EBSD 3

آنالیز بافتTEXTURE

یکی از اولین زمینه های استفاده از روش EBSD در مورد آنالیز بافت مواد بود. همانطور که می دانیم بیشتر مواد پلی کریستال هستند. از طرفی دانه ها درمواد پلی کریستال معمولا به صورت تصادفی جهت یافته نیستند. بیشتر دانه ها نزدیک به یک جهت خاص خوشه ای می شوند. مسیر جهت دار شدن خوشه ای دانه ها را بافت ماده گویند. بافت ها بواسطه مسیرهایی که دانه ها از مذاب و یا حالت دیگر فرآوری ماده شکل می گیرند، بوجود می آیند.

در یک تک کریستال خواص فیزیکی بسته به جهتی که این خواص اندازه گیری شوند، تفاوت می نماید. بنابراین، خواص فیزیکی مواد پلی کریستال بستگی به توزیع جهت گیری های کریستالی موجود در ماده دارد.

شکل پذیری مواد ورقه ای به شدت وابسته به بافت ماده داشته و بنابراین مراحل فرآوری در راه رسیدن به به ماده نهایی به دقت تحت کنترل بوده تا بافت مورد نظر به دست آید.

برای نمونه، بافت در ورقه های آلومینیومی مورد استفاده در قوطی های نوشیدنی به دقت کنترل می شود، در غیر اینصورت بخش بالایی قوطی ناصاف و سطح آن ناهموار خواهد شد. بیشتر خواص مواد الکترونیکی و مغناطیسی وابسته به جهت گیری کریستالی دارد. مثلا، هسته ترانسفورهای الکتریکی به نحوی بافت دار می شوند تا افت انرژی در ترانسفورماتور کاهش یابد. به علت اینکه EBSD جهت کریستالی را مشخص می نماید،داده های حاصل از آن را می توان در آنالیز بافت ماده نیز به کار برد. در این راه روش EBSD مکمل روشهای استاندارد اندازه گیری بافت با استفاده از پراش پرتو X می باشد. اما روش EBSD پیشتر هم می رود، چون با آن می توان بافت یا بافتهای موجود در ماده را با ریزساختار آن مرتبط ساخت. به علاوه، تغییر بافت از محلی به محل دیگر در ماده را به راحتی می توان مطالعه نمود. گسترش بافت در سطح ریزساختاری را می توان با این روش بررسی نمود.

سمت چپ: نمونه با جهت گیری تصادفی دانه ها(بدون بافت)

سمت راست:نمونه با جهت گیری غیر تصادفی دانه ها(دارای بافت)

مرزدانه ها

مرزدانه های فصل مشترک بین دانه ها هستند. این مرزها در مشخص نمودن چگونگی کاربرد یک ماده اهمیت زیادی دارند، زیرا ساختار اتمی در منطقه باریکی نزدیک مرزدانه با ساختار اتمی داخل دانه متفاوت است. وقتی که جهت گیری دانه تغییر می کند، ساختار مرز نیز تغییر می یابد. به علت اینکه EBSD جهت گیری کریستالی را اندازه گیری می کند، این روش قادر است بواسطه تغییر جهت گیری در هر دو طرف دانه مشخصات دانه را تعیین نماید. مطمئنا به علت وجود تعداد زیاد دانه در ماده اندازه گیری فقط یک دانه کافی نخواهد بود. EBSD توانایی اندازه گیری جهت گیری چندین هزار مرزدانه را داشته تا داده های آماری مناسبی از نوع مرزدانه موجود در ماده به دست آید.

این نوع اطلاعات با توجه به اینکه جهت گیری مرزدانه ها اثر مهمی بر خواص مواد دارند، از اهمیت خاصی برخوردار هستند.

برای نمونه، خوردگی و شکست می تواند از مرزدانه آغاز شود. برخی جهت گیری مرزدانه ها مقاومت بیشتری در برابر این پدیده ها نسبت به دیگر جهت گیری ها ازخود بروز می دهند. روشهای فرآوری مواد که سبب ایجاد مرزدانه ها با مقاومت بیشتر می شوند، می توانند سبب تولید مواد با خواص بهبود یافته شوند. این گونه روشها گاهی اوقات به نام مهندسی مرزدانه معرفی می شوند. یک نمونه از این مواد، بیشترکردن عمر الکترودهای سربی در اسید باتری است که در ماده به نحوی فرآوری می شود که کسر بالاتری از نوع خاصی از مرزدانه ها درآن ایجاد شود.

مدل نشان دهنده جهت گیری کریستالی درنقاط A و B در هر دو طرف یکمرزدانه می باشد. مشاهده می کنید که کریستال حول بزرگترین قطر در مکعب دوران کرده است. این نوع خاص از مرزها به دوقلویی معرف می شود.

جمع بندی

1- در مواد کریستالی اتمها به صورتی که در فضا بطور متناوب تکرار شوند، مرتب شده اند.

2- مواد پلی کریستال تشکیل شده از تجمع دانه های تک کریستالی هستند. بسیاری از مواد مهم مهندسی و معدنی پلی کریستال هستند

3- ریز ساختارها مجموعه ای از دانه ها، و دیگر اجزایی چون رسوبات و حفرات هستند.

4- الگوی پراش الکترونهای برگشتی روشی در میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت اندازهگیری جهت گیری کریستالی است.

5- نقشه جهت گیری کریستالی توسط روش EBSD قابل جمع آوری بوده و هرگونه ابهام در تشخیص دانه ها و مرزدانه ها با استفاده از این روش از بین می رود.

6- دانه ها در مواد پلی کریستال معمولا به صورت تصادفی جهت دار نیستند و بافت موجود در این مواد خواص ویژه ای را به ماده می دهد.

7- EBSD یک روش مهم در آنالیز بافت ماده می باشد زیرا این روش اجازه مطالعه رابطه بین بافت و ریزساختار را به محقق میدهد.

8- مرزدانه ها فصل مشترک بین دانه ها در مواد پلی کریستال هستند. مرزهای تشکیل شده بین دانه ها با جهت گیری خاص نسبت به دانه دیگر می تواند خواص مناسب را به ماده بدهد.

9- EBSD قادر است این مرزها را تعیین مشخصات نموده و توزیع نوع مرزهای مختلف در یک نمونه را تعیین نماید.

10- روش EBSD یک روش آنالیز ساختاری می باشد.

EBSD 2

الگوی پراش

در روش EBSD ستونی از الکترونها در SEM به سمت بک نمونهً کریستالی که تحت زاویه خاصی قرار گرفته، هدایت می شود. در اثر برخورد الکترونها با اتمها در شبکهً کریستالی واکنشهای مختلفی رخ می دهد و برخی از الکترونها از نمونه خارج می شوند. اگر یک صفحه فسفری فلوئوروسنت در نزدیکی نمونه قرار دهیم، الگویی روی صفحه تشکیل می شود که علت تشکیل آن اختلاف در میزان شدت الکترونهای خارج شده از نمونه بواسطه تغییر جهت آنها است.

به این الگو، الگوی پراش گویند که ظاهری جالب دارد.

تقارن و ظاهر الگوی پراش مرتبط با ساختار کریستالی نقطه مورد بررسی است که اشعه به آن برخورد کرده است.

اگر کریستال بچرخد(به عبارت دبگر جهت گبری آن تغییر کند) مشاهده می شود که الگوی پراش جابجا می شود.

با تغییر دادن ماده مورد تحقیق الگوی پراش تغییر می کند. بنابراین الگوی پراش را میتوان برای تعیین جهت گیری کریستال و نوع ماده به کار برد.

نمایی از چگونگی چرخاندن قطعه و صفحه فسفری در محفظه میکروسکوپ

الگوی پراش الکترونهای برگشتی حاصل از فلز نیکل

شکل بالایی تصویر SEM مربوط به ریزساختار یک فولاد زنگ نزن است. الگوی پراش و جهت گیری کریستالی مربوط به نقطه آبی رنگ مشخص شده در تصویر بالا در زیر آن نشان داده شده است.الگوی پراش با قرار دادن یک پرتو ثابت در نقطه مزبور به دست آمده است.

آنالیز ریزساختاری با استفاده از روش EBSD

ریزساختار به علت اینکه نشان دهنده بسایری از خواص فیزیکی مواد می باشد، از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

برای نمونه، اندازه دانه بر استحکام کششی تاثیر داشته و خواص مرزدانه ها مشخص کننده چگونگی رخ دادن پدیده شکست در مواد هستند.

تصاویر حاصل از هر دو میکروسکوپ نوری و روبشی برای ارزیابی مواد به کار می روند. پولیش کردن و اج نمودن مواد محل دانه ها ومرزدانه ها را مشخص می نماید. از طرفی این روشها قادر به آشکار سازی تمامی دانه ها نیستند.

اینجاست که لزوم استفاده از روش EBSD احساس می شود. با این روش می توان جهت گیری کریستال استفاده نمود و این روش باید قادر باشد بدون هیچ گونه ابهامی موقعیت تمامی دانه ها و مرزدانه ها را نشان دهد.

از این روش برای تهیه نقشه های جهت گیری کریستالی، با استفاده از اسکن کردن نمونه توسط پرتو الکترونی و اندازه گیری جهت گیری الگوی پراش در هر نقطه ، استفاده می شود. در این نقشه نقاط با جهت گیری کریستالی یکسان با رنگ یکسان نشان داده می شوند. در نقشه ها یک دانه منطقه ای از نمونه است که جهت گیری کریستال در یک تلرانس زاویه جهت گیری خاص یکسان است.. می توان با پردازش این نقشه ها به طور دقیق محل تمامی دانه ها و مرزدانه ها را نشان داد.

روشEBSD به واسطه ایجاد پلی بین ریزساختار و بلورشناسی روش منحصر به فردی است. این روش مکمل روشهای معمول آنالیز بوده که با فراهم سازی اطلاعات قطعی وصریح درباره جهت گیری کریستالی داخل نمونه این روشها را کامل می کند.

تصویر SEM از ریزساختار یک نمونه فولادی

ریزساختار آشکار شده از سطح یک نمونه بوسیله اچ کردن شیمیایی

این شکل نشان دهنده نقشه جهت گیری کریستالی از نمونه مشابه بوده که در آن جهت گیری های یکسان همرنگ هستند.

تصویر دانه ها در نمونه مشابه. رنگهای متفاوت نشانگر دانه های مختلف هستند.

موقعیت مرزدانه ها . رنگهای متفاوت نشانگر جهت گیری های مختلف مرزدانه ها هستند.

هندبوک کامل ریخته گری در ماسه

با توجه به شلوغی کارها، این چند وقت فقط به معرفی کتب متالورژی پرداخته ام که به محض ایجاد فرصت کافی ادامه مطالب قبلی را که ترجمه از سایتها مختلف است، پیش خوام برد.

کتاب هندبوک کامل ریخته گری در ماسه را که نوشته W.Ammen می باشد برای این پست انتخاب کرده ام.

این کتاب دارای 238 صفحه بوده و منتشر شده در سال 1979 است.کتاب دارای 15 فصل و 7 ضمیمه می باشد.

در این کتاب ریخته گری در ماسه، خواص قالب های ماسه ای و نوع قالب و روشهای مورد استفاده بررسی شده است.

کتاب را می توانید از لینکهای زیر دریافت کنید.

لینک اول

حجم فایل در حدود 43 مگا بایت است

لینک دوم

لینک سوم

کتاب درباره کامپوزیت ها

کتاب که امروز براتون معرفی میکنم کتاب مکانیک مواد کامپوزیتیAutar K. Kaw است.

کتاب دارای 466 صفحه است و انشتار یافته سال 2005 است.

این کتاب را از لینکهای زیر می توانید دریافت کنید.

لینک اول

لینک دوم

لینک سوم

این کتاب تعریف جامعی از رفتار مکانیکی مواد کامپوزیتی برپایه فلزات، سرامیکها و پلیمر ارایه داده است.

کتاب کریستالوگرافی

کتاب کریستالوگرافی نوشته Dieter Schwarzenbach می باشد که داری بخشهای زیر است:

1-کریستالوگرافی هندسی

2-تقارن

3-پراش اشعه ایکس بوسیله کریستال

4-خواص تنسوری کریستالها

5-تمرینات مربوط به 4 فصل قبلی

کتاب دارای 241 صفحه بوده و فرمت کتاب پس از باز کردن فایل Rar فرمت DjVu دارد که نرم افزار آن به رایگان از این آدرس قابل http://www.lizardtech.com/download/dl_options.php?page=viewers دریافت است.

لینک دانلود

پسورد برای باز کردن فایل iranmetallurgy می باشد.

البته فرمت پی دی اف این کتاب با حجم حدود 10 مگابایت هم موجود است که اگر دوستان مایل به داشتم این فرمت هستند پیام بدن تا آپلود کنم.

به درخواست یکی از بازدیکنندگان محترم فرمت پی دی اف این کتاب هم برای دانلود در لینک زیر قرار داده شد.

دانلود

کتاب جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن

معرفی کتاب
جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن
نویسنده کتاب
Gene Mathers

این کتاب یک راهنمای مناسب برای تمامی جنبه های جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای ان است. در این کتاب اصول اولیه متالورژیکی شامل اینکه چگونه آلیازها استحکام دهی شده و چگونه فرآیندهای جوشکاری می تواند بر خواص مواد تاثیر بگذارد، موردد بحث قرار گرفته است.
این کتاب از لینکهای زیر قابل دریافت است.
لینک اول
پسورد برای باز کردن فایل:
smileybooks.net
لینک دوم

لینک سوم

لینک چهارم

EBSD 1

EBSD برای مبتدیان
مقدمه:
پراش الکترونی از الکترونهای برگشتی(EBSD) روشی است که برای بدست آوردن اطلاعات کریستالوگرافیک از یک نمونه در میکروسکوپ SEM است.در این راهنما سعی شده است که مفید بودن این تکنیک و مکانیسم آن توضیح داده شود.
مواد کریستالی و ریزساختار آنها:
مواد شناخته شده مانند فلزات، مواد معدنی و سرامیکها جزء مواد کریستالی هستند. در مواد کریستالی اتمها که تشکیل دهنده ماده هستند، در فضا به صورت متناوب تکرار می شوند.
به شبکه 3 بعدی از نقاط که اتمها در این نقاط قرار گرفته اند، شبکه کریستالی می گویند. البته مشخص است که اندازه اتمها و فاصله بین گروههای تکرار شونده اتمها بسیار کوچک است. برای مثال در فلز آلومینیوم، اتمها در گوشه ها و وجوه یک مکعب قرار گرفته اند. هر ضلع مکعب طولی برابر 0.405 نانومتر (هر نانومتر برابر ۹-۱۰ متر است) دارد.

در مقیاس اتمی ساختار کربستالی مواد بسیار منظم و با قاعده است. برخی اوقات اتمها می توانند تشکیل تک کربستال ایی را می دهند که حتی در مقیاس میلیمتری دارای ساختار یکنواخت می باشند. همه ما شکل ظاهری کریستالهای طبیعی معدنی مانند کوارتز را می شناسیم. در این موارد شکل و تقارن کربستال نشان دهنده وجود نظم و قاعده در ساختار اتمی است. همچنین تک کریستالها را می توان به روشهایی ساخت. برای نمونه، قرصهای سیلیکونی تک کریستال مورد استفاده در صنایع میکروالکترونیک را می توان نام برد که دارای پهنهایی تا 30 میلیمتری هستند.

سلول واحد آلومینیوم. اتمها در گوشه ها و مرکز وجوه مکعب قرار گرفته اند

سلول واحد آلومینا شامل اتمهای آلومینیوم (قرمز) و اکسیژن (سبز

مواد معمولا تجمعی از دانه های تک کریستال هستند

ساختار کربستالی قابل مشاهده در یک قطعه ریختگی

به هر حال ساختار کربستالی فقط در فواصل کوتاه یکنواخت است. معمولا مواد متشکل از توده ای از دانه های تک کربستال هستند. برخی مواد به نام پلی کریستال معروف هستند که اندازه دانه ها می تواند از چند نانومتر تا دانه هایی که به چشم غیر مسلح قابل دیدن باشند، متغیر باشد. حتی در تک کریستال ها هم دانه ها دارای شبکه کامل و بدون نقص نیستند و می توانند دارای نقایصی باشند که اثر قابل توجهی بر رفتار مواد دارند. ریزساختار یک ماده وابسته به اجتماعی از دانه ها با یکدیگر به همراه دیگر اجزای میکروسکوپی از قبیل حفرات و آخال ها می باشد. مواد مهندسی از قبیل فولادها و آلومینیوم مواد پلی کربستال بوده و درنتیجه استفاده از روشهایی که بتوان ساختار این مواد را به صورت کامل و با آنالیز کرد، ضروری است. از نقطه نظر EBSD دو فاکتور مهم در مواد پلی کریستال وجود دارد که در آنالیز کردن این مواد کاربرد دارد. نخست اینکه در مواد پلی کریستال، کریستالها در دانه های مختلف دارای جهت گیری (Orientation) متفاوت هستند. یعنی اینکه لبه های شبکه کریستالی در دانه های مختلف دارای جهت گیری متفاوت هستند.در این باره بیشتر توضیح خواهد داده شد. دوم اینکه مواد پلی کربستال شامل مناطقی هستند که دانه های مختلف همدیگر را ملاقات می کنند، که به این نواحی مرزدانه می گوبند.

رسم نمودار فازی بخش چهارم

اگر ترکیب شیمیایی یک آلیاژ در منطقه کوچک محلول جامد و یا در کناره های نمودار فازی قرار نگیرد، آلیاژ در نقطه یوتکتیک به شکل کامل جامد می شود که این به شکل خط یوتکتیک در نمودار فازی نشان داده شده است.

در دماها و ترکیبات شیمیایی بین شروع انجماد و نقطه ای که جامد کامل به دست می آید(دمای یوتکیتیک)، مخلوطی خمیری از هر دو فاز آلفا یا بتا به شکل توده های جامد با مخلوطی مایع از A و B بوجود خواهد آمد. این منطقه را که به صورت جزیی جامد شده است، در نمودار فازی زیر می توانید مشاهده کنید.

منطقۀ قرار گرفته در زیر خط یوتکتیک و خارج از منطقۀ محلول جامد، مخلوطی از آلفا و بتا خواهد بود.

خطوط ارتباطی و قانون اهرم Lever

آلیاژی را که در نمودار زیر نشان داده شده است، در دما و ترکیب مشخص ده در نظر بگیرید. در این دما آلیاژ مخلوطی از فازهای آلفا و مایع(مذاب) است اما ترکیب دقیق شیمیایی در این دما چیست؟

یک خط ایزوترمال(دمای ثابت) از نقطه مورد نظر رسم کنید. این خط دو منحنی حلالیت مجاورش را قطع می کند و به نام خط ارتباطی نامیده می شود(Tie Line). دوسر انتهایی این خط نشان دهنده ترکیب شیمیایی دو فاز موجود در حالت تعادل با دیگر فاز در این دما می باشد.

از نمودار می دانیم که فازهای آلفا و مذاب وجود دارند. خط ارتباطی نشان می دهد که فاز آلفا 5.2% B و فاز مذاب 34.5%B در این دما است. توجه داشته باشید که ترکیب کلی نمونه بدون تغییر مانده و ما فقط ترکیب شیمیایی فازهای تشکیل دهنده نمونه را تعیین می کنیم.

برای یک آلیاژ که در ترکیب شیمیایی C_o و دمای T_x سرد شده است، خطوط ارتباطی برای جواب دادن به پرسشهای زیر بکار می رود:

-چه فازهایی وجود دارند؟

- ترکیب شیمیایی آنها چیست؟

- اگر دما تا T_y کاهش یابد، ترکیب شیمیایی دو فاز چگونه تغییر می کند؟

چون ترکیب شیمیایی C_o و دمای T_x در منطقه فازی بتا + مذاب همدیگر را قطع می کنند، بنابراین فاز بتا و مذاب فازهای موجود هستند.

پاسخ پرسش دوم دربارۀ ترکیب شیمیایی:

بایستی خطی افقی از نقطه مورد نظر به نزدیکترین مرزهای نمودار فازی رسم کرد. این خط نشان دهنده موارد زیر خواهد بود:

- مذاب: X درصد وزنی از B

- فاز بتا: Y درصد وزنی B

با کاهش دما تا T_y خط جدیدی از نقطه مورد نظر که از تقاطع این دما و ترکیب شیمیایی به دست می آید، رسم کنید.

ترکیب شیمیایی عبارتست از:

- مذاب: X' درصد وزنی از B

- فاز بتا: Y' درصد وزنی B

بنابراین، هر دو فاز مذاب و بتا وقتی نمونه سرد شود،غنی تر از عنصر A می شود.

اکنون ما ترکیب شیمیایی دو فاز را می دانیم و نیاز به این داریم دریابیم که چه مقدار از هر فاز در دمای داده شده وجود دارد.

نسبت کسری از هر دو فاز را بوسیله قانون اهرم Lever می توان به دست آورد.

در نگاه اول این قانون گیج کننده به نظر می رسد. در واقع این قانون تبدیل جرم بوده و می توان آن را به شکل ریاضی تبدیل کرد.

ما ابتدا با یک ترکیب شیمیایی کلی C_o آغاز کردیم. از خط ارتباطی رسم شده دریافتیم که دو فاز موجود در یک دمای خاص دو ترکیب شیمیایی مختلف دارند، اما مقدار کلی این دو ترکیب شیمیایی بایستی به مقدارترکیب کلی آلیاژ اضافه شود. این اساس قانون اهرم است.

رسم نمودار فازی بخش سوم

با سرد کردن آلیاژ از حالت مذاب و ثبت کردن نرخ سرد شدن آن، می توان دمای شروع انجماد را مشخص و در نمودار فازی رسم نمود. با انجام دادن آزمایشات تجربی به تعداد کافی در دامنه ای از ترکیب شیمیایی، یک منحنی شروع انجماد را در نمودار می توان رسم نمود. این منحنی به سه نقطه انجماد ساده (Single) ختم می شود و به خط لیکیدوس معروف است. بالای این خط فقط حالت مایع از آلیاژ وجود خواهد داشت.

به همان روشی که شکر در چای داغ حل می شود(محلول مایع)، برای یک عنصر نیز امکان اینکه در یک عنصر دیگر حل شده ،در حالی که هر در حالت جامد باقی بمانند، وجود دارد. به این امر حلالیت جامد می گویند که مشخصاً تا چند درصد وزنی وجود دارد. این حد حلالیت معمولا با دما تغییر می کند.

گستردگی منطقه حلالیت جامد را می توان در نمودار فازی رسم کرده و نامگذاری نمود. محلول جامدی از عنصر Bدر A(یعنی عمدتا عنصر A وجود داشته باشد)، به نام فاز آلفا(فاز تشکیل شده در سمت چپ نمودار) و وارون این حالت بتا (فاز تشکیل شده در سمت راست نمودار)نامیده می شود.

نکته قابل توجه در در مورد برخی از عناصر این است که برخی از این عناصر در حالت آلیاژی با یکدیگر دارای حلالیت صفر هستند(در همدیگر حل نمی شود). یک شاهد بسیار خوب آلیاژ های Al – Si است که آلومینیوم در سیلیکون حلالیت برابر با صفر دارد.

رسم نمودار فازی بخش دوم

تمایل در آلیاژها انجماد در یک دامنه دمایی (به جای انجماد در دمایی خاص مانند آنچه در عناصر خالص رخ می دهد)، می باشد.

در هر یک از دو سر نمودار فازی فقط یکی از عناصر (100% A یا 100%B) و در نتیجه یک نقطه ذوب خاص وجود دارد.

در برخی مواقع نیز مخلوطهایی وجود دارند که مانند عناصر خالص در یک دمای ویژه منجمد می شوند. این نقطه به نام نقطه یوتکتیک نامیده می شود. امکان وجود بیش از یک نقطه یوتکتیک در برخی نمودار های فازی وجود دارد. نقطه یوتکتیک نقطه ای است که واکنش یوتکتیک رخ می دهد.

نقطه یوتکتیک را می توان به صورت تجربی با رسم نمودارهای نرخ سرد شدن در دامنه ای از ترکیب شیمیایی آلیاژ به دست آورد.

نمودارهای فازی برای آلیاژهای بسیار ساده دوتایی دارای نقطه یوتکتیک نیست. در این حالت مخلوط مذاب (مایع) در یک دامنه انجماد (دامنه دمایی) سرد شده و محلی جامد از دو عنصر تشکیل دهنده بوجود می آید.

این نمودار ساده فازی معمولا فقط وقتی بوجود می آید که دو عنصر بسیار شبیه به هم تشکیل آلیاژی را داده و یا بخشی از یک نمودار فازی پیچیده باشند.

رسم نمودار فازی بخش اول

چگونه یک نمودار فازی رسم کنیم:

یک دیاگرام فازی دوتایی نشان دهنده فازهای تشکیل شده و موجود در درصدهای مختلف از مخلوط دو عنصر و در یک دامنه دمایی می باشد.

ترکیب شیمیایی از 100 درصد در مورد عنصر A در سمت چپ نمودار آغاز و با در نظر گرفتن تمامی مخلوطهای ممکن به 100 درصد از عنصر B در سمت راست پایان می یابد.

ترکیب شیمیایی یک آلیاژ به شکل A - x%B نشان داده می شود. برای نمونه Cu - 20%Al دارای 80 درصد مس و 20 درصد آلومینیوم می باشد.

برای نشان دادن خواص عناصر آلیاژی معمولا از درصد وزنی (Weight percentage ) استفاده می شود از درصد اتمی ( Atomic percentage ) هم می توان استفاده نمود.د درصد وزنی با wt% و درصد اتمی باا at%نشان داده می شود. در این نوشته ما از درصد وزنی استفاده می کنیم.

تفاوت درصد وزنی و اتمی را با یک مثال نشان می دهیم:

وقتی از Cu-27at%Al حرف می زنیم، یعنی در این آلیاژ 27% اتمها مربوط به آلومینیوم و 73 % اتمها مس هستند و هنگامی که آلیاژ به شکل Cu-27wt%Al باشد، 27% از وزن آلیاژ Al و 37% Cu خواهد بود.

---

تبدیل درصد وزنی و اتمی به یکدیگر

الف تبدیل درصد وزنی به اتمی:

در ابتدا باید وزن را برحسب گرم در نظر گرفت. پس در 100 گرم از آلیاژ Fe-7wt%C به میزان 7 گرم کربن و 93 گرم آهن وجود دارد.

وزن اتمی آهن 56 و وزن اتمی کربن 12 است. عدد آووگادرو 6.022 x 10²³ می باشد.

تعداد اتمها در 7 گرم کربن برابر است با:

7 ضربدر عدد آووگادرو تقسیم بر وزن اتمی کربن

7 x 6.022 x 10²³ / 12= 3.513 x 10²³

برای 93 گرم آهن به همین ترتیب داریم:

93 x 6.022 x 10²³ / 56= 10.000 x 10²³

بنابراین درصد اتمی کربن برابر است با:

تعداد اتمهای کربن ضربدر 100% بخش بر مجموع اتمهای کربن و آهن

3.513 x 10²³x 100 / (3.513 + 10.000) x 10²³= 26%

پس آلیاژ Fe-7wt%C معادل با Fe-26at%C می باشد.

---

الف تبدیل درصد اتمی به وزنی:

سمانتیت در Fe-25at%C تشکیل می شود. این فاز را درچه درصد وزنی خواهیم داشت؟

در نظر بگیرید یک نمونه دارای 100 اتم می باشد. برای مثال، نمونه ای از Fe-25at%C دارای 25 اتم کربن و 75 اتم آهن است.

وزن 25 اتم کربن= 25 ضربدر وزن اتمی کربن بخش بر عدد آووگادرو= 4.98 واحد جرم اتمی

وزن 75 اتم آهن= 75 ضربدر وزن اتمی آهن بخش بر عدد آووگادرو= 69.74 واحد جرم اتمی

بنابراین:

درصد وزنی کربن = وزن اتمهای کربن ضربدر 100 بخش بر مجموع وزن اتمهای کربن و آهن=

4.98 x 100 / (4.98 + 69.74)= 6.66%

پس at%C 25 معادل با 6.66wt%C است.

سایت خواص مواد

سایت زیر سایت بسیار جامعی درباره مواد و خواص مربوط به آنها می باشد.
مثلا اگر نیاز به دانستن مشخصات فولاد خاصی دارید می توانید تقریبا تمام اطلاعات مربوط به فولاد مورد نظر را در این بخش پیدا کنید.

اگر در این وب سایت ثبت نام کنید می توانید از سرچ پیشرفته و همچنین export داده های مورد استفاده در نرم افزارهایی چون ANSYS , Solidworks ,.... استفاده کنید.
نمونه ای از اطلاعاتی که من از این سایت بدست آوردم:
اطلاعات درباره فولاد ابزار H13

AISI Type H13 Hot Work Tool Steel, air or oil quenched from 995-1025°C

Subcategory: Ferrous Metal; Hot Work Steel; Metal; Tool Steel

Key Words: UNS T20813, ASTM A681, FED QQ-T-570, BS 4659 BH13, BS 4659 H13, BS EN ISO 4957 :2000 X40CrMoV5-1, Werkstoff 1.2344

Component Wt. % C 0.32 - 0.4 Cr 5.13 - 5.25 Fe Min 90.95 Mo 1.33 - 1.4 Si 1 V 1

Material Notes:
Iron content is calculated as a remainder. High hardenability, excellent wear resistance and hot toughness. H13 has good thermal shock resistance and will tolerate some water cooling in service. Nitriding will improve hardness, but can diminish shock resistance if hardened layer is too thick. Electroslag Remelted (ESR) H13 has greater homogeneity and an exceptionally fine structure, resulting in improved machinability, polishability and high temperature tensile strength.

Applications: hot work applications: pressure die casting tools, extrusion tools, forging dies, hot shear blades, stamping dies, plastic molds. ESR H13 is great for aluminum die-casting tools and plastic mold tools requiring a very high polish.

Weldability: Pre and Post-heating recommended, can be welded with oxy-acetylene, inert shielded gas and shielded metal arc; Filler should be similar to the base metal.

Click here to view available vendors for this material.

سایت جامعی درباره مهندسی و علوم

در این وب سایت می توانید اطلاعات کاملی درباره تعاریف واژه های مختلف در فیزیک، مکانیک ، ریاضی و محاسبات، بیولوژی و شیمی پیدا کنید.
این تعاریف با فرمول و شکل توضیح داده شده است. از بخش های جالب این وب سایت بخش های تبدیل واحدها و محاسبات است.
در بخش تیدیل واحدها شما می توانید اکثر واحدها ذکر شده در رشته های بالا را در سیستمهای مختلف اندازه گیری به هم تبدیل کنید.
در قسمت محاسبات هم نحوه محاسبه فاکتورها ی مختلف نشان داده شده است.
بطور کلی می توان گفت وب سایت بسیار خوبی برای مهندسین و محققین علوم پایه است.

آدرس وب سایت

سایت دانشگاه کمبریج و چند کتاب الکترونیکی رایگان

- سایت دانشکده مواد دانشگاه کمبریج که از اون می تونید برخی درسهای مرتبط رو دانلود کنید:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/teaching.html

- در سایت این گروه می تونید ۳ کتاب زیر رو بصورت رایگان دانلود کنید:

الف) Worked examples in the Geometry of Crystals

این هم آدرس لینک دانلود

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/crystal.html

ب) Bainite in Steels

این کتاب رو هم میتونید فصل به فصل و هم کامل دانلود کنید که کامل اون هم به ۲ صورت کم حجم و با حجم زیاد موجود است.

دانلود از:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/newbainite.html

ج) The Alloying Elements in Steel

دانلود از:

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2004/Bain.Alloying/ecbain.html

علت نامگذاری فازها در متالورژی

شاید بارها نام فازهای مختلف دیاگرام آهن- کربن را شنیده اید و دوست داشته ایدبدانید منشا این نامها چیست. در ادامه مطلب در این مورد بحث شده است.

سمانتیت (Cementite): حدس زدن این مورد شاید آسان باشد. این لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگلیسی به معنای ماده ای است که مواد مختلف را به هم می چسباند، می باشد.
در سال 1855 Osmond و Werth تئوری سلولی را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه های آلوتروپیک آهن( که امروزه به نام آستنیت و فریت معروف هستند) را پیشنهاد دادند، بلکه در این تئوری نگاه تازه ای به تشکیل کاربید ها شده بود. تحقیقات آنها در خصوص فولادهای پرکربن نشان داد که مخلوطی شامل سلولهای و دانه های آهن وجود دارد که توسط لایه ای از کاربید آهن محصور شده است.در حین انجماد ابتدا گلبولها یا سلولهای آهن تشکیل شده و رشد می کنند و باقیمانده مذاب به صورت کاربید آهن منجمد می شود. بدین ترتیب کاربید تشکیل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهای قبلی شکل گرفته، آنها را به هم می چسباند. از این شرح می توان دریافت چرا Osmond کاربید تشکیل شده را از لغت فرانسوی Ciment نامگذاری کرد.
این فاز در زبان آلمانی با Zementit و در انگلیسی با Cementite نشان داده می شود.
فریت (Ferrite): Ferrum ریشه لاتین برای بیشتر لغات جدید ساخته شده در خصوص آهن و ترکیبات آن می باشد که احتمالا ریشه سامی دارد.آستنیت (Austenite): این فاز به یادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژیست انگلیسی تبار(1843-1902) نامگذاری شده است.
Robert-Austen اولین کسی بود که دیاگرام اولیه آهن – کربن را در سال 1897 (شکل زیر) و فرم نهایی آن را در سال 1899 منتشر کرد.

او همچنین اولین دانشمندی است که اندازه گیری کمی (Quantitative ) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس ) را با توجه به قوانین نفوذ فیک انجام داد.
پرلیت(Pearlite): برگرفته از ظاهر درخشنده مروارید شکل (Pearl) و رنگین کمانی این فاز می باشد.علت اینکه ساختار این فاز به صورت مروارید این است که تیغه های تشکیل شده با داشتن خاصیت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گیری مختلف، تشکیل کریستال های متفاوت نوری می دهند.
لدبوریت (Ledeburite): نامگذاری شده به افتخار Adolf Ledebur (1837- 1916).
Ledebur اولین پروفسوری بود که در سال 1882 مخلوط کریستالی آهن کربن را کشف نمود.
مارتنزیت (Martensite): به افتخار Adolf Martens(1850-1914) نامگذاری شده است.
وی کارش را در آزمایشگاه مکانیکی رویال در برلین به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه یک جایزه مشهور به نام او اهدا می شود.
بینیت (bainite): این فاز به یادبود E.C. Bain شیمیدان آمریکایی نامگذاری شده است.
تاریخچه آستمپرینگ به سال 1930 بر می گردد، زمانی که Grossman و Bain در آزمایشگاه های فولاد ایالات متحده بر روی ارزیابی پاسخ متالورژیکی فولادهای سرد شده با سرعت زیاد از دمای 1450 درجه فارنهایت (788 درجه سانتیگراد) به دماهای متناوبا بالا و نگهداری در این دماها به مدت زمانهای مختلف های در حال کار بودند.
نتیجه تحقیقات آنها چیزی است که ما امروزه به عنوان دیاگرامهای استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) می شناسیم.
Grossman و Bain با ساختارهای معمول متالورژیکی فریت، پرلیت و مارتنزیت آشنا بودند. چیزی که آنها کشف کردند ساختار دیگری بود که در بالاتر از دمای آغاز تشکیل مارتنزیت (Ms) و پایین تر از دمای تشکیل پرلیت بود.
در فولادها این ساختار شکل ساختارهای سوزنی (بشقابی) با ظاهری پر مانند را داراست. تحقیقات X ray نشان داد که بینیت شامل فریت و کاربید فلزی است.

منبع:http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_8/advanced/t8_4_1.html

کتاب الکترونیکی

کتاب الکترونیکی متالورژی مکانیکی دیتر رو که همه متالورژها می شناسند میتونید از این آدرس دانلود کنید البته حجم کتاب در حدود 52 مگا بایت است و فرمت کتاب پی دی اف .
دانلود

سایت فارسی درباره متالورژی و فلزات

این آدرس سایت جالبی درباره متالورژی و فلزات است
حتما بهش سر بزنید:
http://www.felezat.com

آنالیز EDX و WDX

آنالیز EDX و WDX
EDX مخفف کلمات Energy Dispersive X ray است، که برخی اوقات به آن EDS یا EDAX هم می گویند.
این تکنیک روشی برای مشخص کردن ترکیب عنصری یک نمونه یا بخشی از یک نمونه است. EDX به تنهایی بکار نمی رود بلکه سیستمی است که به همراه میکروسکوپ الکترونی عبوری SEM بوده و در حقیقیت بخشی از این میکروسکوپ به شمار می رود.
در این روش سطح نمونه توسط یک اشعه الکترونی درون میکروسکوپ تحت بمباران قرار گرفته و با برخورد الکترونهای این اشعه به الکترونهای مربوط به اتمهای نمونه تحت بررسی، برخی از این الکترونها از جای خودشان خارج می شوند. با توجه به اینکه جای اتمها نمی تواند خالی مانده و بایستی به حالت تعادل برسند، الکترونهایی از لایه های بالاتر اتمی به این جای خالی مهاجرت کرده و جای آن را پر می کنند. برای انجام این عمل الکترونهایی لایه های بالاتر که انرژی بیشتری دارند، بایستی بخشی از انرژی خود را از دست بدهند تا به سطح انرژی لایه جدید رسیده و پایدار باشند که این انرژی بصورت اشعه ایکس منتشر می گردد.
مقدار انرژی آزاد شده بستگی نوع لایه ها دارد هم لایه ای که الکترون از آن جدا شده و هم لایه ای که الکترون به آن مهاجرت می کند. از طرفی اشعه ایکس اتمهای هر عنصر مقدار انرژی منحصر بفردی در حین انتقال از لایه ای به لایه دیگر اتمی ساطع از خودشان می کنند. بنابراین با اندازه گیری مقدار انرژی موجود در اشعه ایکس آزاد شده در یک نمونه در حین بمباران توسط اشعه الکترونی می توان نوع اتم موجود را مشخص نمود.
خروجی یک آنالیز EDX طیف EDX است(شکل2). طیف EDX فقط یک نمودار است که بر اساس دریافت انرژی ایکس از هر سطح انرژی رسم شده است.
هر یک از پیک های نشان داده شده در این نمودار مختص یک اتم بوده و بنابراین نشانگر فقط یک عنصر می باشند. پیک های با ارتفاع بیشتر در طیف به معنی غلظت بیشتر عنصر مورد نظر در نمونه است.
در خصوص طیف Edx این نکته را باید ذکر کرد که نوع اشعه X آزاد شده ممکن است متفاوت باشد، بطور مثال اگر الکترون از لایه L به لایه K مهاجرت کند به اشعه آزاد شده پیک K-Alpha و به پیک ناشی از رفتن الکترون از لایه M به لایه K پیک K-Beta می گویند(شکل 1)

WDX Analysis (Wavelength Dispersive X ray)
این تکنیک به WDS نیز معروف است.روش کار این تکنیک مشابه EDX بوده با این تفاوت که آشکارساز این روش اشغه ایکسهای منشتره را بر اساس طول موجشان به حساب آورده و دسته بندی می کند. آشکارساز این سیستم از یک کریستال آنالیز کننده اشعه ایکس استفاده می کندکه فقط اجازه پراش طول موجهای دلخواه را به آشکارساز می دهد.
مزایای WDX در برابر EDX:
1- چلوگیری از روی هم قرار گرفتن پیکهای عناصر مختلف که در EDX معمول است که علت این امر وجود مزیت تمایز بهتر بین انرژی ها (energy resolution) در WDX می باشد.2- اغتشاشات (noise) موجود در زمینه (background) کمتر که اجازه آنالیز دقیق تر مقداری را به ما می دهد.
محدودیتها:1- وقت گیر بودن 2- آسیب بیشتری به نمونه و محفظه وارد می شود زیرا نیاز به اشعه با انرژی بیشتر است.
3- قیمت بالاتر

نشانگرهاي بزرگنمايي در تصاوير متالوگرافي

شاید شما هم جزء افرادی باشید که با عکسهای متالوگرافی سروکار داشته اید. قرار دادن بزرگنمایی روی عکسها یکی از اصلی ترین موارد لازم برای هر تصویری است. که این به دو روش امکان پذیر است:

۱- قراردادن عدد بزرگنمایی مثلا عدد 500x که نشانگر بزرگنمایی 500 است.

۲- قراردادن نشانگر که راهی مناسب تر است زیرا اگر ابعاد تصویر در مواردی تغییر کند ابعاد نشانگر هم تغییر کرده و بزرگنمایی تصحیح می شود.

ادامه مطلب و چگونگی قرار دادن نشانگر را می توانید با دانلود کردن فایل زیر ببینید.

به امید مفید بودن آن برای شما


لینک دانلود