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.