عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر کلسیم و آنتیموان بر رفتار خزشی آلیاژ پایه MG-۵sn
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 42756;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 768
- تاریخ دفاع
- ۲۲ شهریور ۱۳۸۸
- دانشجو
- غزال نیری
- استاد راهنما
- رضا محمودی
- چکیده
- چکیده در این تحقیق اثر اضافه سازی کلسیم و آنتیموان بر رفتار خزشی آلیاژ Mg-5.0wt.% Sn در شرایط ریختگی و پیر¬شده مورد بررسی قرار گرفت. Ca در سه درصد وزنی 7/0، 4/1 و 2 و Sb در سه درصد وزنی 15/0، 4/0 و 7/0 به آلیاژ پایه اضافه شد. ریزساختار آلیاژهای مورد نظر در حالت ریختگی و پیر شده، بوسیله میکروسکوپ نوری ، SEM و XRD مورد بررسی قرار گرفت. بررسی¬های ریزساختاری و سختی¬سنجی بعد از آنیل نشان داد که هر دو عنصر کلسیم و آنتیموان پایداری حرارتی آلیاژ پایه را افزایش می¬دهند. آزمون‌های خزش فروروندگی در دماهای 423 تا K 523 و سطوح تنشی 100 تا MPa 500 انجام گرفتند. در دماها و تنش¬های پایین، توان‌های تنشی بدست آمده برای آلیاژ پایه مقداری حدود 7/5 بود، ضمن آنکه مقادیر انرژی¬های فعال¬سازی مربوط به خزش آلیاژ پایه در محدوده انرژی نفوذ از طریق هسته نابجایی¬ها برای منیزیم بود (kJ/mol 98Q~). این مقادیر انرژی فعال¬سازی همراه با توان‌های تنشی بدست آمده، لغزش ویسکوز نابجایی ها را بعنوان مکانیزم خزشی پیشنهاد می‌نماید. در محدوده تنش¬ها و دماهای بالاتر، توان تنشی بالا (نزدیک 12) و انرژی فعال¬سازی اندکی بیش¬تر از انرژی نفوذ در خود برای اتم¬های منیزیم بدست می¬آید، بنابراین مکانیزم غالب، خزش نابجایی¬ها می باشد. نتایج خزشی آلیاژهای حاوی کلسیم و آنتیموان نشان از بهبود مقاومت خزشی این آلیاژها نسبت به آلیاژ پایه را داشت. بهبود مقاومت خزشی در آلیاژهای حاوی کلسیم به تشکیل ذرات CaMgSn که از پایداری حرارتی قابل ملاحظه‌ای برخوردارند نسبت داده شد. این ذرات سدی پایدار در برابر حرکت نابجایی‌ها در حین خزش محسوب می‌شوند. بیشترین مقدار این بهبود با اضافه سازی 0/2 درصد وزنی کلسیم حاصل شد. بهبود مقاومت خزشی در آلیاژهای حاوی آنتیموان به شکل¬گیری ترکیبات بین فلزی Mg3Sb2 با مورفولوژی میله¬ای نسبت داده شد. این ترکیبات با پایداری حرارتی قابل ملاحظه، مانعی محکم در برابر حرکت نابجایی¬ها و نیز تغییر شکل نواحی مرزی به شمار می‌روند. این بهبود در مورد آلیاژ حاوی 4/0 درصد وزنی Sb بیشترین مقدار را داشت. انجام عملیات پیرسازی بر روی آلیاژ پایه و آلیاژهای حاوی 4/0 درصد وزنی Sb و4/1 درصد وزنی Ca سبب کاهش نرخ خزش در منطقه دوم و بهبود مقاومت خزشی شد. این بهبود به سبب افزایش کسر حجمی رسوبات و توزیع آن ها در مرزها و داخل دانه نسبت داده شد.
- Abstract
- Abstract: The effect of Ca and Sb additions on thermal stability and creep properties of Mg-5Sn alloy with the nominal composition of Mg-5wt.% Sn was investigated. The microstructure of alloys in as-cast and heat treated conditions was studied using optical and electron microscopy (SEM). XRD analyses were performed on selected as-cast specimens to reveal the existing phases. The results of microstructural investigation and hardness tests showed that both Ca and Sb additions increase thermal stability of the base alloy. Creep tests were performed at 423, 448, 473, 498, 523 K under constant stress varying from 100 to 500 MPa. The creep behavior can be divided into two stress regimes, with a change from the low-stress regime to the high-stress regime occurring, depending on the test temperature. Based on the steady-state power-law creep relationship, the stress exponents of about 5 to 6 and 10 to 12 were obtained at low and high stresses, respectively. The low-stress regime activation energies of about 97 kJ/mole, which are close to that for dislocation-pipe diffusion in the Mg, and stress exponents in the range 5 to 6 suggest that the operative creep mechanism is dislocation viscous glide. This behavior is in contrast to the high-stress regime, in which the stress exponents of 10 to 12 and activation energies of about 163 kJ/mole are indicative of a dislocation climb mechanism with back stress similar to those noted in dispersion strengthening. The addition of Ca and Sb improved the creep resistance of the Mg-5Sn alloy, mainly due to the formation of the CaMgSn and Mg3Sb2 intermetallic particles. These thermally stable particles strengthen both grains and grain boundaries and oppose both recovery and recrystallization processes during creep tests at elevated temperatures, decreasing the minimum creep rates of the materials. The highest creep resistance of the Mg-5Sn-2Ca and Mg-5Sn-0.4Sb alloys is related to the higher volume fraction of CaMgSn and Mg3Sb2 phases. Heat-treatment was carried out on Mg-5Sn and Mg-5Sn-1.4Ca and Mg-5Sn-0.4Sb alloys. The privileged creep resistance of alloys in the aging-treated condition is related to the dispersive distribution of Mg2Sn, CaMgSn and Mg3Sb2 phases in the ?-Mg matrix. In addition, the quantity of these particles is larger in the heat-treated state. Therefore, dislocations movement will become more difficult in the aging-treated conditions. Consequently, it can be accepted that the secondary creep rate of the investigated alloys in the aging-treated state is much lower than that of as-cast alloys.
