25253

مطالعه تجربي و شبيه‌سازي اجزاء محدود فرآيند اصطكاكي اغتشاشي

كارشناسي ارشد

مكانيك ساخت و توليد

97-99

1400/01/31

آقاي دكتر بهنام داودي

مهندسي مكانيك

چكيده يكي از مباحث مهم در مهندسي مكانيك و مواد بهبود خواص سطحي فلزات با به‌كارگيري روش‌هاي گوناگون ساخت كامپوزيت سطحي است. بدين منظور روش‌هاي گوناگون اصلاح خواص سطحي از قبيل رسوب الكتروفورتيك، اسپري پلاسما، كاشت يوني، ذوب ليزري، اكسيداسيون حرارتي، اكسيداسيون ميكرو قوس بكار گرفته مي‌شوند. در اين ميان فرآيند اصطكاكي اغتشاشي يك روش ساخت كامپوزيت سطحي مي‌باشد كه به علت سادگي، مصرف انرژي پايين، مساعد محيط‌زيست، قابل‌كنترل، بهبود خواص ساختاري و مكانيكي در مؤسسات صنعتي و تحقيقاتي مختلف مورد پژوهش قرار مي‌گيرد. در اين پايان‌نامه تبديل سطح فلز روي خالص به كامپوزيت سطحي به كمك ذرات تقويت‌كننده هيدروكسي آپاتيت با استفاده از فرآيند اصطكاكي اغتشاشي انجام شد. روي داراي خواص مكانيكي نسبتاً ضعيفي مي‌باشد كه كاربرد چنداني در صنعت به عنوان بخش اصلي قطعات مكانيكي ندارد اما اين فلز خواص زيست سازگاري، زيست تخريب پذيري و خوردگي بسيار مناسب داشته و به عنوان قسمت اصلي قطعات مهم در بيشتر صنايع پزشكي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. پيچيدگي بيش از اندازه مكانيزم و تغيير شكل پلاستيك شديد موجود حين فرآيند اصطكاكي اغتشاشي توجه بسياري از محققان را به شبيه‌سازي اين فرآيند جلب كرده است. لذا شبيه‌سازي فرآيند جهت پيش‌بيني نتايجي كه طراحي آزمايش‌هاي عملي آن‌ها دشوار مي‌باشد مانند دما، تنش و كرنش مؤثر موجود در فرآيند انجام شد. به‌منظور صحت سنجي شبيه‌سازي انجام‌شده از سيستم مانيتورينگ دما حين انجام آزمايش عملي با پارامترهاي بدست آمده استفاده شد. همچنين به‌منظور مقايسه خواص بلوك‌هاي خام از جنس روي با خواص كامپوزيت ساخته شده از مشاهده ريزساختاري با استفاده از دستگاه‌هاي ميكروسكپ نوري، ميكروسكپ الكتروني روبشي و ميكروسكپ الكتروني روبشي نشر ميداني استفاده شد و نتايج نشان‌دهنده كاهش قابل توجه اندازه دانه‌ها و پراكندگي مناسب ذرات تقويت‌كننده نمونه كامپوزيت بود. سختي نمونه‌ها با استفاده از سختي سنجي ميكرو ويكرز مقايسه شد و از 50 HV تا حدود 70 HV افزايش يافت. همچنين خواص خوردگي نمونه‌ها نشان‌دهنده كاهش 9 ميلي‌متري سرعت خوردگي در سال براي كامپوزيت ساخته شده بود كه با استفاده از آزمون پولاريزاسيون مورد مقايسه قرار گرفت. واژه‌هاي كليدي: فرآيند اصطكاكي اغتشاشي، روش‌هاي ساخت كامپوزيت، كامپوزيت پايه فلزي

1400/06/27

Simulation and Experimental Investigation of Friction Stir Processing

4/20/2022 12:00:00 AM

Abstract: Constant improvement in engineering materials has effectively helped various industries to move forward. One of the important topics in mechanical and materials engineering is the improvement of surface properties of metals by using multiple methods of surface composite fabrication. For this purpose, various methods of modifying the surface properties such as electrophoretic deposition, plasma spray, ion implantation, laser melting, thermal oxidation, micro-arc oxidation are used. However, the high working temperature in these methods causes microstructural defects such as cold microcracks. , Cavities, large dendritic grains, and residual stresses. Meanwhile, friction stir processing is a surface composite fabrication method studied in various industrial and research institutes due to its simplicity, low energy consumption, environmentally friendly, controllable, structural, and mechanical properties. In this dissertation, the conversion of pure zinc metal surface to surface composite with hydroxyapatite reinforcement particles was performed using friction stir processing. Zinc has relatively weak mechanical properties that are not widely used in industry as the main part of mechanical parts. Still, this metal has excellent biocompatibility, biodegradability, and corrosion properties, and it is used as the main piece of essential parts in most medical industries. The excessive complexity of the mechanism and the severe plastic deformation of the friction stir process have attracted the attention of many researchers to simulate this process. Therefore, process simulations were performed to predict the results that are difficult to implement in practical experiments, such as temperature, stress, and effective strain in the process. The temperature monitoring system was used during the practical experiment with the obtained parameters to validate the simulation. Also, to compare the properties of raw zinc blocks with the properties of the composite, microstructural observation was used using an optical microscope, scanning electron microscope, and Field Emission Scanning Electron Microscope. The results showed a significant improvement in the structural properties of the composite sample. The hardness of the samples was compared using the micro Vickers hardness test, but no significant difference was observed between the pieces. Also, the corrosion properties of the samples showed a good improvement in the corrosion properties of the fabricated surface, which was compared using the polarization test. Keywords: Friction Stir Processing; Metal Matrix Composites Manufacturing Methods; Metal Matrix Composites

واژه‌هاي كليدي: فرآيند اصطكاكي اغتشاشي، روش‌هاي ساخت كامپوزيت، كامپوزيت پايه فلزي

Keywords: Friction Stir Processing; Metal Matrix Composites Manufacturing Methods; Metal Matrix Composites