16152

16152

بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت فوق‌ريزدانه زمينه آلومينيمي تقويت شده با ذرات Al65Cu20Ti15 توليد شده به روش تركيبي متالورژي پودر و ECAP

دكتري

مهندسي مواد

آبان 1395

آبان 1395

دكتر سعيد شبستري - دكتر سيد حسين رضوي

مواد و متالورژي

چكيده در اين پژوهش از فرايند پرس در قالب زاويه¬دار (ECAP) براي ساخت كامپوزيت حجيم زمينه آلومينيمي با تقويت‌كننده‌ ذرات آمورفAl65Cu20Ti15 استفاده شد. اين پژوهش در دو فاز كلي صورت پذيرفت. در فاز اول تأثير مقدار ذرات تقويت‌كننده و دماي متراكم¬سازي در فرايند چگالش و همچنين، تغييرات ريزساختاري و خواص مكانيكي نمونه¬هاي متراكم¬سازي شده با فرايند ECAP بررسي شد. به همين منظور، كامپوزيت حاوي درصدهاي وزني 7، 13 و 20 از تقويت‌كننده و همچنين، آلومينيم خالص در دماهاي مختلف متراكم‌سازي گرديدند. پس از تعيين شرايط بهينه براي متراكم‌سازي، فاز دوم پژوهش كه افزايش تعداد پاس ECAP بود در دستور كار قرار گرفت. در اين فاز نيز ريزساختار، رفتار چگالش و خواص مكانيكي نمونه‌ها پس از پاس‌هاي مختلف بررسي شد. نتايج مطالعات فاز اول نشان دهنده حفظ ساختار آمورف ذرات تقويت‌كننده پس از متراكمسازي تا دماي ºC 250 بود ولي افزايش دما بهºC 300 باعث تشكيل فازهاي كريستالي Al4Cu9، Al3Ti و Al5CuTi2 در فاز آمورف گرديد. افزايش دماي متراكمسازي تغيير معناداري در اندازه دانه زمينه ايجاد نكرد درحاليكه افزودن مقادير بيشتر تقويت‌كننده سبب كاهش اندازه دانه شد. نفوذ متقابل و محدود عناصر در فصل مشترك ذرات/زمينه باعث تشكيل يك ناحيه انتقال از ساختار منظم زمينه به ساختار نامنظم تقويت كننده گرديد. حالت بهينه استحكام و انعطاف¬پذيري براي كامپوزيت Al/13Am متراكم‌سازي شده در دماي ºC 250 رخ داد. اين كامپوزيت به ترتيب مقادير استحكام تسليم و انعطاف¬پذيري MPa 184 و 48/0 را حاصل نمود. اعمال پاس‌هاي بالاتر ECAP (فاز دوم) روي اين كامپوزيت و آلومينيم خالص انجام پذيرفت. ساختار آمورف تقويت كننده در پاس‌هاي بالاتر نيز دستخوش تغيير نشد. بر اساس مشاهدات ميكروسكوپ الكتروني عبوري اندازه دانه براي آلومينيم خالص و كامپوزيت پس از پاس چهارم به ترتيب به 57/0 و µm 49/0 رسيد. همچنين، مقدار مرزهاي زاويه زياد در نقشه‌هاي EBSD در هر دو نمونه به مرور با افزايش تعداد پاس افزايش يافت. بر اساس نتايج حاصل شده مكانيزم ريزشدن دانه‌ها حين ECAP مورد بررسي قرار گرفت. استحكام تسليم و انعطاف‌پذيري كامپوزيت با افزايش تعداد پاس بهبود يافت و در نهايت پس از پاس چهارم به ترتيب اعداد MPa 242 و 52/0 حاصل شد. همچنين، مكانيزم استحكام‌دهي ناشي از مرزهاي زاويه كوچك با سهم حدود 50 درصدي بيشترين تأثير را در افزايش استحكام كامپوزيت داشت. كلمات كليدي: فرايند ECAP، كامپوزيت حجيم فوق ريزدانه، ذرات تقويت كننده آمورف Al65Cu20Ti15، فصل مشترك ذرات آمورف و زمينه، مكانيزم‌هاي استحكام‌دهي

1395/09/29

Abstract: In this research, the equal channel angular pressing (ECAP) process was used to produce ultra fine grained (UFG) Al matrix composite reinforced with Al65Cu20Ti15 metallic glass particles. The research includes two phases. In the first phase, effects of the amount of glass particles an​d consolidation temperature on the consolidation process an​d also, the structural evolution an​d mechanical properties of the consolidated composites have been investigated. Therefore, the composite with 7, 13 an​d 20 wt% of reinforcements an​d also, pure Al were consolidated at different temperatures. After determining the optimum condition for consolidating, the second phase (increasing the ECAP pass numbers) started. After different passes, microstructural evolution an​d mechanical properties were examined. The results of the first phase revealed the glass particles remained unchanged to consolidation temperature up to 250 ºC but, by increasing the consolidation temperature to 300 ºC some intermetallic compounds include Al5CuTi2, Al3Ti an​d Al4Cu9 precipitated from metallic glass particles. Consolidation temperature did not affect the matrix grains size of the composite while the grains size decreased by increasing the amount of glass particles. A transition region of ordered atomic structure of the matrix to disordered structure of reinforcing particles created at the matrix/reinforcements interface as a result of the restricted mutual diffusion of elements. The Al/13Am composite consolidated at 250 ºC, exhibited the best combination of yield strength an​d ductility of 184 MPa an​d 0.48, respectively. Increasing the ECAP pass number (the second phase) was performed on this composite an​d pure Al. The amorphous structure of reinforcements was preserved in higher passes. Based on the TEM observations, after 4th pass, the grains size of composite an​d pure Al reached to 0.49 an​d 0.57 µm, respectively. Also, the fraction of high angle grain boundaries increased gradually by raising the pass number. The mechanisms of grain refining process were discussed according to the results. The compressive yield strength an​d ductility of composite enhanced in higher pass numbers an​d finally reached to 242 MPa an​d 0.52, respectively after 4th pass. The strengthening mechanism of low angle grain boundaries possessed the highest contribution (about 50 %) in the strength of composite. Keywords: ECAP process, Ultra fine grained bulk composite, Al65Cu20Ti15 metallic glass particles, Matrix/reinforcements interface, Strengthening mechanisms