کاربر:صفاحی

پارامترهای فرآیند ECAP بر ميزان سختی آلياژ منيزيم

‌نياز روز افزون به آلياژهايي با خواص مکانيکي ايده آل در صنايع مختلف در  سالهاي اخير بيش از پيش احساس مي شود. به همين منظور بهبود خواص مکانيکي مواد، موضوع مورد تحقيق خيلي از محققان بوده است . فرايند فشار در کانال مساوی زاویه دار(به انگلیسی: Equal Channel Angular Pressing) با اعمال کرنش هاي شديد پلاستيکي در سطح مقطع نمونه قابليت توليد مواد نانو ساختار در مواد مختلف را دارا مي باشد. در اين تحقيق تلاش شده است که به بررسي روش هاي ممکن جهت بهبود خواص مکانيکي آلياژ منیزیم که داراي قابليت شکل پذيري پاييني در دماي اتاق مي باشد، توسط فرايند ECAP پرداخته شود. به منظور بررسي خواص مکانيکي حاصل از فرايند، از آزمون ميکرو سختي در نمونه هاي فرآوري شده استفاده شد. بررسي نتايج نشان داد مقادير سختي سطح مقطع نمونه در پاس اول به مقدار قابل توجهي افزايش يافته و در پاس دوم نيز روند افزايش با شدت کمتري ادامه يافته است اما در پاس سوم تقريبا ثابت و در پاس چهارم کاهش اندکي داشته است . کاهش در مقدار سختي را مي توان به دليل پديده نرم شوندگي در ماده و تغييرات ايجاد شده در بافت نمونه دانست . همچنين نقش دماي فرايند بر مقادير سختي را مي توان بدين گونه بيان کرد که تقريبا همواره با افزايش دما کاهش مقادير سختي را خواهيم داشت . افزايش سرعت پرسکاري به معني افزايش نرخ کرنش است که اين عامل علي رغم افزيش در مقدار سختي سبب غير يکنواخت شدن توزيع سختي در سطح مقطع نمونه ها مي شود.فشار در کانال مساوی زاویه‌دار

روش آزمایش

در اين قسمت نتايج حاصل از آزمايشات تجربي مورد بررسي قرار گرفته است . در ابتدا با توجه به خواص مکانيکي اوليه آلياژ و سپس با در نظر گرفتن شرايط دمايي و سرعت پرس و تعداد پاس مختلف پرداخته شده است . بدين منظور در روش تجربي نمونه ها تحت سه دما و دو نوع سرعت پرس توسط فرآيند ECAP در پاسهاي مختلف فرآوري شده و سپس به منظور بررسي اثر هريک از اين پارامترها بر روي خواص آلياژ منیزیم تست هاي سختي سنجي صورت گرفته است . آلياژ هاي منيزيم به دليل قابليت شکل پذيري پايين معمولا در فرآيند هايي که داراي تغيير شکل پلاستيکي شديد باشد دچار شکست مي شوند . اما در کار حاضر اين امر مجددا تکرار شده تا نحوه و ميزان شکست مشاهده شود. به همين منظور فرايند ECAP در دماي اتاق انجام شد و مطابق انتظار نمونه در همان ابتداي فرايند دچار شکست کامل شد. پس از انجام فرايند در دماي اتاق ، به منظور مشخص شدن دماي مناسب جهت انجام موفق فرايند، دماي قالب و نمونه بالا برده مي شود. در ابتدا دماي  ١٤٠ درجه سانتی گراد انتخاب شد و فرايند در دو سرعت پرسکاري ١٠ میلی متر بر دقیقه و ١٠٠میلی متر بر دقیقه انجام شد. در اين دما نيز نتيجه کار شکست نمونه را نشان داد به صورتي که در هر دو سرعت پرسکاري، نمونه از ابتدا تا انتهاي طول خود دچار قاچ خوردگي شد. در ادامه با افزايش دما از١٤٠ درجه سانتی گراد به ١٨٠ درجه سانتی گراد فرايند بدون شکست براي نمونه انجام شد. نمونه ECAP شده که به صورت سالم طول مسير کانال را طي کرد.در بيشتر کارهاي انجام شده دمايي بالاتر از اين دما براي انجام فرايند در نظر گرفته شده است . بنابراين علاوه بر دماي ذکر شده دماي ٢٢٠ درجه سانتی گراد نيز به عنوان دماي فرايند انتخاب شد و در ادامه آزمايشات اين دما نيز به عنوان دماي فرايند در نظر گرفته شد.

نتایج آزمایش

تعداد پاس

به منظور بررسي اثر تعداد پاس بر ميزان سختي نمونه ها، شرايط دمايي ١٨٠درجه سانتی گراد و سرعت پرسکاري ١٠٠ میلی متر بر دقیقه در نظر گرفته شد. نمونه ها در تعداد پاس ١، ٢، ٣ و ٤ تهيه شد و مقادير سختي براي نقاط مختلف سطح مقطع نمونه ها محاسبه شد. اثر فرايند ECAP در پاس اول بر مقادير سختي مشخص است به گونه اي که در تمامي نقاط مقادير سختي افزايش يافته است . در پاس دوم نيز روند افزايش مقادير سختي ادامه مي يابد ولي در پاس سوم تقريبا ثابت مانده نهايتا در پاس چهارم با افت کمي در مقادير سختي همراه است . اين کاهش در مقدار سختي به دليل پديده نرم شوندگي در ماده و تغييرات ايجاد شده در بافت نمونه مي باشد. از جمله نکات قابل توجه يکنواختي بيشتر در مقادير سختي واقع بر خط افقي سطح مقطع نسبت به خط قائم است که با توجه به ماهيت فرايند ECAP و توزيع کرنش هاي اعمالي بر مقطع قابل توجيه مي باشد.

دما

در فرايند ECAP پارامتر دما به عنوان عامل موثر در افزايش قابليت شکل پذيري نمونه در طي فرايند معرفي مي شود. به طور طبيعي همواره با افزايش دما مي توان اين انتظار را داشت که فرايند براي نمونه با سهولت بيشتري انجام شود اما دما مي تواند عامل تعديل کننده خواص مکانيکي بعد از فرايند هم باشد چراکه مي تواند عاملي براي تغييرات در ريزساختار نمونه شود. در اينجا با در نظر داشتن دو دماي ١٨٠درجه سانتی گراد و ٢٢٠درجه سانتی گراد ، اثر اين پارامتر بر سختي نمونه هاي فرآوري شده تک پاس در سرعت پرس ١٠٠ میلی متر بر دقیقه بررسي شده است . در اينجا نيز مي توان اثر پاس اول فرايند در دماي ٢٢٠ درجه سانتی گراد نسبت به نمونه اوليه را مشاهده کرد. به صورتي که در اين دما نيز تقريبا تمامي نقاط مقادير سختي بالاتر از نمونه بدون ECAP قرار گرفته است . از نکات قابل ذکر کمتر بودن مقادير سختي نمونه ECAP شده در دماي ٢٢٠ درجه سانتی گراد نسبت به نمونه با دماي ١٨٠درجه سانتی گراد مي باشد. افزايش دما علي رغم بهبود شرايط شکل پذيري آلياژ سبب افت در خواص مکانيکي مي شود که دليل آن به تغييرات ايجاد شده در ساختار متالورژيکي بر مي گردد. همچنين شاهد يکنواختي بيشتر مقادير سختي در مسيرهاي تعيين شده براي نمونه با دماي ١٨٠ درجه سانتی گراد نسبت به نمونه با دماي ٢٢٠درجه سانتی گراد هستيم . دليل اين امر را مي توان در توزيع کرنش هاي اعمال شده به مقطع نمونه در دو شرايط ذکر شده دانست به گونه اي در نمونه با دماي پايين تر توزيع يکنواخت تري براي کرنش خواهيم داشت .

سرعت پرسکاري

همچنين اثر سرعت بر سختي نمونه حاصل از فرايند ECAP، با دو سرعت و در دو دما به صورت تک پاس بررسي شده است . مقايسه نتايج در دماي ١٨٠ درجه سانتی گراد نشان مي دهد که مقادير سختي در سرعت ١٠٠میلی متر بر دقیقه در يک روند مشابه بالاتر از نمونه ي با سرعت ١٠میلی متر بر دقیقه قرار گرفته است اين در حالي است که در دماي ٢٢٠ درجه سانتی گراد نتايج سختي داراي غير يکنواختي بيشتري مي باشند. البته در شرايط دمايي ٢٢٠ درجه سانتی گراد نيز مي توان شاهد بيشتر بودن مقادير سختي در نمونه با سرعت ١٠٠میلی متر بر دقیقه نسبت به سرعت ١٠میلی متر بر دقیقه بود. که در حالت کلي مي توان اين نتيجه گيري را داشت که افزايش سرعت پرسکاري فرايند مي تواند در افزايش سختي نمونه ها موثر باشد همچنين اين افزايش ممکن است سبب افزايش غيريکنواختي در توزيع مقادير سختي در سطح مقطع شود که در نمونه هاي با دماي ٢٢٠ درجه سانتی گراد بيشتر قابل رويت است .

جمع بندی

در اين تحقيق اثر فرايند ECAP بر خواص مکانيکي و ريزساختاري آلياژ منیزیم بررسي شد. به همين منظور آزمايشاتي بر اساس پارامترهاي دما و سرعت فرايند و تعداد پاس طراحي انجام شد. نتايج کار بر اساس آزمون سختي ارائه گرديد سپس با دسته بندي پارامترهاي دخيل در فرايند مقادير هر يک از نتايج براي نمونه با هم مقايسه گرديد. نتايج حاصل را ميتوان بدين گونه بيان کرد که با انجام اولين پاس فرايند شاهد افزايش قابل توجهي در مقادير سختي سطح مقطع نمونه خواهيم بود که اين مقادير در پاس دوم نيز افزايش مي يابد اما با شدت کمتري با افزايش تعداد پاس از دو پاس بيشتر اثر چنداني در سختي نمونه نخواهد داشت و حتي در پاس چهارم سبب کاهش آن نيز مي شود. اين کاهش در مقدار سختي به دليل پديده نرم شوندگي در ماده و تغييرات ايجاد شده در بافت نمونه مي باشد. نقش دماي فرايند بر مقادير سختي را مي توان بدين گونه بيان کرد که تقريبا همواره با افزاش دما کاهش مقادير سختي را خواهيم داشت . همچنين افزايش سرعت پرسکاري به معني افزايش نرخ کرنش است سبب غير يکنواخت شدن توزيع سختي در سطح مقطع نمونه ها مي شود.

جستارهای وابسته

فشار در کانال مساوی زاویه دار آلیاژ منیزیم

ریز ساختار

منیزیم

منابع

1. HU Hong-jun, ZHANG Ding-fei, PAN Fu-sheng.(2010),”Die structure optimization of equal channel angular extrusion for magnesium alloy based on finite element method” Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 20, pp 259-266
2. Ratna sunil, B., Krishna kumar, K., Sampath kumar T. S. (2014),“ effect of processing route and working temperature on microstructure evolution of AZ31 magnesium alloy during equal channel angular pressing” procedia materials science, 5, pp 841-846
3. Jahadi naeini, R., Sedighi, M., Jahedmotlagh, H. R. (2015) ,” effect of equal channel angular pressing on microstructure of AM30 magnesium alloy” journal of advance materials in engineering, , 33(3), pp13-20
4. Muralidhar, A., Narendranath, S., shivananda, H. (2013),” effect of equal channel angular pressing on wrought magnesium alloy” journal of magnesium and alloys, 1, pp 336-340
5. Basavaraj, V., Patil, Chakkingal, U and Prasanna Kumar, T. S. (2010),”influence of outer corner radius in Equal Channel Angular Pressing” Journal of Engineering and Technology, 62