19059

۱۹۰۵۹

بررسي عددي و تجربي خواص مكانيكي ورقهاي FGM

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

۹۲-۹۶

مهر 1396

دكتر صديقي

مكانيك

چكيده امروزه استفاده از مواد با ساختار هدفمند كاربردهاي متنوعي پيداكرده است. به دليل ويژگيهاي منحصربهفرد اينگونه مواد در ارائه خواص چندگانه و گاهي متضاد در يك حجم ماده، صنايع مختلف بهخصوص صنايع هوافضا، توربوماشين ها، صنايع پوشش دهي، سيستمهاي ذخيره انرژي و ... بهصورت گسترده از مواد با ساختار هدفمند استفاده مينمايند. ريزساختار و تركيب شيميايي ماده هدفمند داراي توزيع متغير در حجم ماده بوده كه منجر به خواص چندگانه ماده ميشود. ازاينرو، توليد ورقهاي هدفمند كه چنين ساختاري را ارائه دهند از اهميت ويژهاي برخوردار است. اگرچه روشهاي گوناگوني درزمينه توليد ورقهاي هدفمند ارائهشده است، اما هنوز روش بهينهاي در اين زمينه وجود ندارد. هدف اين پاياننامه توليد ورق هدفمند پايه آلومينيوم با تقويتكننده SiC است كه براي اين منظور از روش متالورژي پودر و نورد گرم استفاده شده است. بدين منظور مقدار تقويتكننده در راستاي ضخامت بهصورت پلهاي از مقدار صفر تا چهار درصد وزني تغيير نموده است. نمونهها در 4 مرحله شامل بالميل، گاز زدايي، فشردن سرد و تف جوش تهيه شده و سپس سه پاس نورد گرم گرديدهاند. ريزساختار نمونههاي حاصله شامل اندازه دانهبندي در جهت نورد و جهت عمود بر آن و توزيع ذرات با استفاده از ميكروسكوپ نوري اندازهگيري شده است . بعلاوه خواص مكانيكي نمونهها شامل سختي و استحكام كششي و خمشي در پاس سوم اندازهگيري و گزارششده است. در فصل چهارم نتايج حاصل از بالميل در زمانهاي مختلف ارائه شده و نمودارهاي آن آورده شده است. سپس نتايج حاصل از ريز ساختار، سختي ، آزمون كشش و آزمون خمش بيان گرديده و مقايسه بين نتايج آزمون تجربي و روش المان محدود آورده شده است. در نهايت به بررسي سطوح شكست در آزمون كشش و خمش پرداخته شده است. مطابق تصاوير بهدستآمده از ريزساختار نمونهها، ذرات تقويتكننده توزيع قابل قبولي در فاز ماتريس دارند. همچنين نتايج نشاندهنده افزايش سختي و استحكام با افزايش ذرات تقويتكننده و افزايش تعداد پاس نورد است. واژههاي كليدي: ورقهاي FGM، خواص مكانيكي ، ريزساختار ،متالورژي پودر ، نورد گرم

1397/03/04

Numerical and Experimental Investigation of mechanical properties of FGM Sheets

5/25/2018 12:00:00 AM

Abstract: Nowadays, functionally graded materials has different applications. Functionally graded materials are widely used by various industries, such as Aerospace industry, turbomachinery, coating industry, energy storage systems, etc. due to their unique property in providing multiple and sometimes opposite properties in a material volume. The microstructure and chemical composition of the functionally graded materials have a variable distribution in the material volume that leads to multiple properties of the material. Hence, the production of functionally graded material sheets that provide such a structure is of particular importance. Although, various methods have been developed for producing functionally graded material sheets, there is still no optimal method in this field. The purpose of this study is to produce functionally graded material sheet of aluminum with SiC reinforcement, using powder metallurgy and hot rolling methods. In this regard, the amount of reinforcement in the direction of thickness has been changed from the value of 0 to 4 weight percent. The samples were prepared in 4 steps including ball-milling, degassing, cold pressing and sintering, and then were hot-rolled in three passes. The microstructure of the obtained samples, including the size of the grains in the rolling direction and perpendicular to it and also the distribution of the particles were evaluated using optical microscope. In addition, the mechanical properties ofthe FGM samples including their hardness, tensile strength and flexural strength were measured and reported in the third pass. In the fourth chapter, the results of the ball-milling process at different times were discussed and their graphs were presented. Then, the results of the microstructure, hardness, tensile and flexural tests were reported, and the comparison of the results between the experimental test and the finite element method was presented. Finally, the fracture surfaces in the tensile and flexural tests were investigated. According to the images obtained from the microstructure of the samples, the reinforcing particles have an acceptable distribution in the matrix phase. Also, the results indicate that the hardness and strength are enhanced by increasing reinforcing particles and the number of rolling passes. Keywords: FGM Sheets, Mechanical Properties, Microstructure, Powder Metallurgy, Hot Rolling