ساخت ماده مرکب به روش ريخته گري در قالب فلزي

توضیحات

ساخت ماده مرکب به روش ريخته گري در قالب فلزي
چکيده
مواد مرکب به خاطر داشتن وزن سبک ، همچنين حجمي مساوي با حجم آلياژهاي ديگر و خواص مکانيکي منحصر به فردي که ارائه مي کنند در دهه هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. از اين مواد بيشتر در سازه هاي فضاي و صنايع هوايي استفاده مي شود. مواد مرکب از دو جزء اصلي تشکيل شده اند: 1- فلز پايه 2- عامل تقويت کننده
بصورت کلي از فلزات با وزن کم به عنوان فلز پايه و همچنين از مواد سراميکي به عنوان تقويت کننده استفاده مي شود از مهمترين و معروفترين مواد مرکب مي توان به ماده مرکب با زمينه آلومينيومي و تقويت کننده ذره اي کاربيدسيليکون اشاره کرد آلومينيوم و کاربيدسيليکون به علت نزديک بودن دانسيت هايشان به يکديگر مي توانند خصوصيات عالي مکانيکي را در وزن کم بوجود بياورند در اين تحقيق نحوه ساخت اين ماده مرکب از روش ريخته گري در قالب فلزي مورد بررسي قرار مي گيرد و تأثير دو فاکتور مختلف ، يک درصد وزني تقويت کننده و ديگري سرعت هم زدن مخلوط مذاب بر روي خواص مکانيکي از جمله سختي و استحکام مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد نتايج حاصل شده به ما نشان مي دهد که با اضافه کردن مواد سراميکي به فلز پايه تغييرات اي در رفتار مکانيکي فلز پايه ايجاد مي شود که در اين پايان نامه به تفصيل به بررسي اين رفتار مي پردازيم .
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1- فصل اول: مقدمه 1
2- فصل دوم: مروري بر منابع 4
1-2- كامپوزيت هاي داراي ذرات ريز 5
1-1-2- خواص كامپوزيت هاي ذره اي 9
2-1-2- انواع كامپوزيت هاي ذره اي از لحاظ جنس تقويت كننده 9
2-2- كامپوزيت هاي تقويت شده با الياف 11
1-2-2- خواص كامپوزيت هاي تقويت شده با الياف 13
2-2-2- خصوصيات كامپوزيت هاي تقويت شده 15
3-2- مختصر در مورد آلومينيوم 24
4-2- سراميك هاي پيشرفته 26
5-2- توضيحات مختصر در مورد آزمون مكانيكي 27
1-5-2- آزمون سختي 27
2-5-2- آزمون كشش 29
2-5-3- آزمون تخلخل سنجي 30
3- فصل سوم: روش انجام آزمايش 32
4- فصل چهارم: تحليل نتايج 50
1-4- نتايج حاصل از آزمون نونه AX 52
2-4- نتايج حاصل از آزمون نونه BX 54
3-4- نتايج حاصل از آزمون نونه CX 56
4-4- نتايج حاصل از آزمون نونه DX 58
5-4- نتايج حاصل از آزمون نونه EX 60
6-4- نتايج حاصل از آزمون نونه AY 62
7-4- نتايج حاصل از آزمون نونه BY 64
8-4- نتايج حاصل از آزمون نونه CY 66
9-4- نتايج حاصل از آزمون نونه DY 68
10-4- نتايج حاصل از آزمون نونه EY 70
11-4- نتايج حاصل از آزمون نونه AZ 72
12-4- نتايج حاصل از آزمون نونه BZ 74
13-4- نتايج حاصل از آزمون نونه CZ 76
14-4- نتايج حاصل از آزمون نونه DZ 78
15-4- نتايج حاصل از آزمون نونه EZ 80
5- فصل پنجم: تفسير نتايج 100
نتيجه گيري 109
پيشنهادات 110
منابع 111
فهرست شكل ها
عنوان صفحه
2-1- فرم هاي مختلف ساختارهاي كامپوزيت 5
2-2- فرآيند ريخته گري كامپوزيت 12
2-3- نمايش تنش كششي و برشي 15
2-4- ساختار كامپوزيت لايه اي 19
2-5- كامپوزيت تقويت كننده شده با الياف 19
2-6- نمونه آزمون كشش 30
3-1- نمونه آزمون كشش 47
4-1- ساختار AX 53
4-2- ساختار BX 55
4-3- ساختار CX 57
4-4- ساختار DX 59
4-5- ساختار EX 61
4-6- ساختارAY 63
4-7- ساختارBY 65
4-8- ساختارCY 67
4-9- ساختارDY 69
4-10- ساختار EY 71
4-11- ساختار AZ 73
4-12- ساختارBZ 75
4-13- ساختار CZ 77
4-14- ساختار DZ 79
4-15- ساختارEZ 81
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
2-1- مقايسه بين استحكام تسيلم 7
2-2- تأثير خاك رس برخواص 11
2-3- نمودار تنش – كرنش 14
2-4- ازدياد طول شيشه 16
4-1- نمودار كشش AX 52
4-2- نمودار كشش BX 54
4-3- نمودار كشش CX 56
4-4- نمودار كشش DX 58
4-5- نمودار كشش EX 60
4-6- نمودار كشش AY 62
4-7- نمودار كشش BY 64
4-8- نمودار كششCY 66
4-9- نمودار كششDY 68
4-10- نمودار كششEY 70
4-11- نمودار كشش AZ 72
4-12- نمودار كششBZ 74
4-13- نمودار كششCZ 76
4-14- نمودار كششDZ 78
4-15- نمودار كشش EZ 80
4-16- منحني بر حسب SiC در سرعت 400 82
4-17- منحني بر حسب SiC در سرعت 800 84
4-18- منحني بر حسب SiC در سرعت 1200 86
4-19- تنش بر حسب SiC در سرعت 400 88
4-20- تنش بر حسب SiC در سرعت 800 90
4-21- تنش بر حسب SiC در سرعت 1200 92
4-22- انرژي بر حسب SiC در سرعت 400 94
4-23- انرژي بر حسب SiC در سرعت 800 96
4-24- انرژي بر حسب SiC در سرعت 1200 98
فهرست جداول
عنوان صفحه
2-1- مثالها و كاربردهاي كامپوزيت 8
2-2- خواص الياف 22
2-3- تأثير مكانيزم هاي استحكام بخش در آلومينيوم 25
2-4- خواص سراميك ها 27
4-1- درصد وزني SiC 50
4-2- سرعت همزن 51
4-3- سختي نمونه AX 53
4-4- سختي نمونه BX 55
4-5- سختي نمونه CX 57
4-6- سختي نمونه DX 59
4-7- سختي نمونه EX 61
4-8- سختي نمونه AY 63
4-9- سختي نمونه BY 65
4-10- سختي نمونه CY 67
4-11- سختي نمونه DY 69
4-12- سختي نمونه EY 71
4-13- سختي نمونه AZ 73
4-14- سختي نمونه BZ 75
4-15- سختي نمونه CZ 77
4-16- سختي نمونه DZ 79
4-17- سختي نمونه EZ 81
4-18- سختي بر حسب SiC سرعت 400 82
4-19- بيشترين و كمترين سختي سرعت 400 83
4-20- تغييرات سختي 83
4-21- سختي بر حسب SiC سرعت 800 84
4-22- بيشترين و كمترين سختي سرعت 800 85
4-23- تغييرات سختي 85
4-24- سختي بر حسب SiC سرعت 1200 86
4-25- درصد تغييرات سختي 87
4-26- تنش شكست بر حسب SiC سرعت 400 88
4-27- بيشترين و كمترين تنش سرعت 400 89
4-28- تغييرات تنش سرعت 400 89
4-29- تنش بر حسب درصد SiC سرعت 800 90
4-30- بيشترين و كمترين تنش 91
4-31- تغييرات تنش سرعت 800 91
4-32- تنش بر حسب درصد SiC سرعت 1200 92
4-33- بيشترين و كمترين تنش 93
4-34- تغييرات تنش سرعت 1200 93
4-35- انرژي بر حسب SiC سرعت 400 94
4-36- بيشترين و كمترين تنش 95
4-37- تغييرات تنش سرعت 400 95
4-38- انرژي بر حسب SiC سرعت 800 96
4-39- بيشترين و كمترين تنش 97
4-40- درصد تغيرات انرژي سرعت 800 97
4-41- انرژي بر حسب SiC سرعت 1200 98
4-42- بيشترين و كمترين تنش 99
4-43- تغييرات انرژي سرعت 1200 194
فصل اول
مقدمه
استفاده از مواد كامپوزيت طبيعي، بخشي از تكنولوژي بشر از زماني كه اولين بناهاي باستاني، كاه را براي تقويت كردن آجرهاي گلي به كار بردند بوده است. مغولهاي قرن دوازدهم، سلاح هاي پيشرفته اي را نسبت به زمان خودشان با تير و كمان هايي كه كوچكتر و قوي تر از ديگر وسايل مشابه بودند ساختند. اين كمانها سازه هاي كامپوزيني اي بودند كه به وسيله تركيب زردپي احشام (تاندون)، شاخ، خيزران (بامبو) و ابريشم ساخته شده بودند كه با كلوفون طبيعي پيچيده مي شد.اين طراحان سلاح هاي قرن دوازدهم، دقيقاً اصول طراحي كامپوزيت را مي فهميدند. اخيراً بعضي از اين قطعات موزه اي 700 ساله كشيده و آزمون شدند. آنها از نظر قدرت حدود %80 كمانهاي كامپوزيتي مدرن بودند. در اواخر دهه 1800، سازندگان كانو قايق هاي باريك و بدون بادبان و سكان، تجربه مي كردند كه با چسباندن لايه هاي كاغذ محكم كرافت با نوعي لاك به نام شلاك ، لايه گذاري كاغذي را تشكيل مي دهند. در حالي كه ايده كلي موفق بود، ولي مواد به خوبي كار نمي كردند. چون مواد در دسترس، ترقي نكرد، اين ايده محو شد. در سالهاي بين 1870 تا 1890 انقلابي در شيمي به وقوع پيوست. اولين رزين هاي مصنوعي (ساخت بشر) توسعه يافت به طوري كه
مي توانست به وسيله پليمريزاسيون از حالت مايع به جامد تبديل شود. اين رزين هاي پليمري از حالت مايع به حالت جامد توسط پيوند متقاطع مولكولي تبديل مي شوند. رزين هاي مصنوعي اوليه شامل، سلولوئيد، ملامين و باكليت بودند.در اوايل دهه 1930 دو شركت شيميايي كه روي توسعه رزين هاي پليمري فعاليت مي كردند، عبارت بودند از '' American Cyanamid '' و '' Dupont '' .
در مسير آزمايشاتشان هر دو شركت به طور مستقل و در يك زمان به فرمول ساخت رزين پلي استر دست يافتند. هم زمان، شركت شيشه '' Owens – lllinois '' شروع به ساخت الياف شيشه به همان صورت بنيادي بافت پارچه هاي نساجي نمود. در طي سال هاي 1943 و 1936 محققي به نام '' Ray Green '' در اوهايو اين دو محصول جديد را تركيب كرد و شروع به قالب گيري قايق هاي كوچك نمود. اين زمان را شروع كامپوزيت هاي مدرن مي شناسند. در حين جنگ جهاني دوم، توسعه رادار به محفظه هاي غير فلزي نياز پيدا كرد و ارتش آمريكا با تعداد زيادي پروژه هاي تحقيقاتي، تكنولوژي نوپاي كامپوزيت ها را توسعه بخشيد. فوراً، به دنبال جنگ جهاني دوم، كامپوزيت به عنوان يك ماده مهندسي اصلي پديدار شد. صنعت كامپوزيت در اواخر دهه 1940 با علاقه شديد به آن شروع شد و به سرعت در دهه 1950 توسعه يافت. بيشتر روش هاي امروزي قالبگيري و فرايند انجام كار روي كامپوزيت ها در سال 1955 گسترش يافت. قالبگيري باز (لايه گذاري دستي)، قالبگيري فشاري، استفاده از پاشش الياف سوزني، قالبگيري به روش انتقال رزين، روش فيلامنت وايندينگ، استفاده از كيسه خلاء و روش پاشش در خلاء همگي بين سالهاي 1946 و 1955 توسعه يافتند و در توليد استفاده شدند. محصولات ساخته شده از كامپوزيت ها در طي اين دوره شامل اين موارد بودند: قايق ها، بدنه
اتومبيل ها، قطعات كاميون ها، قطعات هواپيماها، مخازن ذخيره زير زميني،
ساختمان ها و بسياري ديگر از محصولات مشابه.
امروزه صنعت كامپوزيت به رشد خود ادامه مي دهد چرا كه به دنبال افزايش قدرت، سبكي، دوام و زيبايي محصولات مي باشيم.