نمونه K یعنی نمونه ای که در دمای oC700 و برای زمان 1 ساعت پیر سازی شده است، نمایش داده شده است که با استفاده از این تصویر توضیح رسوبات فوق آسان تر می شود.
شکل 23-4 تصویر SEM نمونه K.
تصویر22-4 در بزرگنمایی 3000 برابر تهیه شده است که دو نوع مورفولوژی متفاوت را برای رسوبات غنی از نیکل نشان می دهد. آنالیز EDX بر روی رسوبات مشخص شده در شکل 23-4 انجام گرفت که نتایج آن در شکل 24-4 آمده است. همانطور که از آنالیز مشخص است، رسوب درشت تر و با ساختار بلوکی شکل کشیده، رسوب Ni3Ti2 است که با شماره 1-3-1 در شکل 23-4 مشخص شده است و رسوب با اندازه ریز تر و مورفولوژی عدسی شکل، رسوب Ni4Ti3 است که در شکل23-4 با شماره 3-1 مشخص شده است. بیشتر رسوبات ایجاد شده در نمونه از نوع Ni3Ti2 هستند که با نمودار شکل 20-4 تطابق دارد.
شکل 24-4 آنالیز EDX از رسوبات مشخص شده در تصویر SEM شکل 23-4.
شکل 25-4 تصویر متالوگرافی نمونه N را نشان می دهد یعنی نمونه ای که عملیات محلولی بر آن انجام شده و سپس در دمای oC700 و 1 ساعت پیر شده است.
شکل 25-4 تصویر متالوگرافی نمونه N(عملیات محلولی +پیر سازی در دمای oC700 و زمان 1ساعت).
از نظر متالوگرافی، عملیات محلولی تغییری در ریزساختار نمونه در مقایسه با نمونه K ایجاد نکرده است و همان دو مورفولوژی رسوبات Ni3Ti2 وNi4Ti3 در شکل دیده می شود.
شکل 26-4 منحنی تنش کرنش نمونه K و نمونه N را نشان می دهد.
شکل 26-4 منحنی تنش کرنش نمونه: الف) K و ب)N.
شکل الف26-4 منحنی تنش کرنش نمونه پیر شده در دمایoC 700 و زمان1 ساعت را نشان می دهد که این عملیات تاثیر منفی بر خواص مکانیکی آلیاژ داشته و به شدت باعث کاهش داکتیلیته و ترد شدن آن گردیده است که علت این امر می تواند تشکیل رسوبات نیمه پایدار Ni3Ti2 باشد.
ضمن آنکه عملیات محلولی تاثیر چندانی بر خواص نداشته است و فقط در مقایسه با نمونه AR کرنش نمونه کاهش پیدا کرده است که علت آن می تواند مربوط به فوق اشباع شدن زمینه باشد. شکل 27-4 ریزساختار نمونه عملیات حرارتی شده در دمای oC700 و زمان 8 ساعت را در دو حالت بدون عملیات محلولی(نمونه L-شکل الف27-4) و باعملیات محلولی (نمونه O- شکل ب27-4) نشان می دهد.
شکل 27-4 ریزساختار نمونه عملیات حرارتی شده: الف)L و ب)O.
مشاهده می‌شود که با افزایش زمان پیرسازی رسوبات رشد می‌کنند و با میکروسکپ نوری قابل رویت می‌شوند. در زمان‌های طولانی مشاهده می‌شود که رسوبات جهت‌گیری‌های مشخصی نیز دارند. همچنین در این دماها ذرات کاربیدی و اکسیدی درشت در مرز دانه‌ها مشاهده می‌شود. از طرفی با افزایش زمان پیرسازی، رشد اندازه دانه‌ها تا حدی ملموس است. در این حالت به نظر می رسد که کسر حجمی رسوبات Ni4Ti3 افزایش پیدا کرده است که این موضوع در مورد هم نمونه با عملیات محلولی و هم نمونه بدون عملیات محلولی صدق می کند. افزایش زمان، فرصت کافی برای رشد تیغه های Ni4Ti3 را فراهم کرده است[29و32].
در شکل 28-4 نمودار تنش کرنش مربوط به نمونه L و O آورده شده است. همانطور که ملاحظه می کنید در مقایسه با نمودار شکل 26-4، مربوط به نمونه های K و N، افزایش استحکام اتفاق افتاده است و همچنین داکتیلیته نیز اندکی افزایش پیدا کرده است. اما در مورد نمونه O که عملیات محلولی شده است همچنان کاهش داکتیلیته دیده می شود. لازم به ذکر است که تغییر شیب ملاحظه شده در نمودار 28-4 مربوط به ریز کرنش سنج است که در هنگام کشش، در کرنش های بالاتر از 1 درصد از نمونه جدا می شود.
شکل 28-4 نمودار تنش کرنش مربوط به نمونه الف) L و ب)O.
ادامه شکل 28-4 نمودار تنش کرنش مربوط به نمونه الف) L و ب)O
در ساختار همچنان رسوبات Ni3Ti2 ملاحظه می شود که به نظر می رسد اثر منفی بر روی خواص مکانیکی دارند و نمونه را ترد کرده اند. ملاحظه می شود که با افزایش زمان، استحکام افزایش چشم گیری پیدا کرده است. علت آن می تواند مربوط به افزایش کسر حجمی رسوبات Ni4Ti3 باشد. در مورد نمونه O یعنی نمونه پیرشده در دمای oC700 و زمان 8 ساعت که عملیات محلولی نیز بر آن انجام شده ملاحظه می شود که استحکام در مقایسه با نمونه بدون عملیات محلولی تغییر محسوسی نکرده است و در مقابل کرنش نمونه کاهش یافته است که علت آن می تواند مربوط فوق اشباع بودن زمینه از نیکل باشد که نمونه را ترد کرده است. شکل 29-4 تصویر SEM رسوب Ni3Ti2 را در نمونه L نشان می دهد. از آنجایی که مشابه رسوب قبلاً دیده شده و آنالیز EDX بر آن انجام شده، از انجام آنالیز مجدد خودداری شده است.
شکل 29-4 تصویر SEM رسوب Ni3Ti2 را در نمونه L.
با بررسی نمودار 17-4 ، 26-4 و 28-4 مشخص می شود که عملیات محلولی تاثیری برروی استحکام نداشته است و از طرف دیگر در مواردی داکتیلیته را کاهش داده است یعنی نمونه را ترد کرده است(در دمای oC400(. بنابراین در دمای پایین عملیات محلولی تاثیر مخرب داشته است. در دمایoC 700 نیز مقایسه دو نمودار نشان می دهد که عملیات محلولی تاثیری نداشته است. بنابراین می توان عملیات محلولی را حذف کرد. در منابع [22و7] نیز اشاره شده است که در مورد آلیاژهای غنی از نیکل می توان مرحله عملیات محلولی را حذف کرد.
پس از بررسی حد بالایی و حد پایینی محدوده دمایی عملیات حرارتی، یعنی دماهای oC400 و oC700 ، به بررسی نتایج حاصل از عملیات حرارتی در دماهای oC500 و oC600 پرداخته می شود. شکل 30-4 تصویر متالوگرافی نمونه عملیات حرارتی شده در دمای oC 500

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه ارشد درموردthe، of، and

دیدگاهتان را بنویسید