22417

بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ آلومينيوم 6061 فوق ريزدانه توليد شده توسط فرآيند نورد تجمعي پيوندي

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

1398/8/12

دكتر حميدرضا جعفريان

دكتر عليرضا ايواني

مواد و متالورژي

فرآيند نورد تجمعي پيوندي (ARB) يكي از روش‌هاي تغييرشكل پلاستيك شديد است كه براي دست‌يابي به مواد فلزي با اندازه دانه‌هاي بسيار ريز (UFG) و با استحكام بالا استفاده مي‌شود. در اين پژوهش، ابتدا فرآيند نورد تجمعي پيوندي روي آلياژ آلومينيم 6061 تا 6 سيكل در دماي اتاق و در شرايط بدون روان‌كار انجام شد. همچنين با انجام عمليات آنيل جزئي در دماي 150 و 175 درجه سانتي‌گراد به مدت 1 و 5 ساعت در كوره آون و در حضور اتمسفر هوا، اثر عمليات آنيل جزئي بر ريزساختار، خواص مكانيكي و سطح شكست نمونه‌ها مطالعه گرديد. كيفيت جوش سرد نوردي ايجاد شده در فرآيند نورد تجمعي پيوندي توسط ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و همچنين آزمون پيلينگ مورد ارزيابي قرار گرفت. پارامترهاي ريزساختاري نظير اندازه كريستاليت، ميكروكرنش و چگالي نابجايي‌ها در ورق‌هاي نورد تجمعي شده با به كارگيري روش ريت‌ولد تخمين زده شد. به منظور ارزيابي خواص مكانيكي، از آزمون‌هاي كشش تك‌محوري و سختي‌سنجي استفاده شد. پس از انجام آزمون كشش، سطح شكست نمونه‌ها با ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاكي از ايجاد جوش نوردي مناسب بين لايه‌هاي مختلف به جز لايه‌هاي ايجاد شده در سيكل آخر بود. همچنين اندازه كريستاليت‌ها نشان از ريزدانه شدن نمونه‌ها با افزايش سيكل‌هاي نورد تجمعي پيوندي داشت. نتايج حاصل از از آزمون‌هاي مكانيكي نشان دادند كه پس از 6 سيكل، استحكام كششي و سختي به ترتيب 8/2 و 2 برابر نمونه اوليه (آنيل شده) رسيد، در حالي كه ازدياد طول افت شديدي در سيكل اول داشت و پس از آن با ادامه فرآيند، به آرامي افزايش پيدا كرد و در سيكل 6 به حدود 9/8 درصد رسيد. سطح مقطع شكست ميكروسكوپي نمونه‌ي اوليه شامل ديمپل‌هاي عميق و هم‌محور بود كه نشان‌دهنده‌ي شكست نرم است. با افزايش تعداد سيكل‌ها، قطر و عمق ديمپل‌ها كم‌تر شد و شكست نرم جاي خود را به شكست نرم برشي داد. پس از آنيل جزئي استحكام در سيكل اول 24% افزايش و در سيكل ششم 10% كاهش يافت. محاسبه چقرمگي نشان داد كه عمليات حرارتي بهينه براي رسيدن به تلفيق مناسبي از استحكام و انعطاف‌پذيري مربوط به حالت 150 درجه سانتي‌گراد و به مدت 1 ساعت است.

1399/07/14

Investigation of microstructure and mechanical properties of the ultra-fine grained AL 6061 alloy fabricated by accumulative roll bonding

11/2/2020 12:00:00 AM

Accumulative roll bonding (ARB) is a severe plastic deformation process to produce high strength metallic sheets with ultra-fine grains (UFG). In this study, ARB process was carried out on 6061 aluminum alloy sheets up to 6 cycles at room temperature without lubrication. Also, the effect of partial annealing on the microstructure, mechanical properties and fracture surface of the specimens was studied by performing partial annealing at 150 ℃ and 175 ℃ for 1 and 5 hours in the oven and the presence of atmospheric air. The quality of roll bonding produced in ARB was investigated using scanning electron microscopy (SEM) and peeling test. By using Rietveld method, microstructural parameters such as microstrain, dislocation density and crystalline size were quantitively analyzed. Tensile test and Vickers microhardness were measured on produced sheets. SEM fractography was also performed in order to clarify the failure mechanism. The SEM observations and peeling test results revealed that the bonding strength of the ARBed sheets was acceptable except those bonds formed in the last cycles. The crystalline size also indicated that the specimens were ultra-fine grained with increasing ARB cycles. The tensile and hardness of the 6 cycles ARB processed 6061 aluminum alloy sheet increased about 2.8 and 2 times of the initial values, respectively. Whereas the elongation dropped abruptly at the first cycle and then slightly increased to around 8.9 % at the 6th cycle. The microscopic fracture surface of the prototype consisted of deep and equiaxed dimples which indicated the ductile fracture. It should be noted that with increasing the number of ARB passes, the diameter and depth of the dimples decreased and the shear ductile fracture replaced the ductile fracture. After partial annealing, the tensile strength increased 24% in the first cycle and decreased by 10% in the 6th cycle. The toughness calculation showed that the optimum heat treatment to achieve the proper combination of strength and flexibility was 150 ℃ for hour.