18108

18108

پيش بيني كارپذيري آلياژ آلومينيوم 6063 در فرآيند ECAP با استفاده از روش اجزاء محدود

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

فروردين 1395

دكتر سيد محمدتقي صالحي - دكتر عليرضا ايواني

دكتر حميدرضا جعفريان

مواد و متالورژي

فرآيند تغيير شكل پلاستيكي شديد يكي از روش¬هاي توليد مواد نانو ساختار است كه در دو دهه اخير بسيار موردتوجه قرارگرفته¬است. اين فرآيند كه با توجه به شكل محصول آن دسته¬بندي مي¬شود، در اثر اعمال كرنش¬هاي زياد به ماده، باعث تغييرات ريزساختاري در آن شده و ساختار ماده را تا حد نانومتري تغيير مي¬دهد. ازجمله معروف‌ترين اين روش¬ها مي¬توان به اكستروژن در كانال¬هاي زاويه‌دار هم مقطع ((ECAP اشاره كرد. در اين فرآيند بعد از چند پاس، به خاطر اعمال كرنش¬هاي زياد، قطعه دچار ترك¬هاي سطحي مي¬گردد و ادامه فرآيند امكان¬پذير نيست بنابراين كارپذيري ماده در فرآيند ECAP پارامتر بسيار مهم و تاثيرگذاري مي¬باشد و تعيين¬كننده امكان انجام تعداد پاس¬هاي فرآيند است. در اين پايان¬نامه، اثر طراحي¬هاي جمع شونده و بازشونده در كانال¬ خروجي قالب بر روي كارپذيري آلياژ آلومينيوم 6063 در فرآيند ECAP بررسي شده¬است. از شبيه¬سازي المان محدود براي پيش¬بيني تغييرات ماكزيمم تنش اصلي σ1 مرتبط با ايجاد ترك¬هاي سطحي استفاده¬شده است. نواحي بحراني براي رخداد شكست، سطح بالايي نمونه است كه در آن تنش σ1 كششي است. مشاهده¬شد هنگامي¬كه كانال¬ خروجي موازي يا باز شونده استفاده مي¬شوند، تنش¬هاي سطحي، كششي هستند. در حالي كه در قالب با كانال خروجي جمع¬شونده تنش¬هاي فشاري دخيل هستند. مقدار بهينه زاويه جمع¬شوندگي براي تضمين مقدار σ1 فشاري و اجتناب از افزايش قابل توجه در ناهمگني كرنش، برابر 2/0 درجه بدست آمد. براي اعتبارسنجي پيش¬بيني¬هاي روش المان محدود، دو طراحي مختلف براي كانال خروجي قالب ECAP در نظر گرفته¬شده¬است كه شامل حالات بازشونده و جمع¬شونده با زاويه 2/0درجه مي¬باشند. در قالب با كانال خروجي بازشونده، امكان تغييرشكل نمونه براي 6 پاس بدون ترك¬هاي سطحي وجود داشت اما با استفاده از قالب با كانال خروجي جمع شونده، اين امكان تا 14 پاس بدون اثري از ترك¬هاي سطحي ارتقايافت. افزايش تعداد پاس تغييرشكل به آلياژ كمك كرد تا پس از يك حد اشباع از سختي و استحكام در پاس چهارم، مجدداٌ افزايش استحكام يابد. با استفاده از تصاوير EBSD مشاهده¬شد كه با افزايش قابل توجه تعداد پاس¬هاي تغييرشكل ساختار فوق ريزدانه با اندازه دانه كمتر از 100 نانومتر بدست آمده¬است.

1396/06/08

8/30/2017 12:00:00 AM

Severe plastic deformation is a method to achieve ultra fine grain (UFG) structures in metals and alloys. Among the various methods of plastic deformation, equal channels angular pressing (ECAP) has greater efficiency and therefore, the most commonly used method. Achieving further grain refinement during ECAP requires increased workability which has been done with using partial annealing and application of back pressure. In this investigation, the effect of choked and relieved configurations of die exit channel on the workability of AA6063 alloy during equal channel angular pressing (ECAP) is investigated. Finite element simulation is used to predict variation in maximum principal stress (1) to be consequently correlated to the occurrence of surface cracking. It was found that the critical regions for fracture are at the top surface of the sample at which tensile 1 exists. Tensile stresses are involved when dies with parallel or relieved exit channels are used while the stresses are compressive in case of die with choked exit channel. Choke angle of 0.2  is found as the optimum value guaranteeing compressive 1 in addition to avoiding significant increase in strain inhomogeneity and pressing pressure. In order to verify the FEM predictions, two different configurations are considered for the exit channel of the ECAP die, i.e., relieved and choked, with angles of 0.2 . In the die with relieved exit channel, the sample was extruded for 6 passes with no surface cracks. By using the die with choked exit channel, it was possible to deform the sample for up to 14 passes with no sign of surface cracking. Increasing the number of passes has helped the alloy to re-strengthen after it acquires a saturated level of hardness and tensile strength in 4 passes. By significant increase in the number of passes due to utilization of the die with choked exit channel, a second mechanism of grain refinement, i.e., progressive lattice rotation, has been activated leading to extremely fine grains within the size range of less than 100 nm.