31847

بررسي اثر فرآيند نورد و عمليات حرارتي بر ريز ساختار و خواص مكانيكي آلياژ منيزيم بر پايه Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Mn

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1400

1403/7/15

دكتر سعيد قدرت نما شبستري

استاد مشاور ندارم

مهندسي مواد و متالورژي

در اين پژوهش، به منظور بررسي تأثير عمليات ترمومكانيكي بر ريزساختار، خواص مكانيكي و خوردگي، ريخته¬گري آلياژ منيزيم Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Mn تحت دمش و محافظت مذاب با گاز آرگون در قالب فولادي انجام شد و سپس تحت عمليات حرارتي همگن¬سازي به مدت 12 ساعت در دماي °C420 قرار گرفت. فرآيند نورد داغ از 10% تا 40% در دماي C˚420 انجام گرفت و در هر مرحله، نمونه‌ها بين پاس‌هاي نورد به مدت 10 دقيقه در دماي C˚420 آنيل شدند. سپس سطح مقطع تمامي نمونه‌ها با استفاده از ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت. مطالعات ريزساختاري نشان داد كه در اين دما، دوقلويي مهم‌ترين مكانيزم فعال در تغيير شكل آلياژ Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Mn است. نتايج نشان داد كه با افزايش تعداد پاس‌هاي نورد، متوسط اندازه¬دانه به صورت نمايي كاهش مي‌يابد؛ به طوري كه در مقايسه با نمونه همگن شده كه داراي اندازه¬دانه μm 363 بود، اندازه¬دانه در نمونه¬اي كه 40% نورد شده بود به μm 5/10 كاهش يافت. نتايج آزمايش كشش نشان داد كه نورد داغ باعث بهبود استحكام كششي و كاهش شكل‌پذيري و چقرمگي آلياژ شده است. تنش تسليم و استحكام كششي نمونه‌اي كه 40% نورد داغ شده بود، نسبت به نمونه همگن شده افزايش قابل‌توجهي داشت، به طوري كه تنش تسليم و استحكام كششي به ترتيب 215% و 36% درصد افزايش يافته و به MPa 202و MPa 26/225 رسيده‌اند. در آزمون خوردگي الكتروشيميايي در محلول شبيه¬ساز بدن ، نتايج نشان داد كه درصدهاي پايين نورد (10% و 20%) موجب كاهش چگالي جريان خوردگي در مقايسه با نمونه همگن شده مي‌شوند. با اين حال، درصدهاي نورد بالاتر منجر به افزايش چگالي جريان خوردگي و افت خواص خوردگي مي‌گردند. همچنين، آزمون كاهش وزن از طريق غوطه‌وري در محلول شبيه¬ساز بدن نتايج آزمون خوردگي الكتروشيميايي را تأييد كرد. با توجه به نتايج آزمايش‌هاي مكانيكي و خوردگي، مي‌توان نتيجه گرفت كه آلياژ 20% نورد داغ از نظر زيست‌تخريب‌پذيري بهينه بوده و خواص مكانيكي و رفتار خوردگي مناسبي از خود نشان مي‌دهد.

1403/10/16

The Effect of Rolling Process and Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Mn Alloy

10/7/2025 12:00:00 AM

In this study, the effect of thermomechanical processing on the microstructure, mechanical properties, and corrosion behavior of Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Mn magnesium alloy was investigated. The alloy was cast in a steel mold under argon gas protection, followed by homogenization heat treatment at 420°C for 12 hours. Hot rolling was performed with a reduction range of 10% to 40% at 420°C. After each rolling pass, the samples were annealed at 420°C for 10 minutes. The cross-sectional surfaces of all samples were examined using optical and scanning electron microscopy. Microstructural studies revealed that at this temperature, twinning is the dominant deformation mechanism in the Mg-2Zn-0.3Ca-0.5Mn alloy. The results showed that the average grain size exponentially decreased with an increasing number of rolling passes. Compared to the homogenized sample with a grain size of 363 µm, the grain size in the sample subjected to 40% rolling was reduced to 10.5 µm. Tensile test results indicated that hot rolling improved tensile strength but reduced ductility and toughness. The yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) of the sample rolled to 40% increased significantly compared to the homogenized sample, with YS and UTS rising by 215% and 36%, reaching 202 MPa and 225.26 MPa, respectively. Electrochemical corrosion tests in a simulated body fluid (SBF) showed that lower rolling reductions (10% and 20%) resulted in reduced corrosion current density compared to the homogenized sample. However, higher rolling reductions led to increased corrosion current density and deteriorated corrosion resistance. Additionally, weight loss measurements through immersion tests in SBF confirmed the electrochemical corrosion results. Based on the mechanical and corrosion test results, it can be concluded that the 20% hot-rolled alloy demonstrates optimal biodegradability, exhibiting a favorable combination of mechanical properties and corrosion behavior.

عمليات ترمومكانيكي , آلياژ Mg-Zn-Ca-Mn , تبلور مجدد ديناميكي , نورد داغ , ريزساختار

Thermomechanical processing , Mg-Zn-Ca-Mn alloy , Dynamic recrystallization , Hot rolling , Microstructure

Zahra Babaei

Prof. S.G. Shabestari