دانلود مقاله ساخت ماده مرکب به روش ریخته گری در قالب فلزی و بررسی تأثیر دو فاکتور مختلف بر روی خواص مکانیکی از جمله سختی و استحکام

دانلود مقاله ساخت ماده مرکب به روش ریخته گری در قالب فلزی و بررسی تأثیر دو فاکتور مختلف بر روی خواص مکانیکی از جمله سختی و استحکام

چکیده

مواد مرکب به خاطر داشتن وزن سبک ، همچنین حجمی مساوی با حجم آلیاژهای دیگر و خواص مکانیکی منحصر به فردی که ارائه می کنند در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از این مواد بیشتر در سازه های فضای  و صنایع هوایی استفاده می شود. مواد مرکب از دو جزء اصلی تشکیل شده اند: ۱- فلز پایه ۲- عامل تقویت کننده

بصورت کلی از فلزات با وزن کم به عنوان فلز پایه و همچنین از مواد سرامیکی به عنوان تقویت کننده استفاده می شود از مهمترین و معروفترین مواد مرکب می توان به ماده مرکب با زمینه آلومینیومی و تقویت کننده ذره ای کاربیدسیلیکون اشاره کرد آلومینیوم و کاربیدسیلیکون به علت نزدیک بودن دانسیت هایشان به یکدیگر می توانند خصوصیات عالی مکانیکی را در وزن کم بوجود بیاورند در این تحقیق نحوه ساخت این ماده مرکب از روش ریخته گری در قالب فلزی مورد بررسی قرار می گیرد و تأثیر دو فاکتور مختلف ، یک درصد وزنی تقویت کننده و دیگری سرعت هم زدن مخلوط مذاب بر روی خواص مکانیکی از جمله سختی و استحکام مورد بحث و بررسی قرار می گیرد نتایج حاصل شده به ما نشان می دهد که با اضافه کردن مواد سرامیکی به فلز پایه تغییرات ای در رفتار مکانیکی فلز پایه ایجاد می شود که در این مقاله به تفصیل به بررسی این رفتار می پردازیم .

–

مقدمه

استفاده از مواد کامپوزیت طبیعی، بخشی از تکنولوژی بشر از زمانی که اولین بناهای باستانی، کاه را برای تقویت کردن آجرهای گلی به کار بردند بوده است. مغولهای قرن دوازدهم، سلاح های پیشرفته ای را نسبت به زمان خودشان با تیر و کمان هایی که کوچکتر و قوی تر از دیگر وسایل مشابه بودند ساختند. این کمانها سازه های کامپوزینی ای بودند که به وسیله ترکیب زردپی احشام (تاندون)، شاخ، خیزران (بامبو) و ابریشم ساخته شده بودند که با کلوفون طبیعی[۱] پیچیده می شد.این طراحان سلاح های قرن دوازدهم، دقیقاً اصول طراحی کامپوزیت را می فهمیدند. اخیراً بعضی از این قطعات موزه ای ۷۰۰ ساله کشیده و آزمون شدند. آنها از نظر قدرت حدود %۸۰ کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند. در اواخر دهه ۱۸۰۰، سازندگان کانو قایق های باریک و بدون بادبان و سکان، تجربه می کردند که با چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت[۲]  با نوعی لاک به نام شلاک[۳]، لایه گذاری کاغذی را تشکیل می دهند. در حالی که ایده کلی موفق بود، ولی مواد به خوبی کار نمی کردند. چون مواد در دسترس، ترقی نکرد، این ایده محو شد. در سالهای بین ۱۸۷۰ تا ۱۸۹۰ انقلابی در شیمی به وقوع پیوست. اولین رزین های مصنوعی (ساخت بشر) توسعه یافت به طوری که
می توانست به وسیله پلیمریزاسیون از حالت مایع به جامد تبدیل شود. این رزین های پلیمری از حالت مایع به حالت جامد توسط پیوند متقاطع مولکولی تبدیل می شوند. رزین های مصنوعی اولیه شامل، سلولوئید، ملامین و باکلیت[۴] بودند.در اوایل دهه ۱۹۳۰ دو شرکت شیمیایی که روی توسعه رزین های پلیمری فعالیت می کردند، عبارت بودند از ” American Cyanamid ” و ” Dupont ” .

در مسیر آزمایشاتشان هر دو شرکت به طور مستقل و در یک زمان به فرمول ساخت رزین پلی استر دست یافتند. هم زمان، شرکت شیشه ” Owens – lllinois ” شروع به ساخت الیاف شیشه به همان صورت بنیادی بافت پارچه های نساجی نمود. در طی سال های ۱۹۴۳ و ۱۹۳۶ محققی به نام ” Ray Green ” در اوهایو این دو محصول جدید را ترکیب کرد و شروع به قالب گیری قایق های کوچک نمود. این زمان را شروع کامپوزیت های مدرن می شناسند. در حین جنگ جهانی دوم، توسعه رادار به محفظه های غیر فلزی نیاز پیدا کرد و ارتش آمریکا با تعداد زیادی مقاله های تحقیقاتی، تکنولوژی نوپای کامپوزیت ها را توسعه بخشید. فوراً، به دنبال جنگ جهانی دوم، کامپوزیت به عنوان یک ماده مهندسی اصلی پدیدار شد. صنعت کامپوزیت در اواخر دهه ۱۹۴۰ با علاقه شدید به آن شروع شد و به سرعت در دهه ۱۹۵۰ توسعه یافت. بیشتر روش های امروزی قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیت ها در سال ۱۹۵۵ گسترش یافت. قالبگیری باز (لایه گذاری دستی)، قالبگیری فشاری، استفاده از پاشش الیاف سوزنی، قالبگیری به روش انتقال رزین، روش فیلامنت وایندینگ، استفاده از کیسه خلاء و روش پاشش در خلاء همگی بین سالهای ۱۹۴۶ و ۱۹۵۵ توسعه یافتند و در تولید استفاده شدند. محصولات ساخته شده از کامپوزیت ها در طی این دوره شامل این موارد بودند: قایق ها، بدنه
اتومبیل ها، قطعات کامیون ها، قطعات هواپیماها، مخازن ذخیره زیر زمینی،
ساختمان ها و بسیاری دیگر از محصولات مشابه.

امروزه صنعت کامپوزیت به رشد خود ادامه می دهد چرا که به دنبال افزایش قدرت، سبکی، دوام و زیبایی محصولات می باشیم.

–

فهرست مطالب

۱- فصل اول: مقدمه ۱
۲- فصل دوم: مروری بر منابع ۴
۱-۲- کامپوزیت های دارای ذرات ریز ۵
۱-۱-۲- خواص کامپوزیت های ذره ای ۹
۲-۱-۲- انواع کامپوزیت های ذره ای از لحاظ جنس تقویت کننده ۹
۲-۲- کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ۱۱
۱-۲-۲- خواص کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ۱۳
۲-۲-۲- خصوصیات کامپوزیت های تقویت شده ۱۵
۳-۲- مختصر در مورد آلومینیوم ۲۴
۴-۲- سرامیک های پیشرفته ۲۶
۵-۲- توضیحات مختصر در مورد آزمون مکانیکی ۲۷
۱-۵-۲- آزمون سختی ۲۷
۲-۵-۲- آزمون کشش ۲۹
۲-۵-۳- آزمون تخلخل سنجی ۳۰

۳- فصل سوم: روش انجام آزمایش ۳۲

۴- فصل چهارم: تحلیل نتایج ۵۰
۱-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AX 52
۲-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BX 54
۳-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CX 56
۴-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DX 58
۵-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EX 60
۶-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AY 62
۷-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BY 64
۸-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CY 66
۹-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DY 68
۱۰-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EY 70
۱۱-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه AZ 72
۱۲-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه BZ 74
۱۳-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه CZ 76
۱۴-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه DZ 78
۱۵-۴- نتایج حاصل از آزمون نونه EZ 80

۵- فصل پنجم: تفسیر نتایج ۱۰۰
نتیجه گیری ۱۰۹
پیشنهادات ۱۱۰
منابع ۱۱۱

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
۲-۱- فرم های مختلف ساختارهای کامپوزیت ۵
۲-۲- فرآیند ریخته گری کامپوزیت ۱۲
۲-۳- نمایش تنش کششی و برشی ۱۵
۲-۴- ساختار کامپوزیت لایه ای ۱۹
۲-۵- کامپوزیت تقویت کننده شده با الیاف ۱۹
۲-۶- نمونه آزمون کشش ۳۰
۳-۱- نمونه آزمون کشش ۴۷
۴-۱- ساختار AX 53
۴-۲- ساختار BX 55
۴-۳- ساختار CX 57
۴-۴- ساختار DX 59
۴-۵- ساختار EX 61
۴-۶- ساختارAY 63
۴-۷- ساختارBY 65
۴-۸- ساختارCY 67
۴-۹- ساختارDY 69
۴-۱۰- ساختار EY 71
۴-۱۱- ساختار AZ 73
۴-۱۲- ساختارBZ 75
۴-۱۳- ساختار CZ 77
۴-۱۴- ساختار DZ 79
۴-۱۵- ساختارEZ 81

فهرست نمودارها
عنوان صفحه
۲-۱- مقایسه بین استحکام تسیلم ۷
۲-۲- تأثیر خاک رس برخواص ۱۱
۲-۳- نمودار تنش – کرنش ۱۴
۲-۴- ازدیاد طول شیشه ۱۶
۴-۱- نمودار کشش AX 52
۴-۲- نمودار کشش BX 54
۴-۳- نمودار کشش CX 56
۴-۴- نمودار کشش DX 58
۴-۵- نمودار کشش EX 60
۴-۶- نمودار کشش AY 62
۴-۷- نمودار کشش BY 64
۴-۸- نمودار کششCY 66
۴-۹- نمودار کششDY 68
۴-۱۰- نمودار کششEY 70
۴-۱۱- نمودار کشش AZ 72
۴-۱۲- نمودار کششBZ 74
۴-۱۳- نمودار کششCZ 76
۴-۱۴- نمودار کششDZ 78
۴-۱۵- نمودار کشش EZ 80
۴-۱۶- منحنی بر حسب SiC در سرعت ۴۰۰ ۸۲
۴-۱۷- منحنی بر حسب SiC در سرعت ۸۰۰ ۸۴
۴-۱۸- منحنی بر حسب SiC در سرعت ۱۲۰۰ ۸۶
۴-۱۹- تنش بر حسب SiC در سرعت ۴۰۰ ۸۸
۴-۲۰- تنش بر حسب SiC در سرعت ۸۰۰ ۹۰
۴-۲۱- تنش بر حسب SiC در سرعت ۱۲۰۰ ۹۲
۴-۲۲- انرژی بر حسب SiC در سرعت ۴۰۰ ۹۴
۴-۲۳- انرژی بر حسب SiC در سرعت ۸۰۰ ۹۶
۴-۲۴- انرژی بر حسب SiC در سرعت ۱۲۰۰ ۹۸

فهرست جداول
عنوان صفحه
۲-۱- مثالها و کاربردهای کامپوزیت ۸
۲-۲- خواص الیاف ۲۲
۲-۳- تأثیر مکانیزم های استحکام بخش در آلومینیوم ۲۵
۲-۴- خواص سرامیک ها ۲۷
۴-۱- درصد وزنی SiC 50
۴-۲- سرعت همزن ۵۱
۴-۳- سختی نمونه AX 53
۴-۴- سختی نمونه BX 55
۴-۵- سختی نمونه CX 57
۴-۶- سختی نمونه DX 59
۴-۷- سختی نمونه EX 61
۴-۸- سختی نمونه AY 63
۴-۹- سختی نمونه BY 65
۴-۱۰- سختی نمونه CY 67
۴-۱۱- سختی نمونه DY 69
۴-۱۲- سختی نمونه EY 71
۴-۱۳- سختی نمونه AZ 73
۴-۱۴- سختی نمونه BZ 75
۴-۱۵- سختی نمونه CZ 77
۴-۱۶- سختی نمونه DZ 79
۴-۱۷- سختی نمونه EZ 81
۴-۱۸- سختی بر حسب SiC سرعت ۴۰۰ ۸۲
۴-۱۹- بیشترین و کمترین سختی سرعت ۴۰۰ ۸۳
۴-۲۰- تغییرات سختی ۸۳
۴-۲۱- سختی بر حسب SiC سرعت ۸۰۰ ۸۴
۴-۲۲- بیشترین و کمترین سختی سرعت ۸۰۰ ۸۵
۴-۲۳- تغییرات سختی ۸۵
۴-۲۴- سختی بر حسب SiC سرعت ۱۲۰۰ ۸۶
۴-۲۵- درصد تغییرات سختی ۸۷
۴-۲۶- تنش شکست بر حسب SiC سرعت ۴۰۰ ۸۸
۴-۲۷- بیشترین و کمترین تنش سرعت ۴۰۰ ۸۹
۴-۲۸- تغییرات تنش سرعت ۴۰۰ ۸۹
۴-۲۹- تنش بر حسب درصد SiC سرعت ۸۰۰ ۹۰
۴-۳۰- بیشترین و کمترین تنش ۹۱
۴-۳۱- تغییرات تنش سرعت ۸۰۰ ۹۱
۴-۳۲- تنش بر حسب درصد SiC سرعت ۱۲۰۰ ۹۲
۴-۳۳- بیشترین و کمترین تنش ۹۳
۴-۳۴- تغییرات تنش سرعت ۱۲۰۰ ۹۳
۴-۳۵- انرژی بر حسب SiC سرعت ۴۰۰ ۹۴
۴-۳۶- بیشترین و کمترین تنش ۹۵
۴-۳۷- تغییرات تنش سرعت ۴۰۰ ۹۵
۴-۳۸- انرژی بر حسب SiC سرعت ۸۰۰ ۹۶
۴-۳۹- بیشترین و کمترین تنش ۹۷
۴-۴۰- درصد تغیرات انرژی سرعت ۸۰۰ ۹۷
۴-۴۱- انرژی بر حسب SiC سرعت ۱۲۰۰ ۹۸
۴-۴۲- بیشترین و کمترین تنش ۹۹
۴-۴۳- تغییرات انرژی سرعت ۱۲۰۰ ۹۹