22640

بررسي خواص مكانيكي و ريزساختاري نانوكامپوزيت AZ31/GO توليد شده با استفاده از فرايند اصطكاكي همزني

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

95-98

1398/8/14

دكتر حميدرضا جعفريان - دكتر محمدتقي صالحي

دكتر عليرضا ايواني

مواد و متالورژي

در اين تحقيق تاثير فرايند اصطكاكي همزني بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ منيزيم AZ31 و نانوكامپوزيت AZ31/GO بررسي شده است. براي اين منظور فرايند اصطكاكي همزني بر روي ورق¬هايي به ضخامتmm 2 با استفاده از ابزار فولاد H13 با قطر 12 و 16ميلي¬متر و سرعت پيشروي ثابتmm/min 85 و سرعت دورانrpm 950، 1180و 1500 اعمال گرديد. براي ساخت نمونه¬هاي كامپوزيتي از يك شيار با ابعادm3 1×1×300 استفاده شد. بررسي¬هاي ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه در ناحيه همزني به علت تغيير شكل پلاستيك شديد، تبلور مجدد ديناميكي باعث ايجاد يك ساختار ريز دانه در تمامي نمونه‌ها گرديد. بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد كه افزايش سرعت دوران و قطر شانه باعث توزيع همگن و يكنواخت اكسيد گرافن در ريزساختار مي-شود. همچنين فرايند اصطكاكي همزني از طريق تبلور مجدد ديناميكي باعث ايجاد دانه¬هايي همگن و هم محور مي¬شود، بطوريكه كوچكترين اندازه دانه‌ها در حدود 1 ميكرومتر و بزرگترين اندازه دانه در حدود 7 ميكرومتر بود. سختي در نمونه¬هاي FSP شده در حدود 36 درصد و در نمونه¬هاي كامپوزيتي در حدود 28 درصد افزايش پيدا كرد كه اين افزايش سختي را مي¬توان به ريز دانه شدن از طريق تبلور مجدد ديناميكي، پين شدن مرزها توسط ذرات فاز ثانويه و ذرات تقويت كننده و جلوگيري از صعود نابجايي¬ها توسط ذرات تقويت كننده نسبت داد. آزمايش كشش با سرعت ثابت s-1 05/0 انجام شد. به منظور بررسي خواص مكانيكي نمونه¬ها از نمونه¬هاي آزمايش كشش به صورت مينياتوري در راستا و عمود بر ناحيه همزني و همچنين نمونه¬هايي شامل ناحيه همزني و فلز پايه استفاده شد. بررسي¬ها نشان دادند كه شكست در ناحيه¬اي بين ناحيه همزني و ناحيه تحت تاثير حرارتي-مكانيكي اتفاق مي‌افتد. مقايسه نمونه-هاي تست كشش نمونه¬هاي FSP شده با نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي نشان داد كه در يك سرعت دوران ثابت با افزايش قطر شانه انعطاف¬پذيري در حدود 51 درصد كاهش پيدا مي¬كند. همچنين افزودن پودر به نمونه¬ها باعث كاهش بيشتر انعطاف¬پذيري تا حدود 58 درصد مي¬گردد. كاهش انعطاف‌پذيري را مي‌توان به ريز دانه شدن و وجود آگلومره‌هاي اكسيد گرافن نسبت داد. علاوه بر اين افزايش قطر شانه در يك سرعت دوران ثابت باعث افزايش استحكام كششي تا حدود 26 درصد در نمونه‌هاي FSP شده گرديد. كاهش استحكام كششي در نمونه¬هاي كامپوزيتي را مي¬توان به دليل چندين فاكتور شامل وجود آگلومره-هاي گرافن و عدم توزيع يكنواخت آن در نمونه¬هاي كامپوزيتي و تشكيل عيوب جوش مانند تخلخل و ميكرو ترك¬ها نسبت داد. سطح شكست در همه نمونه¬ها در محلي بين SZ و TMAZ قرار دارد كه مي-توان به ضعيف بودن بافت در اين ناحيه نسبت داد.

1399/08/29

A Study on Microstructure and Mechanical Prpopertise of AZ31/GO Nanocomposite Produced by Friction Stir Processing (FSP)

11/5/2021 12:00:00 AM

In current research the effect of Friction Stir Processing on microstructure and mechanical properties of AZ31 alloy and its Nanocomposite AZ31/GO has been investigated. For this purpose, the FSP has been done on plates with thickness of 2 mm. FSP tool was made of H13 tool steel with 12 and 16 mm diameter. A constant travel speed of 85 mm/min was adopted, then tool rotational speeds of 950,1180 and 1500 rpm were applied. The GO powder was fed into a groove of a length, width and depth of 300*1*1 mm respectively, which was located on the AZ31 plate before FSP. Microstructural investigation through optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) showed that in stir zone, dynamic recrystallization leads to grains with diameter of 1 to 7 µm. the reason of this phenomenon is severe plastic deformation. Hardness was increased up to 36% by applying FSP and 28% via adding GO due to grain refinement by dynamic recrystallization and pinnig effect of GO and secondary phase particles, the role of GO as obstacle against dislocation glide. Microstructural observation showed that the increment of rotational speed and shoulder diameter leads to homogeneous and uniform distribution of GO in microstructure. Also FSP through DRX cause uniaxial and homogeneous grains. Tensile test with constant speed of 0.05 1/s has been done. In FSP samples with the increment of the shoulder diameter the elongation.was decreased about 51% and in the nanocomposite samples was decreased about 58%. The decreasing of the elongation is due to grain refinement and GO agglomerates.besides, with the increment of the shoulder diameter in a constant speed the UTS was increased up to 26%. In order to investigate the mechanical properties mini tensile test along and perpendicular to stir zone and transverse tensile samples were used. Observations showed that the fracture happens in zone between SZ and TMAZ