چه عواملی بر تخلخل اولیه موثرند؟
3877652#0
نفوذ پذیری () در مکانیک شاره‌ها و علوم زمین به میزان توانایی انتقال مایعات از محیط متخلخل میان حفره‌های رسوب‌ها یا سنگ‌ها اطلاق می‌شود. مقدار نفوذپذیری به اندازه حفره‌ها، غلظت مایع و نیروی کششی که با کاهش اندازه دانه‌ها کم می‌شود، بستگی دارد. در واقع عواملی که بر تخلخل اولیه موثرند، در میزان نفوذپذیری نیز مؤثر می‌باشند. نفوذ پذیری را معمولاً با واحد دارسی بیان می‌کنند. یک دارسی عبارتست از نفوذ پذیری که در آن یک مایع با غلظت یک سانتیمتر در ثانیه تحت فشار یک اتمسفر بر سانتیمتر عبور کند. نفوذپذیری اغلب سنگ‌ها به‌طور کلی کمتر از ۱ دارسی می‌باشد.
نفوذپذیری (علوم زمین)
1789886#15
تخلخل جریان نوعی از تخلخل می‌باشد که ناشی از جریان ضعیف مواد بوده و باعث ایجاد عیوب سطحی مانند سوراخ‌ها، حفره‌ها و عیوب داخل قطعه مانند تخلخل‌ها می‌شود. ترکیبی از علت‌های ایجاد عیوب سطحی و تخلخل‌های گازی را می‌توان دلیل بروز تخلخل جریان عنوان کرد. یکی از دلایل بروز تخلخل جریان ناشی از فشار کم در انتهای سیکل تزریق (قبل از اعمال فشار مضاعف) می‌باشد که باعث افت فشار مواد در انتهای سیکل یعنی دقیقاً در جایی که به آن احتیاج است می‌شود. باید به این مسئله توجه نمود که هنگامی که تخلخل ناشی از این عامل باشد، (جریان ضعیف) این تنها قسمتی از عیوب خواهد بود. یعنی هرچیزی که باعث تخلخل جریان شود، (مانند فشار کم تزریق) بدون شک باعث ایجاد عیوب دیگری نیز خواهد شد به عبارت دیگر، کیفیت پایین قسمت‌های درونی قطعات که ناشی از فشار کم می‌باشد و احتمالاً تعدادی از عیوب دیگر را در آنجا خواهیم داشت. همچنین تخلخل جریان می‌تواند ناشی از درجه حرارت کم مواد باشد. این بدان معناست که درجه حرارت مواد در گلویی تزریق بیش از حد کم می‌باشد؛ که معمولاً به دلیل نگهداری مواد در درجه حرارت پایین در کوره نگهدارنده است. همچنین این مسئله می‌تواند به علت سرد شدن مواد در ملاقه و سیلندر تزریق باشد. درجه حرارت پایین مواد مانع از پاشش و لحیم شدگی می‌شود. در چنین وضعیتی ممکن است ظاهر قطعه چندان بد به نظر نرسد و لذا از نظر اپراتور قابل قبول باشد، ولی تخلخل‌های درونی در قطعه مستتر بوده و در فرایندهای ثانویه این موضوع آشکار شود. در این میان باید در نظر داشت که تغییرات دمایی ثبت گردیده و اثرات آن دیده شود، چون در غیر اینصورت این عامل (تغییرات درجه حرارت) باعث تغییراتی در قطعه خواهد شد که اثرات خود را در فرایندهای بعدی و مکمل نشان می‌دهد. درجه حرارت بسیار پایین قالب با مواد دارای دمای پایین، فاصله جریان بلند و زمان پرشدن طولانی با هم ترکیب شده و خود را به عنوان عیوب جریان نشان می‌دهد. تمامی این موارد مکمل یکدیگر در ایجاد این عیب می‌باشند و بنابراین چنانچه هرکدام از آن‌ها به صورت مجزا مورد بررسی قرار گیرند تنها مقدار ناچیزی انحراف در آن‌ها دیده می‌شود که از نظر بازرس کنترل کیفیت مسئله چندان مهمی نخواهد بود؛ حال آنکه وضعیت کاملاً برعکس می‌باشد. تنظیم، کنترل و پایش هر کدام از این عوامل در محدوده طراحی شده بسیار مهم و مطلوب می‌باشد. یکی دیگر از عوامل بروز تخلخل جریان در قطعه، زمان پر شدن طولانی و بسیار آهسته می‌باشد. تشخیص این نوع تخلخل از تخلخل انقباضی، هنگامی که قطعه برش زده می‌شود بسیار مشکل است. نحوه تشخیص این نوع از تخلخل به روش‌های زیر میسر است: این ماشین‌ها دو نوع کلی دارند:
ریخته‌گری تحت فشار
3771486#5
با وجود بهره‌وری بالا، بزرگترین اشکال فرآیند ریخته‌گری فشار بالای معمولی (منیزیم یا آلومینیوم)، سطح تخلخل بالا به دلیل گازهای به دام افتاده ناشی از تزریق فلز مذاب با سرعت‌های بسیار بالا در طول ریخته‌گری است. مسئله تخلخل برای مقاطع جدار نازک (ضخامت بیش از ۲٫۵ میلی متر) که خواص مکانیکی عمدتاً توسط پوسته‌های ریخته‌گری ریزدانه و بدون منافذ ایجاد می شود، جدیت کمتری دارد. هنگامی که دیواره‌های ضخیم‌تری برای سختی یا دوام در کاربردهای سازه‌ای حیاتی مورد نیاز است، تأثیر تخلخل بر خواص مکانیکی (به‌ویژه شکل‌پذیری و استحکام خستگی) جدی‌تر است. فرآیندهای جایگزین زیر می توانند ریخته‌گری با تخلخل کمتر، اما اغلب با هزینه‌های بالاتر یا بهره‌وری کمتر تولید کنند. ریخته‌گری تحت خلأ، یک فرآیند ابتکاری است که در آن، فشار کاهش یافته در محفظه تزریق و حفره قالب، درست قبل از تزریق ایجاد می‌شود، هیچ هوای محبوس شده‌ای در ریخته‌گری باقی نمی‌گذارد و امکان ساخت قطعات ریخته‌گری دیواره نازک نسبتا بزرگ با خواص بهبودیافته قابل توجهی را فراهم می‌کند. قطعات ریخته‌گری تولید شده با این فرآیند، در حال حاضر برای مواردی که نیاز به تافنس فشار و خواص مکانیکی خوب از طریق عملیات حرارتی دارند، هدف قرار می‌گیرند. بنابراین ریخته‌گری تحت خلأ، قابلیت‌های تحت فشار معمولی را افزایش داده و در عین حال مزایای اقتصادی آن را حفظ می کند.
آلیاژهای منیزیم
4632994#2
در فرایند ریخته‌گری انجمادی، پودر سرامیکی یا فلزی بایستی به‌طور مناسب در محیط مایع (حلال) پراکنده شود. بدین منظور معمولاً از یک عامل مخلوط کننده و یک عامل پلاستیک ساز استفاده می‌شود. دمای دوغاب بایستی در محدودهای تنظیم شود که حلال به صورت مایع باشد (دمای اتاق در صورت استفاده از آب). سپس در محدوده ۴۰–۱۰ درصد وزنی از پودر جامد (بسته به مقدار تخلخل نهایی موردنظر) استفاده می‌شود. پایداری این محلول بایستی کاملاً کنترل شود تا از وقوع هرگونه جدایش در مرحله دوم جلوگیری به عمل آید. رخداد جدایش می‌تواند سبب ایجاد گرادیان‌های چگالی و تخلخل در محصول نهایی گردد. این امر به‌خصوص در مواردی که کسر حجمی پایینی از پودر جامد استفاده شود اهمیت می‌یابد. سرانجام، حضور یک عامل اتصال دهنده (چسب) به منظور ایجاد استحکام تر پس از تصعید حلال ضروری به نظر می‌رسد. اگرچه حلال شکل ساختار و میزان تخلخل را تعیین می‌کند، با این حال در مرحله تصعید حذف شده و لذا اجزاء تر قطعه در غیاب یک چسب آلی دچار فروپاشی می‌گردند.
ریخته‌گری انجمادی
5651983#7
تخلخل یا ناپیوستگی اجزاء به عنوان یکی از بزرگترین مشکلات در تولید کامپوزیت‌های ریختگی با کیفیت بالا شناخته شده‌است. تخلخل علاوه بر تأثیر در سطح نهایی، می‌تواند در خواص مکانیکی از جمله سختی، استحکام، مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی قطعات نیز تأثیر گذار باشد. در کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی تولید شده به وسیلهٔ ریخته‌گری، تخلخل می‌تواند در اثر عوامل زیر ایجاد شود
ریخته‌گری ترکیبی
4591977#17
تخلخل و مک گازی عیبی است عمومی که در اکثر فلزات ریخته‌گری نظیر فولاد، آلومینیم، مس، منیزیم و آلیاژهای آن‌ها مشاهده می‌شود. علت اصلی به وجود آمدن آن خروج گازهای محلول در مذاب و تشکیل ترکیبات گازی در اثر واکنش‌های موجود در مذاب می‌باشد. انواع گازها به خصوص هیدروژن در مذاب فلزات و آلیاژها حل می‌شوند که پس از بارریزی و پرشدن قالب، در زمان انجماد آلیاژ با کاهش درجه حرارت، حلالیت گاز در فلز جامد شدیداً کاهش یافته و از آن خارج می‌شود. چون امکان خروج تمام یا قسمتی از گازها وجود ندارد، حباب‌های تشکیل شده در داخل قطعه محبوس و در نتیجه مک گازی و تخلخل ایجاد می‌شود که برحسب نوع آلیاژ و شرایط سردشدن متفاوت، ممکن است به صورت ریز مک ظاهر شوند. مک‌های درشت نیز به سهولت بعد از تراشکاری مشاهده می‌شوند. اگر تمام شرایط مساوی و مشابه باشند، افزایش درجه حرارت بارریزی در ایجاد مک‌های گازی بسیار مؤثر است.
عیوب ریخته‌گری
3930336#35
عوامل متعددی در ساقط شدن محصول نهایی قالب‌گیری انتقالی دخیل هستند. یکی از آن‌ها عدم توزیع فشار یکنواخت در ماده‌ای است که به داخل قالب فشرده می‌شود. در نتیجه مواد بر روی هم تا می‌خورند و زائده ایجاد می‌کنند. یکی دیگر از عوامل، باقی مانده رزین از قبل است که زائده ایجاد می‌کند. ممکن است این اتفاق آشکار به نظر برسد، اما این عامل اصلی است. راه حل‌هایی برای کمتر کردن این عیوب وجود دارد از جمله؛ افزایش فشار رزین، توزیع یکنواخت الیاف و افزایش کیفیت رزین با بدون گاز کردن آن.
قالب‌گیری انتقالی
5651983#8
همچنین اندرکنش بین آلیاژ مذاب و گازهای محیطی ناشی از عملیات هم زدن می‌تواند موجب انحلال گازها گردد. در صورتی که ویسکوزیته آلیاژ مذاب یا نیمه جامد به خاطر حضور ذرات با دمای ریخته‌گری پایین بیشتر شود، امکان خروج حباب‌های هوا کمتر شده و در نتیجه تخلخل بیشتر می‌شود. این مسئله با عملیات ریخته‌گری مناسب، سرعت بهینه هم زدن و کنترل کامل فرایند قابل حل می‌باشد. به‌طور کلی سرعت هم زدن باید به گونه ای باشد که ترشوندگی و توزیع مناسب ذرات تقویت کننده در زمینه حاصل گردد در حالیکه تخلخل از حد مطلوب بیشتر نباشد. یکی از مشکلات تخلخل‌های گازی جوانه زنی هتروژن حباب‌ها بر سطح ذرات تقویت کننده در طی انجماد بوده که به شناور شدن ذرات کمک می‌کنند. مطالعات پژوهش گران نشان گر افزایش هر دو نوع تخلخل انقباضی و گازی با افزایش درصد وزنی ذرات تقویت کننده است. وقتی درصد وزنی ذرات در دوغاب افزایش می‌یابد، ویسکوزیته دوغاب افزایش یافته و بنابراین نرخ بیرون راندن گازهای محبوس شده از داخل دوغاب در حال انجماد کاهش می‌یابد. گاز موجود در سطح ذرات نیز عامل دیگری در ایجاد تخلخل می‌باشد. بدیهی است که هر چه درصد وزنی ذرات تقویت کننده افزایش پیدا کند، گاز وارد شده به دوغاب از این طریق افزایش می‌یابد. همچنین حضور ذراتی که دیرتر از مذاب اطراف خود سرد می‌شود، موجب می‌شود که نواحی دور از ذرات تقویت کننده جهت تغذیه از مذاب اطراف ذرات استفاده کنند، که منجر به مشاهدهٔ تخلخل‌های انقباضی در اطراف ذرات تقویتی می‌گردد. چندین روش برای کاهش تخلخل در کامپوزیت‌های زمینه فلزی تولید شده به روش ریخته‌گری پیشنهاد شده‌است که به شرح ذیل می‌باشد:
ریخته‌گری ترکیبی
58098#59
در این روش پلیمر در یک حلال آلی به‌طور کامل حل می‌شود و سپس این محلول درون آب ریخته شده و به هم زده می‌شود تا امولسیونی پایدار تشکیل شود. پس از آن امولسیون به سرعت تا دماهای پایین سرد می‌شود، در همان دما حلال و آب جدا شده و تخلخل ایجاد می‌گردد. عدم ارتباط حفره‌ها با یکدیگر، حداکثر درصد تخلخل ۹۰٪ و اندازه تخلخل‌های ۲۰ تا ۲۰۰ میکرون از ویژگی‌های این روش است. معمولاً این روش در ساخت کامپوزیت‌ها کاربرد دارد.این روش برای تولید فوم نیز کاربرد دارد، به صورتی که تخلخل‌ها به وسیله یک عامل ایجادکننده حفره تولید می‌شوند. در یک دما و فشار خاص عامل ایجاد تخلخل تبدیل به گاز می‌شود و درون پلیمر تولید تخلخل می‌کند. در این روش می‌توان به درصد تخلخل ۹۳ رسید ولی حفره‌ها تا ۳۰ درصد با هم ارتباط دارند، در ضمن سطح نمونه‌ها بدون تخلخل است. اندازه تخلخل‌ها حداکثر ۱۰ میکرون است. برای رفع اشکال ارتباط حفره‌ها می‌توان این روش را با روش ذره شویی ادغام کرد.
مهندسی بافت
5904987#8
در حالی که GDRX اساساً تحت تأثیر اندازه دانه اولیه و کرنش است (وابسته به هندسه)، عوامل دیگری که در طول فرایند کار گرمی رخ می‌دهند، توسعه مدل‌سازی پیش‌بینی شده را پیچیده می‌کنند (که تمایل دارند فرایند را بیش از حد ساده کنند) و می‌توانند منجر به تبلور مجدد ناقص شوند. پس از رسیدن به تنش آستانه، تشکیل دانه‌های هم محور بلافاصله و به‌طور یکنواخت در طول کل دانه رخ نمی‌دهد، زیرا مناطق جداگانه در معرض کرنش ها/تنش‌های مختلف قرار می‌گیرند. در عمل، یک لبه به‌طور کلی سینوسی (همان‌طور که توسط Martorano و همکاران پیش‌بینی شده‌است) زمانی که دانه‌ها شروع به ریزش می‌کنند به تدریج شکل می‌گیرند و هر کدام به آستانه می‌رسند. مدل‌های پیچیده‌تر هندسه از جمله دانه‌های اولیه پیچیده، فشارهای محلی در امتداد مرزهای دانه، و دمای کار گرم در نظر گرفته می‌شوند، اما مدل‌ها قادر به پیش‌بینی دقیق در کل رژیم تنش و تکامل ریزساختار کلی نیستند. علاوه بر این، مرزهای دانه ممکن است در حین GDRX در دماهای بالا و انحنای GB مهاجرت کنند، در امتداد مرزهای زیردانه کشیده شوند و منجر به رشد ناخواسته دانه اصلی شوند. این دانه جدید و بزرگتر به تغییر شکل بسیار بیشتری برای GDRX نیاز دارد و ناحیه محلی به جای تقویت شدن ضعیف تر خواهد شد. در نهایت، تبلور مجدد را می‌توان با جابجایی و کشیده شدن دانه‌ها تسریع کرد و باعث می‌شود که مرزهای زیردانه به مرز دانه تبدیل شوند (زاویه افزایش می‌یابد). دانه‌های تحت تأثیر نازک‌تر و طولانی‌تر هستند و بنابراین راحت‌تر تغییر شکل می‌دهند.
تبلور مجدد پویا