تهیه کننده: حسین صمدی جهاد دانشگاهی مشهد تیر87
موضوع تحقیق : كامپوزيت ها
انواع تقويت كنندها:
تقويت كنندها به صورت پيوسته يا غير پيوسته به كار ميروند امروزه بيشتر مطلات بر روی تقويت كنندهای نا پيوسته متمركز شده است زيرا اين نوع تقويت كنندها توليد راحت تر وارزان تری داشته وخواص ايزوتروپی انها نيز بهتر می باشد. تقويت كنندها چه به صورت پيوسته وچه بصورت ناپيوسته10تا70 درصد حجم كامپوزيت را فرا میگرد.از جمله فيبرهای پيوسته برای آلومينيوم میتوان به گرافيت، AL2O3 وSicاشاره نمود.
انواع كامپوزيت ها براساس نوع زمينه
كامپوزيت زمينه فلزی MMC
كامپوزيت زمينه پليمریPMC
كامپوزيت زمينه سراميكیCMC
كامپوزيت زمينه كربنیCGC
عوامل موثر بر خواص كامپوزيت ها:
1) مقدار تقويت كنندها
2) اندازه تقويت كنندها
3) شكل تقويت كنندها
4) توزيع فاز تقويت كنندها
5) خواص مكانيكی زمينه
6) طبيعت فصل مشترك زمينه وفاز
عوامل استفاده از'AL'به عنوان زمينه:
1) وزن كم
2) مقاومت محيطی
3)نقطه ذوب مناسب
4)خواص مكانيكی مناسب
5)سازگاری با بسياری از تقويت كنندها
شناخته شده ترين كامپوزيت زمينه فلزی تقويت شده بوسليه الياف،كامپوزيت با زمينه ALميباشد وليكن استفاده از ان در درجه حرارت بالا بدليل تجزيه زمينه كامپوزيت بسيار محدود است . محدوديت ديگر ان مدول الاستيسيته نسبتا پاِيين چنين زمينه ای است.در اين مورد بايد توجه شود كه مدول الاستسسيته كامپوزيتEcزمينه ای كه بوسيله الياف پيوسته و تك جهته تقويت شده باشد،با استفاده از قانون مخلوط ها بدست مي آيد،بطوری كهEc=EfVf+EmVm
در رابطه ذكر شده Em و Ef بترتيب مدول های الاستسسيته و زمينه در كامپوزيتی است كه در ان جز حالياف جمی اين اجزا Vm و Vf باشد0در مورد كامپوزيت هايی كه دارای الياف ناپيوسته باشند اين رابطه اصلاح گردد0جايگزين كردن زمينه پليميری با فلزات عملكرد كامپوزيت های تقويت شده بوسليه الياف را در دمای بالا ونيز مدول الاستيسيته انها را بهبود خواهد بخشيد0
ساختار كامپوزيت های زمينه فلزی تقويت شده با
1)الياف 2)ذرات
تغييرات چغرمگی شكست آلياژهای AL با درصد حجمی مواد پخش شده را نشان ميدهد.كه دران زمينه،آلياژ AL6061 ميباشد ونوع تقويت كننده الياف های كوچك Sic ميباشد. كه طبق شكل برای اين كامپوزيت ها ،مشاهده ميشود در صورتی كه جحم الياف به حدود 15 %برسد مقادير شكست تا بالای 30MPam1/2 را ميتوان بدست اورد،در درصدهای بالاتر از مقدار ذكر شده (15درصد) مقدار چغرمگی شكست بدليل سهولت بيشتر انتشار ترك به سرعت افت كرده و به ازای 25 %د حجمی الياف، به حدود 10MPam1/2می رسد.
نمونه ای از كامپوزيت آرال،ورقی با ضخامت 1.3mmاست شامل سه ورق از آلياژ 7075-T6،هريك با ضخامت0.3mmودولايه داخلی با ضخامت 0.2mm متشكل از اليافی يك جهته وپيوسته اراميده كه با يك رزين اپوكسی آغشته شده اند ميبباشد.در جهت طولی اين كامپوزيت دارای استحكام كششی800Mpa وازدياد طول نسبی 2.5درصد بوده كه قابل مقايسه با مقادير 570Mpa و11درصد در مورد ورق 7075-T6ميباشد.
از نظر مدول الاستيسيته نيز با 7075-T6قابل رقابت بوده ودانسيته ان به 2.35g/cm3رسيده كه به ميزان 18درصد كاهش يافته است.با وجود اين خواص آن در جهت عرضی بسيار پايين تر است مگر انكه برخی از الياف بنحوی مناسب در اين جهت قرار داده شوند.
رفتار ترك خستگی آرال در مقايسه با ورق آلياژ7075-T6
اعمال كشش بر روی لايه ها به اندازه 0.5درصد،تنش تسليم قراردادی را تا 640Mpaافزايش داده وبه نحوه موثری از انتشار تَرك بيش از چند ميلی متر تا بيش از 107 سيكل آزمايشی،جلوگيری میكند.
موارد استفاده شده از كامپوزيت های تقويت شده با ذرات نرم مانند گرافيت((Gوذرات سخت مانند:Sic
از كامپوزيت های AL-Gبرای قطعاتی كه نياز به وزن مخصوص كم وخود روانكاری نياز باشد،استفاده ميشوند،مانند پيستون های AL-Gدر موتور اتومبيل،كه بدليل وزن مخصوص كم باعث كاهش مصرف سوخت ميشود،همچنين به علت خاصيت روان كاری عالی در صورت سرد بودن موتور اتومبيل،يا روغن رسانی نا كافی باز هم موتور به راحتی روشن ميشود.
و از كامپوزيت های AL-Sic،برای قطعاتی كه در دمای بالا كار ميكنند و امكان روان سازی سطحی وجود نداشته باشد،استفاده ميشوند0
كامپوزيت های زمينه فلزی((metal matrix composite
در كامپوزيت های زمينه فلزی،زمينه يك الياژ يا فلز خالص وفاز تقويتی به صورت كربن،فلز يا افزودنیهای سراميك ميباشد.اغلب مطالعات روی “MMC” بر روی AL به عنوان ماتريس متمركز شده است،اين مواد داری استحكام بالا،سفتی،هدايت حرارتی،مقاومت سايشی وپايداری ابعادی ميباشند؛و بر خلاف كامپوزيتهای زمينه پليمری،“MMCها”غير قابل اشتعال بوده ودر خلا توليد گاز نمی كند و خلا روی ساختار انها تاثير چندانی ندارد.
شناخته شده ترين كامپوزيت زمينه فلزی تقويت شده بوسليه الياف،كامپوزيت با زمينه ALميباشد وليكن استفاده از ان در درجه حرارت بالا بدليل تجزيه زمينه كامپوزيت بسيار محدود است . محدوديت ديگر ان مدول الاستيسيته نسبتا پاِيين چنين زمينه ای است.در اين مورد بايد توجه شود كه مدول الاستسسيته كامپوزيتEcزمينه ای كه بوسيله الياف پيوسته و تك جهته تقويت شده باشد،با استفاده از قانون مخلوط ها بدست مي آيد،بطوری كهEc=EfVf+EmVm
ساختار كامپوزيت های زمينه فلزی تقويت شده با
تغييرات چغرمگی شكست آلياژهای AL با درصد حجمی مواد پخش شده را نشان ميدهد.كه دران زمينه،آلياژ AL6061 ميباشد ونوع تقويت كننده الياف های كوچك Sic ميباشد. كه طبق شكل برای اين كامپوزيت ها ،مشاهده ميشود در صورتی كه جحم الياف به حدود 15 %برسد مقادير شكست تا بالای 30MPam1/2 را ميتوان بدست اورد،در درصدهای بالاتر از مقدار ذكر شده (15درصد) مقدار چغرمگی شكست بدليل سهولت بيشتر انتشار ترك به سرعت افت
كرده و به ازای 25 %د حجمی الياف،
به حدود 10MPam1/2می رسد.
اين وضع در بيشتر كامپوزيت های زمينه فلزی ديگر نيز مشاهده شده است؛به طوری كلی در صورت استفاده از ذرات به جای الياف مقادير خواص مكانيكی بدست امده ضعيف تر بوده ولی همسانگردی خواص بيشتر خواهد بود.
قطعاتی كامپوزيتی(6061-Sic)كه حاوی 20 درصد حجمی Sicبصورت الياف كوتاه هستند دارای مدول الاستيسيته 120Gpaمیباشد كه بيشتر از مدول الاستيسيته آلياژ 6061كه 70Gpaاست مي باشد0
موارد استفاده شده از كامپوزيت های تقويت شده با ذرات نرم مانند گرافيت((Gوذرات سخت مانند:Sic
از كامپوزيت های AL-Gبرای قطعاتی كه نياز به وزن مخصوص كم وخود روانكاری نياز باشد،استفاده ميشوند،مانند پيستون های AL-Gدر موتور اتومبيل،كه بدليل وزن مخصوص كم باعث كاهش مصرف سوخت ميشود،همچنين به علت خاصيت روان كاری عالی در صورت سرد بودن موتور اتومبيل،يا روغن رسانی نا كافی باز هم موتور به راحتی روشن ميشود.
1)سرعت سرد شدن
2)ويسكوزيته مذاب
3)اندازه،توزيع و شكل ذرات افزودنی
4)وزن مخصوص مذاب ومواد افزودنی
5)خوصصيات حرارتی ودمايی ذرات ومذاب
6)كريستاله شدن ذرات(پولكی شدن)
7)تاثير نيروهای خارجی در حين انجماد.
موضوع تحقیق : كامپوزيت ها
انواع تقويت كنندها:
تقويت كنندها به صورت پيوسته يا غير پيوسته به كار ميروند امروزه بيشتر مطلات بر روی تقويت كنندهای نا پيوسته متمركز شده است زيرا اين نوع تقويت كنندها توليد راحت تر وارزان تری داشته وخواص ايزوتروپی انها نيز بهتر می باشد. تقويت كنندها چه به صورت پيوسته وچه بصورت ناپيوسته10تا70 درصد حجم كامپوزيت را فرا میگرد.از جمله فيبرهای پيوسته برای آلومينيوم میتوان به گرافيت، AL2O3 وSicاشاره نمود.
انواع كامپوزيت ها براساس نوع زمينه
كامپوزيت زمينه فلزی MMC
كامپوزيت زمينه پليمریPMC
كامپوزيت زمينه سراميكیCMC
كامپوزيت زمينه كربنیCGC
عوامل موثر بر خواص كامپوزيت ها:
1) مقدار تقويت كنندها
2) اندازه تقويت كنندها
3) شكل تقويت كنندها
4) توزيع فاز تقويت كنندها
5) خواص مكانيكی زمينه
6) طبيعت فصل مشترك زمينه وفاز
عوامل استفاده از'AL'به عنوان زمينه:
1) وزن كم
2) مقاومت محيطی
3)نقطه ذوب مناسب
4)خواص مكانيكی مناسب
5)سازگاری با بسياری از تقويت كنندها
شناخته شده ترين كامپوزيت زمينه فلزی تقويت شده بوسليه الياف،كامپوزيت با زمينه ALميباشد وليكن استفاده از ان در درجه حرارت بالا بدليل تجزيه زمينه كامپوزيت بسيار محدود است . محدوديت ديگر ان مدول الاستيسيته نسبتا پاِيين چنين زمينه ای است.در اين مورد بايد توجه شود كه مدول الاستسسيته كامپوزيتEcزمينه ای كه بوسيله الياف پيوسته و تك جهته تقويت شده باشد،با استفاده از قانون مخلوط ها بدست مي آيد،بطوری كهEc=EfVf+EmVm
در رابطه ذكر شده Em و Ef بترتيب مدول های الاستسسيته و زمينه در كامپوزيتی است كه در ان جز حالياف جمی اين اجزا Vm و Vf باشد0در مورد كامپوزيت هايی كه دارای الياف ناپيوسته باشند اين رابطه اصلاح گردد0جايگزين كردن زمينه پليميری با فلزات عملكرد كامپوزيت های تقويت شده بوسليه الياف را در دمای بالا ونيز مدول الاستيسيته انها را بهبود خواهد بخشيد0
ساختار كامپوزيت های زمينه فلزی تقويت شده با
1)الياف 2)ذرات
تغييرات چغرمگی شكست آلياژهای AL با درصد حجمی مواد پخش شده را نشان ميدهد.كه دران زمينه،آلياژ AL6061 ميباشد ونوع تقويت كننده الياف های كوچك Sic ميباشد. كه طبق شكل برای اين كامپوزيت ها ،مشاهده ميشود در صورتی كه جحم الياف به حدود 15 %برسد مقادير شكست تا بالای 30MPam1/2 را ميتوان بدست اورد،در درصدهای بالاتر از مقدار ذكر شده (15درصد) مقدار چغرمگی شكست بدليل سهولت بيشتر انتشار ترك به سرعت افت كرده و به ازای 25 %د حجمی الياف، به حدود 10MPam1/2می رسد.
نمونه ای از كامپوزيت آرال،ورقی با ضخامت 1.3mmاست شامل سه ورق از آلياژ 7075-T6،هريك با ضخامت0.3mmودولايه داخلی با ضخامت 0.2mm متشكل از اليافی يك جهته وپيوسته اراميده كه با يك رزين اپوكسی آغشته شده اند ميبباشد.در جهت طولی اين كامپوزيت دارای استحكام كششی800Mpa وازدياد طول نسبی 2.5درصد بوده كه قابل مقايسه با مقادير 570Mpa و11درصد در مورد ورق 7075-T6ميباشد.
از نظر مدول الاستيسيته نيز با 7075-T6قابل رقابت بوده ودانسيته ان به 2.35g/cm3رسيده كه به ميزان 18درصد كاهش يافته است.با وجود اين خواص آن در جهت عرضی بسيار پايين تر است مگر انكه برخی از الياف بنحوی مناسب در اين جهت قرار داده شوند.
رفتار ترك خستگی آرال در مقايسه با ورق آلياژ7075-T6
اعمال كشش بر روی لايه ها به اندازه 0.5درصد،تنش تسليم قراردادی را تا 640Mpaافزايش داده وبه نحوه موثری از انتشار تَرك بيش از چند ميلی متر تا بيش از 107 سيكل آزمايشی،جلوگيری میكند.
موارد استفاده شده از كامپوزيت های تقويت شده با ذرات نرم مانند گرافيت((Gوذرات سخت مانند:Sic
از كامپوزيت های AL-Gبرای قطعاتی كه نياز به وزن مخصوص كم وخود روانكاری نياز باشد،استفاده ميشوند،مانند پيستون های AL-Gدر موتور اتومبيل،كه بدليل وزن مخصوص كم باعث كاهش مصرف سوخت ميشود،همچنين به علت خاصيت روان كاری عالی در صورت سرد بودن موتور اتومبيل،يا روغن رسانی نا كافی باز هم موتور به راحتی روشن ميشود.
و از كامپوزيت های AL-Sic،برای قطعاتی كه در دمای بالا كار ميكنند و امكان روان سازی سطحی وجود نداشته باشد،استفاده ميشوند0
كامپوزيت های زمينه فلزی((metal matrix composite
در كامپوزيت های زمينه فلزی،زمينه يك الياژ يا فلز خالص وفاز تقويتی به صورت كربن،فلز يا افزودنیهای سراميك ميباشد.اغلب مطالعات روی “MMC” بر روی AL به عنوان ماتريس متمركز شده است،اين مواد داری استحكام بالا،سفتی،هدايت حرارتی،مقاومت سايشی وپايداری ابعادی ميباشند؛و بر خلاف كامپوزيتهای زمينه پليمری،“MMCها”غير قابل اشتعال بوده ودر خلا توليد گاز نمی كند و خلا روی ساختار انها تاثير چندانی ندارد.
شناخته شده ترين كامپوزيت زمينه فلزی تقويت شده بوسليه الياف،كامپوزيت با زمينه ALميباشد وليكن استفاده از ان در درجه حرارت بالا بدليل تجزيه زمينه كامپوزيت بسيار محدود است . محدوديت ديگر ان مدول الاستيسيته نسبتا پاِيين چنين زمينه ای است.در اين مورد بايد توجه شود كه مدول الاستسسيته كامپوزيتEcزمينه ای كه بوسيله الياف پيوسته و تك جهته تقويت شده باشد،با استفاده از قانون مخلوط ها بدست مي آيد،بطوری كهEc=EfVf+EmVm
ساختار كامپوزيت های زمينه فلزی تقويت شده با
تغييرات چغرمگی شكست آلياژهای AL با درصد حجمی مواد پخش شده را نشان ميدهد.كه دران زمينه،آلياژ AL6061 ميباشد ونوع تقويت كننده الياف های كوچك Sic ميباشد. كه طبق شكل برای اين كامپوزيت ها ،مشاهده ميشود در صورتی كه جحم الياف به حدود 15 %برسد مقادير شكست تا بالای 30MPam1/2 را ميتوان بدست اورد،در درصدهای بالاتر از مقدار ذكر شده (15درصد) مقدار چغرمگی شكست بدليل سهولت بيشتر انتشار ترك به سرعت افت
كرده و به ازای 25 %د حجمی الياف،
به حدود 10MPam1/2می رسد.
اين وضع در بيشتر كامپوزيت های زمينه فلزی ديگر نيز مشاهده شده است؛به طوری كلی در صورت استفاده از ذرات به جای الياف مقادير خواص مكانيكی بدست امده ضعيف تر بوده ولی همسانگردی خواص بيشتر خواهد بود.
قطعاتی كامپوزيتی(6061-Sic)كه حاوی 20 درصد حجمی Sicبصورت الياف كوتاه هستند دارای مدول الاستيسيته 120Gpaمیباشد كه بيشتر از مدول الاستيسيته آلياژ 6061كه 70Gpaاست مي باشد0
موارد استفاده شده از كامپوزيت های تقويت شده با ذرات نرم مانند گرافيت((Gوذرات سخت مانند:Sic
از كامپوزيت های AL-Gبرای قطعاتی كه نياز به وزن مخصوص كم وخود روانكاری نياز باشد،استفاده ميشوند،مانند پيستون های AL-Gدر موتور اتومبيل،كه بدليل وزن مخصوص كم باعث كاهش مصرف سوخت ميشود،همچنين به علت خاصيت روان كاری عالی در صورت سرد بودن موتور اتومبيل،يا روغن رسانی نا كافی باز هم موتور به راحتی روشن ميشود.
1)سرعت سرد شدن
2)ويسكوزيته مذاب
3)اندازه،توزيع و شكل ذرات افزودنی
4)وزن مخصوص مذاب ومواد افزودنی
5)خوصصيات حرارتی ودمايی ذرات ومذاب
6)كريستاله شدن ذرات(پولكی شدن)
7)تاثير نيروهای خارجی در حين انجماد.
