پایان نامه تاثیر فرایند ECAP بر روی خواص مکانیکی آلیاژهای 5754Al و 7075Al
فهرست محتوا
چکیده
فرآیند اکستروژن زاویهای در کانالهای هم مقطع (ECAP) یکی از روشهای تغییر شکل پلاستیک شدید است که برای رسیدن به مواد با دانههای بسیار ریز بدون تغییر ابعاد نمونه استفاده میشود. در تحقیق حاضر فرایند Ecap برای آلیاژ 5754Al تا 8 پاس (کرنش معادل 9.2) توسط قالب با زاویه برخورد 90 درجه و زاویهٔ انحنای بیرونی 20 درجه با استفاده از مسیر BC انجام شده است. بدین منظور از بیلت های آلیاژ 5754Al با سطح مقطع 100 میلیمتر مربع و طول 100 میلیمتر استفاده شد. به منظور بررسی خواص مکانیکی نمونههای آلیاژ 5754 Al Ecap شده، از آزمون کشش تک محور و سختی سنجی استفاده شده است. نتایج نشان دادند که فرآیند Ecap منجر به ریز شدن چشمگیر اندازه دانهها و افزایش خواص مکانیکی آلیاژ میشود. پس از پاس اول، سختی نمونهها به حدود دو برابر نمونهٔ اولیه رسیده و سپس به تدریج افزایش مییابد. همزمان با افزایش استحکام کششی نمونهها در فرایند Ecap، درصد ازدیاد طول نمونهها کاهش مییابد.
استحکام دهی آلیاژها با روش پیرسختی، برای آلیاژهایی که حد حلالیت فاز ثانویه در فاز زمینه، با کاهش دما، کم میشود روش معمولی و موثری است. در این تحقیق از فرایند Ecap به منظور انجام کار سرد بر روی آلیاژ 7075 Al استفاده شد. بدین صورت که بر روی بیلتهای آلیاژ 7075Al بعد از عملیات محلول سازی یک پاس Ecap انجام شد و سپس تحت عملیات پیر سازی قرار گرفتند. همچنین تأثیر فرایند Ecap قبل از محلول سازی نیز مورد بررسی قرار گرفت. عملیات مربوط به پیر سازی به دو روش انجام شد. روش اول پیر سازی در دمای C°180 و روش دوم پیر سازی در دمای C°120. نتایج نشان میدهد فرایند Ecap موجب کاهش چشمگیر در زمان رسیدن به بیشینه سختی ناشی از رسوب سختی و همچنین افزایش سختی و استحکام کششی نسبت به نمونههای رسوب سختی شده بدون انجام فرآیند Ecap میشود. همچنین انجام عملیات پیر سازی در دمای C°120 سبب افزایش بیشتر در بیشینه سختی میشود ولی زمان رسیدن به بیشینه سختی در روش پیر سازی در محدودهٔ دمایی C°180 سریعتر است.
کلمات کلیدی:
اکستروژن زاویهای در کانالهای هم مقطع (ECAP)، آلیاژ 5754Al، آلیاژ 7075Al، رسوب سختی، خواص مکانیکی، پیر کردن
- فهرست عناوین
- فصل1: مقدمه. 1
- فصل2: مروری بر منابع مطالعاتی.. 5
- 2-1- آلیاژهای Al سری 5754. 6
- 2-2- آلیاژهای Al سری 7075. 7
- 2-3- نانوکریستالها 7
- 2-4- فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید. 9
- 2-5- خواص موادی که تحت تغییر شکل پلاستیک شدید قرار گرفتهاند. 10
- 2-6- نمونههایی از کاربرد موادی که تحت تغییر شکل پلاستیک شدید قرار گرفت اند. 13
- 2-7- انواع فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید. 13
- 2-7-1- تغییر شکل پیچشی تحت فشار زیاد HPT. 14
- 2-7-2- فرآیند فشار و اکستروژن متوالی CEC.. 15
- 2-7-3- فرآیند نورد انباشتی ARB.. 16
- 2-7-4- فرآیند موجدار کردن و صاف کردن متوالی.. 17
- 2-7-5- فورج سیکلی در قالب بسته CCDF. 18
- 2-7-6- اکستروژن پیچشی TE.. 18
- 2-7-7- تغییر شکل در کانالهای مشابه زاویهدارECAP. 19
- 2-8- تثبیت و فشردن مواد با ECAP. 21
- 2-9- انواع روش های ECAP. 21
- 2-9-1- فرایند ECAP با استفاده از قالب چرخشی.. 22
- 2-9-2- فرایند اکستروژن جانبی در ECAP. 22
- 2-9-3- تک قالب چند پاسه برای ECAP. 23
- 2-9-4- ECAP در کانال های موازی.. 24
- 2-9-5- فرآیند DCAP. 25
- 2-9-6- فرآیند ECAP تطبیقی.. 25
- 2-9-7- پرس کانالهای مشابه زاویهدار و پیچش ( TECAP ) 26
- 2-9-8- پرس درکانالهای نا مساوی زاویهدار ( (NECAP. 27
- 2-10- کرنش اعمالی در فرآید ECAP: 28
- 2-11- مسیر های مختلف فرایند : 32
- 2-11-1- مسیرA : 33
- 2-11-1-1- سیستم لغزش… 33
- 2-11-1-2- اعوجاج مسیر A.. 33
- 2-11-2- مسیرBA : 34
- 2-11-2-1- سیستم لغزش… 34
- 2-11-2-2- اعوجاج مسیر BA. 35
- 2-11-3- مسیر BC : 35
- 2-11-3-1- سیستم لغزش مسیر BC. 35
- 2-11-3-2- اعوجاج مسیر BC. 36
- 2-11-4- مسیرC : 36
- 2-11-4-1- سیستم لغزش مسیر C.. 36
- 2-11-4-2- عوجاج مسیر C.. 37
- 2-12- الگوی برش در فرایند ECAP : 37
- 2-13- مقایسه مسیر های مختلف فرایند ECAP. 38
- 2-14- محاسبه نیروی لازم برای ECAP. 39
- 2-15- کاربرد Ecap برای نمونه های صفحه ای.. 40
- 2-16- عوامل تاثیر گذار بر فرایند Ecap. 41
- 2-16-1- تاثیر زاویه قالب (φ) بر فرایند Ecap. 42
- 2-16-2- تاثیر انحنای بیرونی قالب Ψ.. 44
- 2-16-3- تاثیر سرعت پرس… 45
- 2-16-4- تاثیر دمای کار. 46
- 2-16-5- تاثیر ضریب اصطکاک… 48
- 2-16-6- تاثیر فشار پشتی.. 49
- 2-16-7- تاثیر ایجاد شیب در ابتدای کانال خروجی.. 51
- 2-17- رفتار سوپر پلاستیک… 52
- 2-18- تاثیر Ecap بر روی ساختار ماده. 55
- 2-19- رسوب سختی.. 56
- 2-19-1- عملیات محلول سازی.. 57
- 2-19-2- ایجاد محلول جامد فوق اشباع. 57
- 2-19-3- عملیات پیر سازی.. 58
- 2-19-3-1- اثر دما بر روی عملیات پیر سازی.. 60
- 2-19-3-2- اثر ترکیب شیمیایی بر روی عملیات پیر سازی.. 61
- 2-20- نظریه ی استحکام بخشی.. 62
- 2-21- شرایط مورد نیاز برای رسوب سختی.. 63
- 2-22- ایجاد رسوب ها 64
- 2-23- رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم. 68
- 2-24- تاثیر کار سرد بر عملیات پیرسختی.. 70
- فصل3: مواد و روش تحقیق.. 76
- 3-1- مواد مورد آزمایش…. 77
- 3-2- ساخت قالب ECAP. 78
- 3-2-1- قالب اول.. 78
- 3-2-2- قالب دوم. 80
- 3-2-3- قالب سوم. 82
- 3-2-4- قالب چهارم. 83
- 3-3- انجام فرایند ECAP. 83
- 3-4- آزمون سختی.. 84
- 3-5- آزمون کشش…. 84
- فصل4: بحث و نتایج.. 87
- 4-1- بررسی تغییرات خواص مکانیکی آلیاژ 5754Al حین فرایند Ecap. 88
- 4-1-1- تغییرات سختی آلیاژ 5754Al 88
- 4-1-2- تغییرات استحکام و ازدیاد طول آلیاژ 5754Al 89
- 4-2- آنالیز خواص مکانیکی و رفتار تغییر شکل آلیاژ 5754Al 93
- 4-3- توان کار سختی.. 96
- 4-4- کرنش سختی پایین.. 97
- 4-5- بررسی آزمایشات مشابه صورت گرفته برروی آلیاژهای 5xxx. 99
- 4-5-1- بهبود خواص مکانیکی آلیاژ ریخته گری Al5754 به وسیله تغییر شکل پلاستیک شدید 99
- 4-5-2- آنالیز ساختار و خواص مکانیکی آلیاژ ریخته گری شده ی Al5083 Ecap شده. 103
- 4-5-3- بررسی ساختار و خواص مکانیکی آلیاژ Al5005 Ecap شده. 107
- 4-6- مقایسه آزمایشات مشابه با نتایج بدست آمده در این تحقیق.. 109
- 4-7- بررسی تاثیر Ecap بر روی فرایند پیر سازی آلیاژ 7075Al 111
- 4-7-1- سختی نمونههای آلیاژ 7075Al 114
- 4-7-2- تنش تسلیم و استحکام کششی نمونه های آلیاژ 7075Al 117
- 4-7-3- چقرمگی.. 119
- 4-8- بررسی تاثر میزان کار سرد بر روی عملیات حرارتی پیرسختی.. 119
- 4-9- جمع بندی : 123
- 4-10- پیشنهادات.. 124
- مراجع.. 125
- پیوست الف… 134
- پیوست ب.. 148
فصل اول
مقدمه
یکی از رویکردهای جدید در فرآوری مواد فلزی با اندازه دانههای فوق العاده ریز [1](UFG) و ایجاد مواد نانو ساختار، اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید [2](SPD) بر روی فلز اولیه با اندازه دانههای درشت میباشد ]1[. در این زمینه در سالهای اخیر روشهای جدید مختلفی ابداع و تجربه شده است. تاکنون فرآیندهای SPD گوناگونی معرفی شده است که از جمله یکی از مهمترین این روشها، اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید با بکار گیری پرس در کانالهای زاویه دار همسان [3](ECAP) است]2[. Ecap تکنیکی است که در آن تغییر شکلهای پلاستیک بزرگ به وسیله فشار دادن یک میله فلزی (نمونه) در قالبی که محورهای آن تغییر جهت ناگهانی میدهند (که منجر به تغییر شکل برشی میشود)، به نمونه وارد میشود. این روش توسط سگال[4] و همکاران در اوایل دهه 70 ابداع شد]3[. هدف این روش وارد کردن تغییر شکل پلاستیکی شدید به ماده بدون تغییر دادن سطح مقطع نمونهها است. در نتیجهٔ این کار، تکرار تغییر شکل ممکن میشود. در اوایل دهه 90 این روش بیشتر توسعه داده شد و به عنوان یک روش SPD برای ایجاد ساختار با اندازه دانه میکرونی و نانوکریستالی مطرح شد]2[.
از جمله دلایلی که این روش بسیار مورد توجه قرار گرفته میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
الف) از این روش میتوان برای پردازش شمشهای بزرگ استفاده کرد که کاربرد بیشتری دارد
ب) این روش، روش نسبتاً سادهای است
ج) روش Ecap میتواند بر محدودهٔ وسیعی از فلزات و آلیاژها اعمال شود
د) شمش پس از اعمال فرایند دارای همگنی خوبی است
استحکام دهی آلیاژها با روش پیرسختی، برای آلیاژهایی که حد حلالیت فاز ثانویه در فاز زمینه، با کاهش دما، کم میشود روش معمولی و موثری است. تأثیر عمدهٔ این روش در بالا بردن استحکام، زمانی است که رسوبات فاز ثانویه که در مرحلهٔ پیر سازی به وجود میآیند، از پراکندگی بالا و توزیع مناسبی برخوردار باشند. برای این منظور، بهتر است پیرسازی آلیاژ در دماهای پایینتر از دمای حل شدن مناطق [5]GP انجام گیرد. مناطق GP فقط در زیر این دما تشکیل میشوند و بالای این دما در زمینه حل میشوند. مناطق GP با توجه به پراکندگی خوبی که دارند مکانهای مناسبی برای جوانه زنی رسوبات فازهای میانی محسوب میشوند ]4[. پیرسازی در زیر این دما علی رغم بالاتر بردن استحکام آلیاژ بعد از پیرسازی به علت کند بودن نفوذ، فرایندی بسیار زمان گیر است. ادغام فرآیند پیرسختی با یک مرحله کارمکانیکی نظیر نورد، عبور از کانالهای زاویهدار هم مقطع غالباً برای ارتقاء خواص مکانیکی آلیاژها انجام شده است]5[. نابجاییهای ایجاد شده در اثر کار سرد جایگزین مناسبی برای مناطق GP، به عنوان مکانهای مناسب جوانه زنی رسوبات بعدی بوده و امکان پیرسازی در دماهای بالاتر از منطقهٔ انحلال GP و در مدت زمانهای کوتاهتر را به ما میدهد.
آلیاژهای آلومینیوم سری 7000 به علت استحکام بالا و دانسیتهٔ پایین، استفادهٔ گستردهای در صنایع مختلف دارند ]6[. علت استحکام بالای این آلیاژ، توزیع ریز و یکنواخت رسوبات فاز ثانویه در شبکه است که طی عملیات پیر سختی، حاصل میشود. مراحل رسوب گذاری از محلول جامد فوق اشباع تا رسوبات پایدارتر در این آلیاژ به صورت زیر است]7[:
Solid Solution Gp Zones η ή (MgZn2)
روندی که در این پایان نامه دنبال میشود:
در فصل دوم مروری بر منابع مطالعاتی و تحقیقات انجام شده بر روی روشهای تغییر شکل پلاستیک شدید و همچنین پیرسختی و نتایج حاصل از آن خواهیم داشت.
فصل سوم به بررسی قالبهای طراحی شده و ویژگیهای آنها و همچنین تشریح چگونگی انجام و شرایط آزمایش خواهد پرداخت.
در فصل چهارم به بررسی خواص مکانیکی آلیاژ 5754 Al با استفاده از فرایند اکستروژن زاویهای در کانالهای هم مقطع میپردازیم و همچنین اثر فرایند Ecap را بر رسوب سختی آلیاژ 7075Al بررسی میکنیم.
در ادامه یک جمع بندی کلی از کار صورت گرفته و نتایج حاصله ارائه شده است، همچنین مقایسهای بین نتایج بدست آمده دراین آزمایش با نتایج بدست آمده از سایر مقالات صورت گرفته است.
فصل2 *(مروری بر منابع مطالعاتی)
در این فصل به بررسی مقالاتی که در زمینهٔ تغییر شکل پلاستیک شدید ارائه شده است میپردازیم و انواع روشهای Ecap را بررسی میکنیم. دراین فصل همچنین به بررسی فرایند پیرسختی پرداخته شده و دربارهٔ عوامل تأثیر گذار بر روی آن بحث شده است.
آلیاژ 5754 Al یک آلیاژ کارسختی پذیر با استحکام مناسب میباشد. این آلیاژ همچنین دارای خاصیت جوش پذیری مناسبی است و تمام روشهای جوشکاری تجاری به جز لحیم کاری را برای آن میتوان استفاده کرد، همچنین این آلیاژ از مقاومت به خوردگی بالایی برخوردار است به ویژه در محیطهای آب شور و مراکز صنعتی با اتمسفر آلوده. آلیاژ 5754Al بیشتر در ساخت یخچال فریزرها و وسایل کشاورزی کاربرد دارد. این آلیاژ در شرایط آنیل از قابلیت ماشین کاری خوبی برخوردار است. در شرایط کار سرد قابلیت ماشین کاری آن نسبت به حالت آنیل بهبود مییابد. خواص این آلیاژ در جدول (2-1) ارائه شده است]8 [.
Abstract
Equal channel angular pressing (ECAP) is a novel technique for producing ultra fine grain structures in submicron level by introducing a large amount of shear strain into the materials without changing the billet shape or dimensions. in this investigation, al 7075 age-hardenable alloy processed by room temperature ecap immediately after quenching. afterward, samples were aged at 160 °C and 180 °C to investigate the influence of ecap in Supersaturated state on the aging time and the acquired maximum hardness, also al 5754 strain-hardenable alloy was proccessd by ecap for investigate the influnce of ecap on mechanical properties. In this research used from an ecap die whit an angle of 90◦ between the two intersecting channels (Ɵ=90) and Ψ = 20. Ecap processing up to 8 passes for Al5754 and 1 pass for Al 7075 was carried out whit Bc Routate. Ecap for al 7075 alloy Performed Befor and after of quench treatment. Aluminum alloy billet whit the area of 100 mm2 and length of 100 mm were used as the experimental materials. Before each pass of the process, sample were lubricant whit Teflon strip. As the original dimentions of the samples is unchanged.Tensile test and hardness measurement were performed on the sample fore evaluating theire mechanical properties. The result indicated that significance grain refinement was obtain be ecap. Also yield stress and strength stress and hardness increase while elongation of the samples becomes less than half after 1 pass, although there is no additional reduction in the ductility whit increasing ecap passes. In al 7075 alloy, results reveal high decrease in aging time of the specimen which were processed in supersaturated state.
Keywords: Equal channel angular pressing, ECAP, Al7075, Al5754, age-hardenable, aging, mechanical properties
[1] ) UFG (Ultra Fine Grain)
[2] (SPD (Severe Plastic Deformation)
[3] (ECAP (Equal Channel Angular Pressing)
[4](Segal
[5] ) Guinier-Preston Zone Solves
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.