27910

بررسي رفتار تغييرشكل و تدوين معادلات بنيادي حاكم بر تغييرشكل نيمه جامد آلياژ A356

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي-شكل دادن فلزات

1401

1401/11/16

دكتر محمد تقي صالحي

دكتر حميدرضا عابدي

مهندسي مواد و متالورژي

اين پژوهش به توسعه يك مدل رفتاري براي تغييرشكل نيمه جامد آلياژ A356 آلومينيوم مي پردازد. عمده مدل سازي¬هاي انجام شده در اين زمينه مربوط به شروع تغييرشكل با يك ساختار گلبولار است به نحوي كه در حين تغييرشكل نيمه جامد، دانه¬هاي جامد در بستر فاز مايع مي غلتند و ساختار به دليل فعاليت مكانيزم سيلان روغن كاري شده در سطوح تنشي پايين تغييرشكل مي يابد. در اين راستا تهيه يك ساختار اوليه تيكسوتروپيك با مشخصه هاي خاص ( شامل دانه هاي كروي فاز جامد با اندازه بين 70-50 ميكرومتر) ضروري است. ايده اصلي اين پژوهش بر بررسي رفتار تغيرشكل نيمه جامد آلياژ A356 با ساختار دندريتي اوليه استوار است. در اين رويكرد روش هاي مرسوم كروي سازي جهت تهيه لقمه اوليه مد نظر قرار ندارد و پس از نگه داري همدما در محدوده نيمه جامد طي زمان مشخص تغييرشكل آغاز مي شود. به همين منظور آزمايش هاي فشار گرم در محدوده دمايي نيمه جامد (580، 590 و 600 درجه سانتي¬گراد) تحت نرخ كرنش هاي متفاوت (0.001، 0.01، 0.1 برثانيه) و زمان هاي نگه داري اوليه متفاوت (1، 7 و 14 دقيقه) انجام پذيرفت. سپس ساختار اوليه، ساختار پس از پيش گرم و ساختارهاي تغييرشكل يافته مشخصه يابي شده و ارتباط با رفتار سيلان تبيين گرديد. نتايج به دست آمده و بررسي هاي ريزساختاري حاكي از ايجاد شرايط توزيع كرنش متفاوتي در حين تغييرشكل است كه در آن دانه¬هاي جامد سهم بيشتري از كرنش اعمالي داشته و تغييرشكل بيشتري را تجربه مي كنند. در واقع علاوه بر جادهي كرنش در فاز مايع، سهم لغزش دانه هاي كروي فاز جامد كاهش يافته و سهم تغييرشكل پلاستيك دانه هاي جامد افزايش مي يابد. به همين علت علاوه بر سيلان روغن¬كاري شده، وقوع تبلور¬مجدد در محدوده نيمه جامد در فاز جامد به عنوان مكانيزم هاي نرم شوندگي شناسايي شد. همچنين توسعه زيرساختار و نفوذ فاز مايع در امتداد مرزهاي فرعي ايجاد شده، به عنوان يكي ديگر از عوامل اثرگذار بر رفتار سيلان معرفي شد. تحت اين شرايط نمونه ها تا سطح كرنش¬هاي بالايي (>0.5) بدون ايجاد ترك و يا پارگي و تحت تنش هاي پايين (كمتر از 2 مگاپاسكال) تغييرشكل مي يابد. همچنين در اين پژوهش توسعه معادلات بنيادي پديدارشناختي-فيزيكي با تكيه بر اثر عواملي همچون دماي تغييرشكل، اندازه دانه و ضريب حساسيت به نرخ كرنش مورد بررسي قرار گرفت و روابط مربوطه بسط داده شد. نتايج به دست آمده نشان دهنده انطباق قابل قبول مقادير تنش كرنش پيش بيني شده و همچنين رفتار سيلان پيش بيني شده با مقادير و رفتار ثبت شده در حين آزمايش هاي تجربي است.

1401/11/25

Investigation of ductility behavior and formulation of fundamental deformation equations of A356 aluminum as-cast alloy in semi-solid state

2/5/2024 12:00:00 AM

This research deals with the development of a behavioral model for semi-solid deformation of A356 aluminum alloys. Most of the modeling in this field is related to the beginning of the deformation with a globular structure that during the semi-solid deformation, the solid grains roll in the liquid matrix and the structure deforms at low stress level due to the activity of the lubricated flow mechanism. it is necessary to prepare an initial thixotropic structure with specific characteristics (including solid phase spherical grains with a size between 50-70μm). The main idea of this research is based on investigating the deformation behavior of semi-solid A356 alloy with primary dendritic structure. In this approach, the conventional methods of spheroidization to prepare the initial feedstoke are not considered and after isothermal holding at specified time in the semi-solid temprature, compressive deformation begins. For this purpose, hot pressure tests in the semi-solid temperature range (580, 590 and 600 ֯C) under different strain rates (0.001, 0.01, 0.1 1/seconds) and different initial holding times (1, 7 and 14 minutes) was done. Then the initial structure, post-preheated structure and deformed structures were characterized and the relationship with the behavior of flow curve was explained. The obtained results and microstructural studies indicate the creation of different strain distribution conditions during deformation, in which solid grains have a greater share of the applied strain and experience more deformation. In fact, in addition to the strain path in the liquid phase, the contribution of the sliding of the spherical grains of the solid phase is reduced and the contribution of the plastic deformation of the solid grains is increased. For this reason, in addition to lubricated flow, the occurrence of recrystallization in the semi-solid range in the solid phase was identified as softening mechanisms. Also, the development of substructure and penetration of the liquid phase along the created sub-boundaries were introduced as another influencing factors on the behavior of the material during deformation. Under these conditions, the samples are deformed up to the level of high strains (>0.5) without creating cracks or tears and under low stresses (less than 2 MPa). Also, in this research, the development of fundamental phenomenological-physical equations was investigated based on the effect of factors such as deformation temperature, grain size and strain rate sensitivity coefficient and the relevant equations were expanded. The obtained results show the acceptable compliance of the predicted strain-stress curve as well as the predicted flow behavior with the values and behavior recorded during the experimental tests.

تغييرشكل نيمه جامد؛ ريزساختار؛ آلياژ A356؛ معادلات بنيادي؛ تبلور مجدد پيوسته

semi-solid deformation; microstructure; A356 alloy; Fundamental equations; Continuous recrystallization

amir hossein boluri gashti

dr.mohammad taghi salehi