ضرورت و انگیزه طرح:
نیاز روزافزون به کاهش مصرف سوخت و آلاینده‌های زیست‌محیطی، به‌ویژه در صنعت خودروسازی، ضرورت جایگزینی مواد سنگین (نظیر آهن و فولاد) با مواد سبک با نسبت استحکام به وزن بالا مانند کامپوزیت‌های پایه فلزی را ایجاد کرده است.
-
ویژگی‌ها و محدودیت‌های ماده مورد مطالعه:
- مزایا: کامپوزیت دارای چگالی پایین، ریخته‌گری‌پذیری مناسب و مقاومت به سایش مطلوب است.
- معایب/چالش‌ها: درشت بودن ذرات و زمینه یوتکتیکی نسبتاً ترد، موجب محدود شدن انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری آن می‌شود.
-
روش‌های مطرح‌شده در متن برای بهسازی خواص:
سرد کردن سریع، آلیاژسازی مکانیکی، عملیات حرارتی و اصلاح شیمیایی.
-
هدف اصلی طرح:
بررسی ساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت درجای و بهینه‌سازی/بهبود خواص آن از طریق افزودن عناصر منگنز () و کروم ().
- تغییر ریزساختار: کروم توانست مورفولوژی فاز یوتکتیک را به‌طور مؤثر از ساختار پولکی‌شکل به میله‌ای نازک تغییر دهد.
- بهبود خواص مکانیکی (مقدار بهینه): تا مقدار درصد وزنی کروم، استحکام کششی از حدود مگاپاسکال به مگاپاسکال افزایش یافت و درصد ازدیاد طول (انعطاف‌پذیری) تقریباً ۲ برابر شد. دلیل اصلی آن ریزسازی ساختار یوتکتیک و حذف نقاط با تمرکز تنش بالا ذکر شده است.
- اثر مقادیر بیش از حد بهینه: افزایش کروم به بیش از درصد وزنی اثر منفی دارد؛ زیرا باعث تشکیل فاز بین‌فلزی درشت جدید به فرمول با ساختار شبه‌دندریتی می‌شود که تمرکز تنش ایجاد کرده و خواص کششی را کاهش می‌دهد.
- تغییر ریزساختار: منگنز تأثیری مشابه با کروم دارد اما در مقادیر بسیار کمتر؛ افزودن منگنز در مقادیر کمتر از درصد وزنی، مورفولوژی فاز شبه‌یوتکتیک را به فرم نقطه‌مانند تبدیل کرد و ذرات ظریف بین‌فلزی در زمینه تشکیل داد.
- مقادیر بهینه خواص مکانیکی:
- مقدار بهینه برای بیشترین استحکام کششی نهایی () برابر با درصد وزنی منگنز بود.
- مقدار بهینه برای بیشترین درصد ازدیاد طول () برابر با درصد وزنی منگنز بود.
- اثر مقادیر بیش از حد بهینه: مقادیر بالاتر منگنز منجر به تشکیل ترکیب بین‌فلزی شد که با افزایش مقدار منگنز، بسیار درشت می‌شود. مقادیر بیش از درصد وزنی، استحکام کششی و ازدیاد طول را به‌شدت کاهش دادند؛ زیرا این ذرات بین‌فلزیِ درشت، سخت و شکننده، محل تمرکز تنش و جوانه‌زنی و رشد ترک می‌شوند.