27688

تاثير فرآيند هم زني اصطكاكي بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ Zn-1.5 Mg

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1398

1401/07/30

عليرضا ايواني، محمدرضا ابوطالبي

مهندسي مواد و متالورژي

روي چهارمين فلز صنعتي جهان و فلزي زيست سازگار با خواص مكانيكي ضعيف است. اين فلز بر خلاف خواص خوب زيست سازگاري و مقاومت به خوردگي خوب جهت استفاده در مصارف پزشكي و صنعتي نيازمند تقويت خواص مكانيكي است. از جمله روش هاي موثر بر تغيير و بهبود خواص مكانيكي، فرايند آلياژ سازي است. يكي از اين عناصر كه ميتواند در عين بهبود خواص خوردگي و خواص مكانيكي مانند استحكام تسليم، خواص زيست سازگاري اين عنصر را حفظ كند، منيزيم است. علاوه بر روش آلياژ سازي، از آنجا كه فرايند هاي ترمومكانيكي بر خواص فيزيكي و خواص مكانيكي تاثير قابل ملاحظه اي دارد، فرايند هم زني اصطكاكي با توجه به انرژي مصرفي كم و عدم ايجاد آلودگي براي بهبود خواص مكانيكي به شمار ميرود. هدف از اين پژوهش بهبود خواص مكانيكي اين آلياژ طي انجام فرايند هم زني اصطكاكي است از اين رو ابتدا فرايند آلياژ سازي با افزودن عنصر منيزيم به روي خالص انجام شد. آلياژ Zn-1.5 Mg پس از ريختگي تحت فرايند همگن سازي در دماي 350 درجه سانتيگراد به مدت 10 ساعت و تحت حفاظت گاز SF6 قرار گرفت. پس از همگن سازي فرايند هم زني اصطكاكي با سرعت حركت دوراني و سرعت حركت خطي به ترتيب برابر با rmp 435 و mm/min 40 صورت گرفت. سرعت دوراني و سرعت پيشروي ثابت و متغير تعداد مراحل هم زني در نظر گرفته شد. نتايج نشان داد فرايند همزني اصطكاكي چند پاس از طريق فرايند تبلور مجدد ديناميكي موجب كاهش اندازه ذرات فاز ثانويه و اندازه دانه هاي اوليه شد. افزايش تعداد مراحل موجب ريزدانه تر شدن ساختار شد به طوريكه نمونه 6 پاس بيشترين كاهش اندازه دانه از 31/11 به 19/3 ميكرومترو اندازه ذرات فاز ثانويه از 12/8 به 01/2 ميكرومتر را نسبت به نمونه ريختگي همگن شده ايجاد كرد. بيشترين مقادير سختي به دست آمده براي نمونه هاي 4 و 6 پاس در منطقه هم زده شده حاصل شد كه به ترتيب 158 و 165 ويكرز اندازه گيري شد. با كاهش اندازه دانه طي فرايند هم زني اصطكاكي ميزان استحكام نهايي تمام نمونه ها افزايش يافت. بيشترين ميزان استحكام كششي MPa 285 با مقدار ازدياد طول 7/9 % با افزايش 54 درصدي نسبت به فلز پايه مربوط به نمونه 6 پاس بدست آمد. سطح شكست نمونه همگن و نمونه هاي تحت فرايند هم زني اصطكاكي شان داد شكست ترد رخ داده است كه علت آن ساختار hcp فلز روي است.

1401/09/29

The Effect of Friction Stir Processing on Microstructure and Mechanical Properties of Zn-1.5Mg Alloy

10/22/2023 12:00:00 AM

Zinc is the fourth industrial metal in the world and a biodegradable metal with poor mechanical properties. Contrary to the good properties of biocompatibility and good corrosion resistance, this metal needs to maintain mechanical properties for use in medical and industrial applications. Among the successful methods of changing and improving mechanical properties is the alloying process. One of these elements that can maintain the biocompatibility properties of this element while improving corrosion properties and properties such as yield strength, is magnesium. In addition to the alloying method, since thermomechanical processes have a significant effect on physical properties and mechanical properties, the multi-pass friction process is considered to improve mechanical properties due to the energy consumption and lack of creation. The purpose of this research is to improve the mechanical properties of this alloy during the friction stirring process from this primary method of alloying process by adding magnesium element to pure zinc. After casting, the Zn-1.5 Mg alloy was subjected to the homogenization process at 350 °C for 10 hours under the protection of SF6 gas. After homogenization, the friction stir process was carried out with a rotational speed and a linear speed of 435 rmp and 40 mm/min, respectively. The rotational speed and the constant advance speed and the number of stirring steps is considered. The results showed that the multi-pass friction stirring process through the dynamic recrystallization process reduced the secondary phase particles and the size of the primary grains. Increasing the number of passes makes the structure more granular, so that the large 6 pass sample reduced the size (75.2%) and secondary phase particle size (71.86%) compared to the homogenized casting sample. The hardness obtained for the 4 and 6 passes samples in the disturbed region is measured as 158 and 165 Hv, respectively. The final strength of all samples increased by reducing the number of grains in the multi-pass friction process. The maximum tensile strength of 285 MPa was obtained with an elongation of 9.7% with an increase of 54% compared to the base metal corresponding to the 6-pass sample. The fracture of the homogeneous sample indicates a brittle fracture, and the samples subjected to the friction stirring process also showed a fracture with less brittleness, which is due to the hcp structure of the zinc metal.

آلياژ Zn-1.5 Mg , فرايند هم زني اصطكاكي چند پاس , همگن سازي , ريزساختار و خواص مكانيكي

Zn-1.5Mg alloy , multi-pass friction stirring process , homogenization , microstructure and mechanical properties

Ensie sadat Ashoori savadkoohi

Alireza Eivani, Mohmmadreza Aboutalebi