7110

بررسي خواص مكانيكي و منحني حدشكل دهي كامپوزيت ساخته شده و بهبوديافته به روش نورد پيوندي

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1399

رامين هاشمي

1399/11/13

مهندسي مكانيك

Investigation of Mechanical Properties and Forming Limit Diagram for Composite Produced and Improved by Roll Bonding

كامپوزيت هاي چندلايه شاخه اي از مواد كامپوزيت مي باشند، كه خواص و ويژگي هاي منحصربه فرد دو يا چند ماده را با هم تركيب مي كنند. همين ويژگي اين قابليت را به آن ها داده است، تا در صنايع مختلف همچون هوافضا، نفت و پتروشيمي به كار گرفته شوند. جنس ماتريس و تقويت كننده كامپوزيت چندلايه ساخته شده در اين تحقيق, هر دو از فلز مي باشد. يكي از روش هاي ارائه شده‌ براي ساخت اين گونه كامپوزيت ها، روش نورد پيوندي است. در پايان نامه حاضر، از اين روش براي ساخت كامپوزيت سه لايه استفاده شد. سپس با استفاده از روش نورد تجمعي كه زير شاخه اي از نورد پيوندي مي باشد، سعي شد تا با اعمال تغيير شكل شديد پلاستيك، خواص مكانيكي و شكل دهي كامپوزيت ساخته شده بهبود داده شود. لذا نورد تجمعي تا پاس سوم براي ماده مورد مطالعه در دماي محيط و بدون استفاده از روانكار انجام شد. پس از ساخت نمونه هاي توليدي ريزساختار، خواص مكانيكي، شكل پذيري و سطح مقطع شكست ورق ها مورد مطالعه قرار گرفت. براي سنجش شكل پذيري ورق از معيار منحني حدشكل دهي استفاده شد كه اين منحني ها با استفاده از آزمون ناكازيما به دست آمد. ريزساختار كامپوزيت در پاس هاي گوناگون با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد. مشاهده شد كه پس از پاس اول كامپوزيت سه لايه با اتصال عالي به دست آمده و در دو پاس بعدي، با شكستن تكه هاي عدسي شكل تيتانيوم توسط باندهاي برشي در آلومينيوم، يك كامپوزيت همگن به دست آمد. همچنين اسكن خطي EDX براي سطح تماس آلومينيوم و تيتانيوم در پاس سوم انجام شد و پديده اي همانند آلياژسازي مكانيكي به نام نفوذ دروني بر اثر تغييرشكل مشاهده شد. علاوه بر آن، فاز هاي موجود در كامپوزيت سوم توسط پراش پرتوايكس مورد تحقيق قرار گرفت و هيچگونه تركيب بين فلزي مشاهده نشد. با توجه به نتايج آزمون كشش، استحكام نهايي كامپوزيت با رشدي معادل 98% نسبت به آلومينيم آنيل شده، به 176.88 مگاپاسكال رسيد. هر چند در پاس سوم به 138.25مگاپاسكال تقليل پيدا كرد. ميزان ازدياد طول با افتي شديد نسبت به آلومينيوم آنيل شده از 33.7% به 4.22% در پاس اول كاهش پيدا كرد و براي دو پاس بعد اين مقدار با تغييري بسيار اندك حفظ شد و به 2.86% رسيد. مقدار ميكروسختي كامپوزيت نيز با رشدي قابل ملاحظه در پاس اول همراه شد و براي آلومينيوم و تيتانيوم، به ترتيب از 25 و 145 ويكرز به 52.64 و 205.26 ويكرز افزايش پيدا كرد. براي دو پاس آخر، مقادير ميكروسختي به سمت يك مقدار ثابت متمايل شد. در مجموع، ميكروسختي در تمام فرآيند نورد تجمعي با رشدي معادل 148% و 47% براي آلومينيوم و تيتانيوم مواجه شد. منحني هاي حدشكل دهي بدست آمده به عنوان معياري براي شكل پذيري نشان داد كه با افزايش سيكل¬هاي نوردتجمعي سطح منحني ها به طور پيوسته كاهش مي يابد. اين كاهش در پاس اول شديد و در دو پاس بعدي اندك مي باشد. براي مقايسه، پايين ترين نقطه منحني حدشكل¬دهي (FLD0) از 22.1% براي آلومينيوم آنيل شده به 6.8% براي كامپوزيت پاس اول كاهش يافت. در دوپاس آخر اين كاهش فقط 2.8% ثبت شد و به 4% براي پاس سوم رسيد. با بررسي سطح مقطع شكست لايه هاي آلومينيوم و تيتانيوم پس از تست كشش توسط ميكروسكوپ اكتروني روبشي، مشاهده شد كه مكانيزم شكست آلومينيوم از شكست نرم براي پاس اول، به شكست برشي نرم براي پاس سوم تغيير يافت. مكانيزم شكست تيتانيوم نيز تماما به صورت شكست ترد بود.

نورد پيوندي , نورد تجمعي , كامپوزيت چندلايه , خواص مكانيكي , منحني حدشكل دهي , ريزساختار