19130

۱۹۱۳۰

ارائه‌ي روشي جديد جهت تقويت خواص مكانيكي سيم‌ها با اعمال تغييرشكل شديد پيوسته

دكتري

مكانيك

۱۳۹۶

۱۳۹۶/۱۱/۱۵

دكتر محمد صديقي

مكانيك

روش‌هاي تغييرشكل پلاستيك شديد (SPD) همواره داراي نقاط ضعفي بوده‌اند كه كاربرد صنعتي محصولات آن‌ها را با محدود كرده است. روش كشش و پيچش هم‌زمان در كانال همسان زاويه‌دار (ECATD) با قابليت اعمال كرنش‌ برشي در اثر تغييرشكل پيچشي و متأثر از قالب داراي كانال همسان زاويه‌دار، به عنوان فرايندي نوآورانه در اين رساله مورد مطالعه قرار گرفته است. اعمال كرنش‌هاي بزرگ با سهم قابل توجهي از كرنش برشي در اثر پيچش، منجر به توسعه‌ي ريزساختاري غيرهمگن در سيم‌هاي اوليه مي‌گردد. در اين رساله، سيم‌هايي از جنس آلومينيوم خالص تجاري و با قطر اوليه‌ي mm۴ در مراحل مختلف، تحت تغييرشكل قرار گرفته و خواص حاصل شده و ريزساختار توسعه يافته در آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعه‌ي ريزساختار با ميكروسكوپ نوري و در ادامه با استفاده از روش EBSD، بيانگر كاهش اندازه‌ي دانه‌هاي اوليه از حدود µm100 براي نمونه‌ي آنيل به حدود µm10 در نواحي مركزي و زير µm5/2 در نواحي نزديك سطح سيم پس از چهار مرحله انجام فرايند با سرعت كشش mm/rev8/3 و سرعت چرخش rpm21 و با استفاده از زاويه‌ي كانال قالب º160 مي‌باشد. توسعه و تكثير نابجايي‌ها و گسترش دانه‌هاي فرعي و زيرساختارهاي حاصل شده از تقاطع باندهاي تغييرشكل و ميكروباندهاي برشي مهم‌ترين تغييرات ريزساختاري قابل مشاهده بوده‌اند. نتايج بررسي خواص مكانيكي، بيانگر افزايش سختي نمونه‌ها به خصوص در نواحي نزديك سطح سيم مي‌باشد. نتايج تست كشش نيز بيانگر افزايش تنش تسليم و استحكام كشش نهايي سيم اوليه است. نتايج نشان مي‌دهند با توجه به پارامترهاي تنظيم شده‌ي فرايند، گستره‌ي متنوعي از درصد ازدياد طول نسبي قابل دستيابي خواهد بود. مطابقت خوبي بين نتايج تجربي و عددي در خصوص توزيع كرنش و در نتيجه غيريكنواختي ريزساختار توسعه يافته و تغيير تدريجي سختي در مقطع سيم وجود دارد. نتايج حل تحليلي به روش كران‌بالا جهت پيش‌بيني نيروي مورد نياز فرايند نيز با مقدار نيروي اندازه‌گيري شده به روش تجربي و عددي داراي مطابقت خوبي است. اصلاح ريزساختار سيم‌هاي اوليه به صورت پيوسته و بدون محدوديت طولي و دستيابي به خواص مكانيكي بهبود يافته از مزيت‌هاي روش ECATD‌ به شمار مي‌روند، در حالي‌كه كاهش سطح مقطع در اثر تنش‌هاي كششي از معايب آن است. نتايج نشان‌ مي‌دهند كه با بهينه‌سازي پارامترهاي هندسي قالب و استفاده از تركيب مناسب براي فاكتورهاي فرايند جهت دستيابي به نرخ توليد بالا،‌ مي‌توان از روش ECATD‌ جهت توليد سيم‌هايي با خواص مكانيكي بهبود يافته در مقياس صنعتي استفاده نمود.

1397/04/09

Enhancing mehcniacal properties of wires by a novel continouos sever plastic deformation method

3/20/2027 12:00:00 AM

In the present study, Equal Channel Angular Torsion Drawing (ECATD) has been introduced as a novel method for continuous grain refinement of wires. Commercial pure Al wires with initial diameter of 4mm, have been processed with the ECATD method for several passes. Then, the obtained properties and developed microstructures have been investigated experimentally. Microstructure study by light optical microscopy (LOM) as well as by EBSD method indicates that the grains size decreased from 100μm for the annealed sample to about 10μm in the center and below 2μm in the areas near the wire surface after four passes of the process (drawing speed: 3.8mm/rev, rotational speed: 21rpm and die intersection angle: 160º). The development of dislocations accompanied with generation of sub-grains and substructures created by intersection of deformation bands and micro-shear bands are the most significant microstructural changes. Microhardness measurement results reveal an increase in the hardness of the initial wires, especially in the areas near the wire surface. The tensile test results indicate an improvement in the yield and ultimate tensile strength of the processed wires. On the other hand, the results show that, depending on the parameters of the process, a wide range of elongation for the final wires can be achieved. There is a good agreement between experimental and numerical results regarding the strain distribution, resulting in the heterogeneity of the developed microstructure and the gradual change of hardness in the cross section of the deformed wires. The analytical results obtained by Upper-bound method for predicting the required force of the process are also in good agreement with the measured value of the experimental and numerical methods. Continuous grain refinement without longitudinal limitation and enhancing mechanical properties of wires are some advantages of the ECATD method, while reduction of cross section due to tensile stresses is a disadvantage. The results show that by optimizing the geometrical parameters of the ECATD die and using the proper combination of process parameters to achieve high production rate, the ECATD method could be used for fabricating wires with enhanced mechanical properties in industrial scale.