30955

بررسي اثر افزودن تيتانيم، عمليات حرارتي و پرس در كانال‌هاي متقاطع يكسان (ECAP) بر رفتار سوپرپلاستيك آلياژ Zn-22Al

دكتري

مهندسي مواد و متالورژي

1395

1403/02/11

عليرضا ايواني-محمدتقي صالحي

ندارم

مهندسي مواد ومتالورژي

هدف كلي پژوهش پيش‌رو، مطالعه رفتار سوپرپلاستيك آلياژ Zn-22Al قبل و بعد از افزودن Ti است. آلياژ Zn-22Al پتاسيل بالايي براي اجزاي ميرايي/جاذب انرژي دارد. همچنين، آلياژ Zn-Al يوتكتوئيد بسيار ريزدانه، در دماي محيط رفتار سوپرپلاستيك نشان مي‌دهد. در نتيجه، استفاده از اين آلياژ در صنعت ساختمان مي‌تواند باعث به حداقل رساندن خسارات فاجعه‌آميز زلزله با اتلاف انرژي ارتعاش از طريق تغيير شكل پلاستيك گردد. ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ Zn-22Al پس از ريخته‌گري و عمليات حرارتي همگن‌سازي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه عمليات حرارتي همگن‌سازي تاثير زيادي بر روي ريزدانه شدن ساختار دارد، به طوري كه اندازه دانه از μm 48 پس از 4 ساعت همگن‌سازي در دماي °C 375 و سپس سرد شدن در آب به μm 2/1 پس از 24 ساعت همگن‌سازي در دماي °C 375 و سرد شدن در آب كاهش يافت. پس از عمليات حرارتي همگن‌سازي، بالاترين ازدياد طول تا شكست معادل 135%، در نرخ كرنش 10-5 s-1 به دست آمد. همچنين، با افزايش زمان عمليات حرارتي همگن‌سازي، ميزان سختي آلياژ Zn-22Al كاهش يافت. سختي آلياژ Zn-22Al از 83 ويكرز پس از 4 ساعت همگن‌سازي به 50 ويكرز پس از 24 ساعت همگن‌سازي رسيد. تاثير فرآيند پرس در كانال‌هاي متقاطع يكسان (ECAP) بر روي ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ Zn-22Al در دماي محيط و مسير BC بررسي گرديد. اندازه دانه پس از 48 ساعت همگن‌سازي در دماي °C 375 و سرد شدن در آب μm 15/1 است كه بعد از 8 پاس فرآيند ECAP، اندازه دانه به μm 44/0كاهش يافت. بالاترين ازدياد طول تا شكست آلياژ Zn-22Al، پس از 8 پاس فرآيند ECAP، 332% مي‌باشد كه در نرخ كرنش 10-3 s-1 به دست آمد. همچنين، با افزايش تعداد پاس‌هاي فرآيند ECAP، سختي كاهش يافت. سختي آلياژ Zn-22Al از 52 ويكرز پس از 2 پاس ECAP به 31 ويكرز پس از 8 پاس ECAP كاهش يافت. به منظور بررسي تاثير اندازه دانه بر رفتار سوپرپلاستيك آلياژ Zn-22Al، برخي از نمونه‌هاي 8 پاس ECAP شده در معرض پيرسازي طبيعي و مصنوعي قرار گرفتند. نتايج پيرسازي نشان داد كه اندازه دانه با افزايش زمان يا دماي پيرسازي افزايش مي‌يابد و در نتيجه منجر به كاهش رفتار سوپرپلاستيك آلياژ مي‌گردد. آلياژ Zn-22Al در دماي محيط داراي دو فاز α (غني از Al) و η (غني از Zn) است. افزودن Ti به آلياژ، باعث تغيير شكل فاز η شد و اكثريت فاز η از حالت دندريتي تبديل به ذرات كوچك و نسبتا گرد شدند. نتايج تفرق اشعه ايكس (XRD) نشان داد كه پس از افزودن Ti، يك فاز سه‌تايي با پايداري بالا، Ti(Zn,Al)3، در ريزساختار آلياژ تشكيل مي‌شود كه سبب بهبود ازدياد طول نسبي تا شكست و سختي آلياژ گرديد. افزودن Ti به آلياژ Zn-22Al سبب افزايش سوپرپلاستيسيته آلياژ Zn-22Al شد و حداكثر ازدياد طول تا شكست 405% در نرخ كرنش 10-3 s-1 به دست آمد.

1403/03/26

Investigating the effect of titanium addition, heat treatment and equal channel angular pressing (ECAP) on the superplastic behavior of Zn-22Al alloy

4/30/2025 12:00:00 AM

The general aim of the upcoming research is to study the superplastic behavior of Zn-22Al alloy before and after adding Ti. Zn-22Al alloy has high potential for damping/energy absorbing components. Also, very fine-grained eutectoid Zn-Al alloy shows superplastic behavior at ambient temperature. As a result, the use of this alloy in the construction industry can minimize catastrophic earthquake damage by dissipating vibration energy through plastic deformation. The microstructure and mechanical properties of Zn-22Al alloy were investigated after casting and homogenization heat treatment. The results showed that the heat treatment of homogenization has a great effect on the grain size, so that the grain size decreases from 48 μm after 2 hours of homogenization and cooling in water to 1.2 μm after 24 hours of homogenization and cooling in water. After homogenization heat treatment, the highest elongation to failure is equal to 135%, at a strain rate of 10-5 s-1. Also, with the increase of homogenization heat treatment time, the hardness of Zn-22Al alloy decreased. The hardness of Zn-22Al alloy increased from 83 Vickers after 4 hours of homogenization to 50 Vickers after 24 hours of homogenization. The effect of equal channel angular pressing (ECAP) on the microstructure and mechanical properties of Zn-22Al alloy at ambient temperature and BC route was investigated. The grain size after homogenization and cooling in water is 1.15 μm, which after 8 passes of the ECAP process, the grain size was reduced to 0.44 μm. The highest elongation to failure of the Zn-22Al alloy, after 8 passes of the ECAP process, is 335%, which was obtained at a strain rate of 10-3 s-1. Also, the hardness decreased as the number of passes of the ECAP process increased. The hardness of Zn-22Al alloy decreased from 52 Vickers after 2 ECAP passes to 31 Vickers after 8 passes of ECAP. In order to investigate the effect of grain size on the superplastic behavior of Zn-22Al alloy, some 8-pass ECAP samples were exposed to natural and artificial aging. The aging results showed that the grain size increases with the aging time or temperature, and as a result, it leads to a decrease in the superplastic behavior of the alloy. Zn-22Al alloy has two phases α and η at ambient temperature. Adding Ti to the alloy changed the morphology of the η phase, and the majority of the η phase changed from dendritic to small and relatively spherical particles. The results of X-ray diffraction (XRD) showed that after adding Ti, a ternary phase with high stability, Ti(Zn,Al)3, is formed in the microstructure of the alloy, which improved the relative elongation to failure and hardness of the alloy. Adding Ti to Zn-22Al alloy increased the superplasticity of Zn-22Al alloy and the maximum elongation to failure was 405% at a strain rate of 10-3 s-1.

آلياژ Zn-22Al , سوپرپلاستيسيتي , ريزساختار , خواص مكانيكي , فرآيند ECAP

Zn-22Al alloy , Superplasticity , Microstructure , Mechanical properties , ECAP

Bahram Azad

Alireza Eivani, Mohammadtaghi Salehi