بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
روش تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید مواد نانوساختار
اسلاید 2 :
روشهای سنتز نانوساختارها
تغییر شکل پلاستیک شدید
اول
اسلاید 3 :
تغییر شکل پلاستیک شدید
روش های تغییر شکل پلاستیک شدید، از جمله روش های تولید مواد نانوساختار است که در دو دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
این فرآیندها که با توجه به شکل محصول آن دسته بندی می شوند، در اثر اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید به فلز، باعث تغییرات ریزساختاری در آن شده و ساختار ماده را تا حد نانومتری تغییر می دهند.
اسلاید 4 :
دسته بندی نانو مواد
مواد نانو اندازه:
ماده مورد نظر دارای ابعاد نانومتری است که می تواند به صورت نانوذرات (مانند نانولوله های کربنی و یا نانو ذرات سیلیس) و یا نانو الیاف (Nano fibers) (مانند نانو فیبرهای کربنی) و یا نانو ورق ها (Nano plates) (مانند نانو ورق های میکا یا نانوورق های خاک رس) باشد.
مواد نانوساختار:
موادی که ابعاد ظاهری آنها به صورت بالک است، ولی ساختار تشکیل دهنده آنها در ابعاد نانو قرار دارد.
اسلاید 5 :
روش های اصلی ساخت نانوساختارها
مواد نانوساختار با دو رویکرد اصلی «بالا به پایین (Top-down)» و «پایین به بالا (Bottom-Up)» ساخته می شوند:
هدف رویکرد بالا به پایین: دستکاری ساختار درشت-اندازه ماده و رساندن آن به ابعاد نانومتری
هدف رویکرد پایین به بالا: خلق ماده بالک، از ابتدا به وسیله چینش اتم ها یا اجزای نانو اندازه
اسلاید 6 :
تغییر شکل پلاستیکی شدید
در رویکرد بالا به پایین، روش های گوناگونی وجود دارد که دسته ای از آنها، به صورت اعمال کار مکانیکی بر روی ماده هستند.
یکی از روش های اصلی این دسته، روش تغییر شکل پلاستیک شدید (Severe plastic deformation (SPD)) است.
اسلاید 7 :
مفهوم تغییر شکل پلاستیک
هنگام تغییر شکل یک فلز، بسته به مقدار نیروی وارد شده، تغییرشکل می تواند به دو صورت در فلز اتفاق بیافتد:
تغییر شکل الاستیک
تغییر شکل الاستیک+تغییر شکل پلاستیک
اسلاید 8 :
آن قسمت از تغییر شکل که قابل بازگشت است و حالت فنری داشته و در صورتی که بار اعمالی برداشته شود، فلز تغییر شکل یافته به حالت اول باز می گردد.
در این نوع تغییر شکل، رابطه بین تنش و کرنش اعمالی به صورت خطی است که به شیب این خط، مدول الاستیک (E) گفته می شود. این رابطه را می توان با قانون فنر (قانون هوک) معادل در نظر گرفت.
اسلاید 9 :
هنگامی که تنش اعمالی به فلز، از حد محدوده الاستیک فراتر رود، فرآیند تغییر شکل وارد محدوده پلاستیک می شود. این فرآیند، فرآیندی غیر قابل بازگشت است و تغییر شکل دائمی محسوب می شود.
اسلاید 10 :
مفهوم تغییر شکل پلاستیک شدید
تغییر شکل شدید، مجموعه روش هایی است که طی آن می توان کار مکانیکی نسبتاً زیادی را به فلز اعمال نمود، بدون اینکه فلز دچار شکست و ترک خوردگی شود. واژه «شدید» به این خاطر اطلاق می شود که با توجه به تمهیداتی که در این روش ها انجام می گیرد، تغییر شکل شدیدی را می توان به فلز در مقایسه با سایر روش های معمولی شکل دادن فلزات اعمال نمود.
نکات جالب در روش تغییر شکل پلاستیک شدید :
افزایش استحکام فلز
حذف افت داکتیلیته و گاهی افزایش نرمی
وجه تمایز این روش با سایر روش های تغییر شکل پلاستیک : علت این ویژگی خاص را باید در ساختار نانو ایجاد شده در فلز توسط روش تغییر شکل پلاستیک شدید جستجو نمود.
اسلاید 11 :
روش های تغییر شکل پلاستیک شدید
تغییر شکل شدید مواد بالک
تغییر شکل شدید ورق
تغییر شکل شدید لوله ها
تفاوت این فرآیندها در نحوه توزیع میدان های تنش و کرنش در فلز تحت تغییر شکل می باشد.
اسلاید 12 :
تغییر شکل پلاستیک شدید مواد بالک
پرس در کانال زاویه دار (Equal channel angular pressing)
پیچش با فشار بالا (High Pressure Torsion)
فورج چند جهته (Multi-directional forging)
اکستروژن- فشردن تناوبی (Cyclic extrustion-compression)
اسلاید 13 :
فرآیند پرس در کانال زاویه دار
در این روش، فلزی که قرار است تحت تغییر شکل پلاستیک شدید قرار بگیرد، در کانال قرار گرفته و از بالا توسط یک سنبه به داخل کانال، فشرده می شود. قطعه فلزی حین عبور از کانال، با رسیدن به محل تغییر زاویه، شروع به خم و سپس بازخم می کند و از انتهای دیگر قالب خارج می شود.
در این روش، شدت تغییر شکل به زاویه کانال، شعاع گوشه ها و انحنای رئوس کانال در محل تغییر زاویه بستگی دارد.
در این روش:
چون قطعه فلزیِ تحت فرآیند، درون قالب مقید است و تحت تنش هیدرواستاتیک فشاری بالایی قرار دارد، امکان ترک خوردن و شکست قطعه وجود ندارد.
قابلیت اعمال بر روی ورق های ضخیم (Plate) را هم دارد.
اسلاید 14 :
فرآیند پرس در کانال زاویه دار
شماتیک فرآیند ECAP با هندسه ی مکعبی (مقطع چهارگوش) و زاویه ی کانال 90 درجه
مسیرهای مختلف اصلی برای روش ECAP
اسلاید 15 :
فرآیند پرس در کانال زاویه دار
فرآیند ECAP برای ورق های ضخیم
اسلاید 16 :
فرایند پیچش با فشار بالا
در این روش، یک قطعه دیسکی شکل، همزمان تحت فشار عمودی و نیروی پیچشی قرار می گیرد. به این صورت که ابتدا دیسک فلزی درون قالب قرار گرفته، سپس یک سنبه وارد قالب شده و بر روی دیسک فشار مشخصی را وارد می کند، سپس همزمان و در حالی که فشار در حال اعمال شدن به دیسک فلزی است، سنبه شروع به چرخش خواهد نمود. البته در برخی حالت ها، پس از اعمال فشار، سنبه ثابت بوده و در عوض، قالب می چرخد.
پارامتر های کنترلی اصلی در روش،
مقدار فشار اعمالی و زاویه دوران است.
اسلاید 17 :
فرآیند فورج چند جهته
در این فرآیند، یک قطعه مکعب مستطیل شکل از یک محور با مقطعی به عرض W و ارتفاع H، درون قالبی به عرض H تا ارتفاع W فشرده می شود. طی این فرآیند، قطعه پس از یک تغییر شکل پلاستیک با درصد بالا، مجدداً به شکل مکعب مستطیلی با ابعاد اولیه باز می گردد.
اسلاید 18 :
فرآیند اکستروژن- فشردن تناوبی
در این فرآیند، یک میله با قطر D، از قالبی که قطر داخلی آن در وسط مسیر به d کاهش می یابد، توسط یک سنبه از بالا فشار داده شده تا این کانال کوچکتر اکسترود شود. بلافاصله پس از خروج ماده از کانال اکستروژن، یک سنبه با فشار، نمونه را به سمت بالا فشرده می کند، ولی فشار سنبه پایین به گونه ای است که مانع از اکستروژن ماده به سمت پایین نمی شود.
اسلاید 19 :
فرآیندهای تغییر شکل شدید برای ورق ها
فرآیند پیوند نوردی انباشتی (Accumulative roll bonding)
روش کنگره دار کردن و صاف کردن متوالی (Repetitive corrugation and straightening)
اسلاید 20 :
فرآیند پیوند نوردی انباشتی
در این فرآیند، دو ورق با ضخامت t که یک سمت از هر کدام مقداری زبر شده است، از قسمت زبر شده روی همدیگر قرار گرفته و تحت عملیات نورد قرار می گیرند. فرآیند نورد باید به گونه ای باشد که ضخامت هر دو ورق را که روی همدیگر قرار دارند (t2)، به ضخامت t برساند. سپس این ورق دولایه که اکنون ضخامت t دارد، از وسط نصف شده، یک سمت از هر کدام زبر شده و روی هم قرار می گیرد. سپس مجدداً تحت فرآیند نورد به صورت ذکر شده قرار خواهند گرفت. تکرار این فرآیند در هر پاس تغییر شکل پلاستیک شدیدی را در کل ورق سبب شود.
