عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر بیسموت و عناصر کمیاب خاکی بر ریز ساختار خواص مکانیکی و رفتار خزشی آلیاژ پایه منیزیم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 851;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 46485
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۸۹
- دانشجو
- مهسا کیوانی
- استاد راهنما
- رضا محمودی
- چکیده
- چکیده در این تحقیق اثر اضافه سازی بیسموت و عناصر کمیاب خاکی (RE) بر خواص استحکامی و رفتار خزشی آلیاژ Mg-5.0 wt.% Sn در شرایط ریختگی مورد بررسی قرار گرفت. Bi در سه درصد وزنی 1، 2 و 3 و RE در سه درصد وزنی 5/0، 1 و 2 به آلیاژ پایه اضافه شد. ریزساختار آلیاژهای مورد نظر، 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 بیسموت و RE پایداری حرارتی آلیاژ پایه را افزایش می¬دهند. آزمون‌های خزش فروروندگی در دماهای 423 تا K 523 و سطوح تنشی 100 تا MPa 500 برای آلیاژهای حاوی بیسموت و RE انجام شد. نتایج خزشی آلیاژهای حاوی بیسموت و RE نشان از بهبود مقاومت خزشی این آلیاژها نسبت به آلیاژ پایه داشت. بهبود مقاومت خزشی در آلیاژهای حاوی بیسموت به تشکیل ذرات Mg3Bi2 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 0/3 درصد وزنی بیسموت حاصل شد. بهبود مقاومت خزشی در آلیاژهای حاوی RE به شکل¬گیری ترکیبات بین¬فلزی غنی از RE با مورفولوژی میله¬ای-انشعابی نسبت داده شد. این ترکیبات با پایداری حرارتی قابل ملاحظه، مانعی محکم در برابر حرکت نابجایی¬ها و نیز تغییرشکل نواحی مرزی به شمار می‌روند. این بهبود در مورد آلیاژ حاوی 1 درصد وزنی RE بیشترین مقدار را داشت. در آلیاژهای حاوی بیسموت بر اساس مقادیر n و Q (توان تنشی در محدوده¬ی 8-7 و انرژی فعال¬سازی برای آلیاژهای حاوی 1،2 و 3 درصد بیسموت به ترتیب 9/120، 6/105 و kJ/mol 101 می¬باشد.) بدست آمده، مکانیزم صعود کنترل شده با نفوذ از طریق هسته¬ی نابجایی¬ها در کلیه¬ی دماها و تنش¬های مورد مطالعه حاکم می¬باشد. این درحالیست که در آلیاژهای حاوی RE، در دماها و تنش¬های پایین، توان‌های تنشی بدست آمده بین 5/6-5/5 و مقادیر انرژی¬های فعال¬سازی 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 (بین 14-12) و انرژی فعال¬سازی در حد انرژی نفوذ در خود برای اتم¬های منیزیم بدست می¬آید، بنابراین مکانیزم غالب، خزش نابجایی¬ها می¬باشد. آزمون¬های سنبه برشی و سختی گرم در محدوده¬ی دمایی K 523-298 انجام شد. آزمون سختی گرم نشان داد که افزودن بیسموت سبب افزایش دمای گذار و کاهش ضریب نرم شدن در آلیاژ پایه می¬شود. در نتیجه پایداری حرارتی و مکانیکی آلیاژ بهبود می¬یابد. نتایج حاصل از آزمون سنبه برشی نشان داد که افزودن بیسموت و RE سبب افزایش استحکام برشی آلیاژ پایه می¬شود.
- Abstract
- Abstract: The effect of bismuth and rare earth elements (RE) additions on the mechanical properties and creep behavior of a cast Mg-5Sn magnesium alloy was investigated. The microstructure of the alloys in as-cast and heat treated conditions was studied using optical (OM) and electron microscopy (SEM). XRD analyses were performed on selected specimens to reveal the existing phases. The results of microstructural investigations and hardness tests showed that both Bi and RE additions increase thermal stability of the base alloy. Creep tests were performed in the temperature range 423 to 523 K under punching stresses in the range 100 to 500 MPa for dwell times up to 3600 s. Results indicated that addition of Bi and RE elements have positive effects on creep resistance of as-cast Mg-5Sn alloy. This is attributed to the favourable formation of the more thermally stable Mg3Bi2 intermetallic compound, reduction in the volume fraction of the less stable Mg2Sn phase, and the dissolution of Bi in the remaining Mg2Sn particles in Bi-containing alloys. In addition, in Mg-5Sn-xRE alloys improvement in creep behaviour was related to the formation of a branched-type RE-rich phase. These particles strengthen both matrix and grain boundaries during creep deformation of the investigated systems. The alloy containing 3 wt pct Bi showed the lowest creep rates, and thus the highest creep resistance among all materials tested. The creep behaviour of the Bi-containing alloys can be expressed by a single linear relationship over the whole temperature studied, yielding stress exponents in the range 7 to 8, and activation energies of 101.0 to 107.0 kJ mol-1. Based on the obtained stress exponents and activation energies, it is proposed that the dominant creep mechanism in Mg-5Sn-xBi alloys is dislocation climb with an additional particle strengthening effect, which is characterized by higher stress exponents of 7 to 8. On the other hand, the creep behaviour of Mg-5Sn-xRE alloys can be divided into the low- and high-stress regimes, with the respective stress exponents in the range 5.5 to 6.5 and 12 to 14, and activation energies of 83.6 and 134.2 kJ mol-1 . Consequently, it is proposed that the dominant creep mechanism in the low stress regime is pipe diffusion-controlled dislocation viscous glide, and dislocation creep in the high stress regime. High temperature hardness tests in the temperature range 298 to 523 K revealed that, compared to the base alloy, Bi-containing alloys can better retain their hardness at elevated temperatures, due to their more stable microstructure. .
