12614

12614

بررسي تاثير فرايند تغيير شكل شديد ECAP بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ آلومينيم 2024

دكتري

مواد

بهمن 1392

بهمن 1392

دكتر سيد محمد علي بوترابي

دكتر حسين عربي

چكيده در اين تحقيق، تغيير شكل شديد آلياژ 2024 آلومينيم با استفاده از روش فشردن در كانال¬هاي زاويه¬دار هم مقطع(ECAP) در نرم افزار ABAQUS، شبيه¬سازي گرديده و وابستگي تغييرات كرنش و تناژ فرايند (در قالبي با زاويه o90 بين دو كانال)، به تغييرات ضريب اصطكاك و زاويه گوشه خارجي قالب بررسي شد. پس از طراحي و ساخت قالب، آلياژ 2024 آلومينيم در دماي اتاق تحت تغيير شكل شديد قرار گرفت. در اين خصوص نحوه سيلان ماده در حين ECAP با استفاده از نمونه¬هاي مش خورده بررسي شد و تاثير عمليات¬هاي حرارتي¬ آنيل جزئي و انحلالي قبل از ECAP سرد و همچنين عمليات پيرسازي پس از تغيير شكل، بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ ارزيابي گرديد. همچنين در نمونه¬هاي آنيل انحلالي، رفتار حرارتي و الگوهاي تفرق اشعه ايكس، قبل و بعد از ECAP سرد بررسي شد و مدل استحكامي ماده تعيين گرديد. نتايج شبيه¬سازي نشان داد كه مهمترين عامل مؤثر بر يكنواختي كرنش، زاويه گوشه خارجي در محل تقاطع دو كانال بوده در حاليكه عامل اصلي در افزايش تناژ فرايند و كاهش ناحيه مرده در گوشه خارجي قالب، ضريب اصطكاك است. بررسي نحوه سيلان نمونه¬هاي مش خورده در محل تقاطع دو كانال¬ نشان داد كه المان¬ها به ميزان o5/26 نسبت به محور افقي چرخش داشته و همزمان در اثر فرايند لغزشِ ناشي از تغيير شكلِ برشي به ميزان دو برابر، افزايش طول مي¬دهند. نمونه¬هاي با آنيل جزئي تا چهار پاس قابليت تغيير شكل داشته ولي نمونه با آنيل انحلالي بيش از يك پاس قابليت تغيير شكل از خود نشان نداد. استحكام تسليم و درصد افزايش¬طول نمونه آنيل انحلالي پس از يك پاس ECAP در دماي اتاق به مراتب بهتر از موارد مشابه در نمونه آنيل جزئي پس از چهار پاس ECAP در دماي اتاق بود. نتايج بدست آمده نشان داد كه تنش تسليم آلياژ 2024 از MPa180 در حالت آنيل انحلالي به MPa575 پس از يك پاسECAP افزايش مي¬يابد در حاليكه تنش تسليم ماده، از MPa170 در حالت آنيل جزئي به MPa450 پس از چهار پاس ECAP در دماي اتاق افزايش يافت. ارزيابي نتايج پيرسازي نمونه آنيل انحلالي شده نشان مي¬دهد كه پيرسازي مصنوعي پس از ECAP سرد خواص مكانيكي آلياز را حداكثر 5 درصد بهبود مي¬دهد. اين موضوع بيانگر بكارگيري حداكثر ظرفيت پيرسازي آلياژ 2024 در حين ECAP در دماي اتاق است و لذا نيازي به پيرسازي مصنوعي پس ازECAP نمي¬باشد. در ريزساختار نمونه¬هاي آنيل انحلالي پس از يك پاسECAP سرد تعداد زيادي باندهاي برشي كوتاه در مقطع طولي نمونه¬ها مشاهده گرديد. اين باندها سبب خردايش ناهمگون دانه¬ها در مقطع عرضي مي¬شوند. در حاليكه ريزساختار نمونه¬هاي¬ آنيل جزئي پس از ECAP سرد فاقد باندهاي برشي كوتاه بوده؛ در نتيجه از شكل¬پذيري بيشتري برخودار بودند. در ارزيابي الگوهاي تفرق اشعه ايكس از نمونه آنيل انحلالي، ضريب تباين نابجايي¬ها محاسبه شد و بر اساس روش¬هاي اصلاح شده ويلسامسون-هال و وارن-آورباخ در تحليل الگوهاي تفرق نشان داده شد كه ميانگين اندازه دانه¬هاي فرعي يا قطر سلول¬هاي نابجايي از m83/0 در نمونه آنيل انحلالي به nm210 پس از يك پاس ECAP كاهش يافته و چگالي نابجايي¬ها از m-2101228/4 به m-2101441/2 افزايش مي¬يابد. همچنين درصد نابجايي¬هاي لبه¬اي از %43 در نمونه آنيل انحلالي به %74 پس از يك پاس ECAP سرد افزايش مي¬يابد. بررسي رفتار حرارتي نشان داد كه آنتالپي و دامنه دمايي تحولات پيرسازي در نمونه آنيل انحلالي پس ازECAP سرد بعلت افزايش قابل¬توجه چگالي نابجايي¬ها وتقويت پديده نفوذ، كاهش¬ مي¬يابد. براساس مدل بدست آمده براي افزايش استحكام نمونه آنيل انحلالي پس از يك پاس ECAP، مشخص گرديد كه بترتيب، افزايش چگالي نابجايي¬ها، پيركرنشي ديناميكي، پيرسازي مصنوعي، استحكام دهي محلول جامد و كاهش اندازه دانه در استحكام¬دهي نمونه ECAP شده نقش دارند. واژه¬هاي كليدي: ECAPسرد، آلياژ آلومينيم2024، شبيه¬سازي، پيركرنشي، باندهاي برشي، ضريب تباين نابجايي، مدل استحكام¬دهي.