مشخصه های نابجایی ها چگالی نابجایی: مجموع طول نابجاییها در واحد حجم و یا تعداد نابجایی هایی که یک واحد از سطح مقطع دلخواه را قطع می کنند.

Transcript

1

2 مشخصه های نابجایی ها نابجاییها و مشخصات آنها تاثیرات مهمی بر روی خواص مکانیکی فلزات دارند. مهمترین این مشخصات میدان کرنشی است که در اطراف نابجایی ها وجود دارد. این میدان کرنش بر تحرک سایر نابجایی ها و امکان تشکیل نابجایی جدید تاثیر گذار است. جهت انجام تغییر شکل پالستیک به قطعه انرژی داده می شود که بخشی از آن درون فلز باقی می ماند. انرژی ذخیره شده بصورت انرژی کرنشی همراه نابجایی هاست. عالوه بر این در حین تغییر شکل پالستیک هر نابجایی نابجایی جدیدی تولید میکند. عالوه بر آن مرز دانه ها و عیوب داخلی نیز می توانند منجر به تشکیل نابجایی های جدید شوند و به این ترتیب چگالی نابجایی ها بشدت افزایش می یابد. چگالی نابجایی: مجموع طول نابجاییها در واحد حجم و یا تعداد نابجایی هایی که یک واحد از سطح مقطع دلخواه را قطع می کنند. واحد آن mm -2

3 کاهش نابجایی ها کاهش نابجایی ها در اثر بازیابی که با میزان نابجایی موجود مرتبط است. لبه ای پس از تالقی با یکدیگر به عنوان مثال خنثی شدن دو نابجایی

4 سیستمهای لغزش: سهولت حرکت نابجاییها در جهات مختلف کریستالوگرافی متفاوت است. بر همین اساس حرکت در یک صفحه ترجیحی اتفاق می افتد که به آن صفحه لغزش می گویند و جهت این حرکت نیز جهت لغزش نام دارد. ترکیب صفحه لغزش و جهت لغزش معرف سیستم لغزش می باشد. سیستم لغزش به ساختار بلوری فلز و اعوجاج اتمی بستگی دارد. در یک ساختار بلوری مشخص صفحه لغزش صفحه ای است که بیشترین چگالی یا فشردگی اتمی را دارد. جهت آن نیز جهتی است که دارای بیشترین چگال خطی باشد. مثال: FCC crystal structure {111} family, all of which are closely packed, Slip occurs along <110> type directions within the {111} planes برای هر ساختار کریستالی سیستمهای متعدد لغزش امکانپذیر خواهد بود. به عنوان مثال برای ساختار FCC چهار صفحه و بازای هر یک از آنها سه جهت وجود دارد که منجر به ایجاد 12 سیستم لغزش متفاوت خواهد شد.

5 برای هر ساختار کریستالی سیستمهای متعدد لغزش امکانپذیر خواهد بود. به عنوان مثال برای ساختار FCC صفحه و بازای هر یک از آنها سه جهت وجود دارد که منجر به ایجاد 12 سیستم لغزش متفاوت خواهد شد. چهار سیستمهای لغزش برای ساختار های مختلف: فلزات با ساختار FCC و BCC با ساختار HCP دارند. تعداد سیستمهای لغزش بیتری دارند و بنابراین انعطاف پذیری بیشتری نسبت به فلزات

6 لغزش تک کریستال: دیدیم تغییر شکل پالستیک معلول حرکت نابجاییها در اثر اعمال تنش برشی است. حتی در حالت تنش محوری خالص نیز مولفه های تنش برشی حضور دارند. تک بلور تعداد سیستمهای مختلف لغزش دارد ولی میزان تنش برشی برای هر یک متفاوت است. اگر میزان تنش برشی ماکزیمم از تنش برشی بحرانی لغزش برای یک سیستم مشخص باالتر رود لغزش در آن سیستم روی خواهد داد.

7 لغزش مواد چند بلوری: برای مواد چند بلوری مکانیزم کار پیچیده تر است. جهات بلوری در دانه های مختلف متفاوت است و بطور اتفاقی توزیع شده است. بنابراین برای هر دانه حرکت نابجایی در راستای سیستم لغزشی رخ می دهد که جهت ترجیحی دارد. میکروگراف از مس چند بلوری که قبل از تغییر شکل پولیش شده است. برای غالب دانه ها دو سیستم لغزش عمل کرده که با دو سری خطوط متقاطع قابل تشخیص است. تغییر در ابعاد دانه ها نتیجه مجموع لغزشها در صفحات مختلف است.

8 تغییر شکل توسط دوقلویی: دوقلویی تغییر شکل نیروی برشی است که میتواند اتمهای یک سمت از صفحه )مرز دو قلویی( را در موقعیت آینه ای نسبت به سمت دیگر قرار دهد. میزان تغییر شکل در ناحیه دوقلویی متناسب با فاصله از صفحه دوقلویی است. تغییر شکل در جهات و صفحات خاصی رخ می دهد. معموال در دماهای پایین و نرخ بارگذاری باال )ضربه ای( امکان وقوع دارد و در فلزات با ساختار BCC و HCP رخ می دهد. دوایر توخالی موقعیت اولیه و دوایر توپر موقعیت نهایی پس از تغییر شکل دوقلویی را نشان می دهند. تغییر شکل عمده معموال ناشی از لغزش است تا دوقلویی ولی اهمیت این مکانیزم در تغییر جهات کریستالی و ایجاد جهات جدید که میتواند جهات ترجیحی لغزش در راستای تنش اعمالی باشد است.

9 مکانیزمهای استحکام دهی فلزات: معموال هدف در طراحی مواد توسط مهندسین مواد دستیابی به مواد دارای استحکام باال و در عین حال انعطاف پذیری و چقرمگی مناسب می باشد. دلیل طرح مباحث مربوط به نابجایی ها لغزش و ساختار کریستالی مواد تاثیر این پارامترها بر رفتار مکانیکی مواد بود. تغییر شکل پالستیک معلول حرکت تعداد زیادی از نابجایی هاست و توانایی یک فلز برای تغییر شکل پالستیک به توانایی نابجاییها برای حرکت بستگی دارد. محدود کردن و جلوگیری از حرکت نابجاییها در یک ماده منجر به افزایش سختی و استحکام آن می گردد. تمامی روشهای استحکام دهی که در این بخش مورد بحث قرار می گیرد بر همین اصل استوار است. استحکام دهی توسط کاهش اندازه دانه: مرز دانه ها یکی از موانع حرکت نابجایی ها محسوب می شوند. دو دانه مجاور جهات کریستالی متفاوت و مرز مشترک دارند. نابجایی که از دانه A به سمت دانه B حرکت میکند نیازمند تغییر جهت حرکت است که منجر به مشکل شدن ادامه حرکت آن می گردد. بی نظمی ساختار اتمی در مرز دانه منجر به ناپیوستگی صفحات لغزش در دو سوی مرز میگردد.

10 استحکام دهی توسط کاهش اندازه دانه: در مرزهای با زاویه بزرگ عمال امکان عبور نابجایی از مرز دانه وجود ندارد و بهمین دلیل با تجمع نابجاییها در مرز دانه مواجه خواهیم بود که منجر به تمرکز تنش در مرز دانه و تشکیل نابجایی جدید در مرز دانه مجاور میشود. از آنجایی که ریزدانه کردن مواد منجر به افزایش میزان مرزها در داخل ریزساختار میگردد مواد ریزدانه استحکام و سختی بیشتری از خود نشان می دهند. تاثیر اندازه دانه در میزان استحکام معموال با رابطه هال-پچ نشان داده میشود. رابطه هال-پچ برای دانه های بسیار ریز یا بسیار کوچک معتبر نمی باشد. کنترل اندازه دانه معموال توسط کنترل فرآیندهای انجماد تغییر شکل پالستیک و عملیات حرارتی صورت می پذیرد. نکته بسیار مهم این است که کاهش اندازه دانه نه تنها منجر به افزایش استحکام و سختی میشود بلکه در غالب موارد چقرمگی را نیز بهبود می بخشد. مرزهای با زاویه کوچک تاثیر چندانی در ایجاد مانع برای حرکت نابجایی ها ندارند ولی در مقابل مرزهای دوقلویی بطور موثر مانع از عبور نابجایی ها می گردند. همچنین مرزهای بین فازهای مختلف نیز موانع مهمی در راه حرکت نابجایی ها محسوب می شوند. بنابراین نوع مرزهای بین فازی و پراکندگی آنها تاثیر مهمی بر استحکام مواد چند فازی خواهد داشت.

11 استحکام دهی توسط تشکیل محلول جامد: یکی دیگر از روشهای افزایش استحکام مواد آلیاژسازی یا تشکیل محلول جامد است که در آن اتمهای ناخالصی بصورت جانشینی یا بین نشینی در حالل حل می شوند. فلزات خالص تقریبا همیشه ضعیفتر از آلیاژهایی هستند که با پایه همان فلزات تهیه می شوند. در این مکانیزم اتمهای ناخالصی باعث ایجاد میدان کرنش در اطراف خود میگردند و این میدان یکی از موانع جابجایی نابجایی هاست.

12 استحکام دهی توسط تشکیل محلول جامد:

13 استحکام دهی توسط کارسختی یا کرنش سختی: افزایش چگالی نابجایی در اثر کار سرد و در نتیجه مقاومت در برابر حرکت نابجایی ها افزایش می یابد. بازپخت یا آنیل تاثیرات کارسختی از بین می رود. با انجام فرآیند

14 بازیابی تبلور مجدد و رشد دانه تغییر شکل پالستیک مواد چند بلوری در دماهای پایین )نسبت به دمای ذوب( عالوه بر تغییر شکل دانه ها منجر ب افزایش چگالی نابجایی و کارسختی میگردد و مقداری از انرژی اعمالی جهت تغییر شکل تحت عنوان انرژی کرنشی در جسم ذخیره می شود. عالوه بر این چنانچه خواهیم دید برخی خواص نظیر مقاومت به خوردگی و هدایت الکتریکی نیز بهبود می یابد. در داماهای باال )عملیات حرارتی بازپخت یا آنیل( تغییراتی در اثر بازیابی تبلور مجدد و رشد دانه رخ می دهد که منجر به تغییر مجدد خواص و بازگشت به حالت قبل از تغییر شکل پالستیک می شود. تغییرات چگالی نابجایی حین کار گرم: Dynamic events Static events Original Austenite Grains W.H DRV DRX ρ ρ ρ SRX, MDRX ρ SRV ρ Phase Transformation Grain Growth بازیابی: بدلیل افزایش نفوذ اتمی در دماهای باال و در اثر برهم کنش نابجاییها با یکدیگر تعداد نابجاییها کاهش یافته و بخشی از انرژی کرنشی ذخیره شده آزاد می شود. میزان کاهش در چگالی نابجایی بدلیل بازیابی دینامیکی در هر لحظه با میزان چگالی نابجایی در همان لحظه متناسب است.

15 تبلور مجدد : بازیابی قادر به حذف کامل انرژی کرنشی ذخیره شده در جسم نیست و با انجام تبلور مجدد دانه های جدیدی جایگزین دانه های قبلی می شوند که عاری از کرنش هستند و بنابراین چگالی نابجایی در آنها در کمترین سطح ممکن است. تبلور مجدد فرآیندی است که وابسته به زمان و دماست. تغییرات دمای تبلور مجدد با میزان کار سرد

16

17

18 برای منحنی نشان داده شده در شکل مدول االستیسیته استحکام تسلیم استحکام مقادیر کششی بیابید. را زیر