دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی مواد و متالورژی

  محمدحسین گودرزی (دانشجوی دوره دکتری دانشکده مهندسی مواد و متالورژی)، نوزدهم بهمن ماه 1392 از رساله دکتری خود با عنوان « بررسی تاثیر فرایند تغییر شکل شدید ECAP بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم 2024» دفاع می کند.

  چکیده این رساله که راهنمایی آن را دکتر محمد علی بوترابی و دکتر حسین عربی و مشاوره آنرا دکتر سیدحسین سیدین بر عهده دارند، به شرح زیر است. ضمنا این جلسه دفاعیه ساعت 15 در محل سالن کنفرانس اساتید دانشکده مهندسی مواد و متالورژی برگزار می شود.

  چکیده

  در این تحقیق، تغییر شکل شدید آلیاژ 2024 آلومینیم با استفاده از روش فشردن در کانال­های زاویه­دار هم مقطع (ECAP) در نرم افزار ABAQUS ، شبیه­سازی گردیده و وابستگی تغییرات کرنش و تناژ فرایند (در قالبی با زاویه ^o 90 بین دو کانال)، به تغییرات ضریب اصطکاک و زاویه گوشه خارجی قالب بررسی شد. پس از طراحی و ساخت قالب، آلیاژ 2024 آلومینیم در دمای اتاق تحت تغییر شکل شدید قرار گرفت. در این خصوص نحوه سیلان ماده در حین ECAP با استفاده از نمونه­های مش خورده بررسی شد و تاثیر عملیات­های حرارتی­ آنیل جزئی و انحلالی قبل از تغییر شکل، و همچنین عملیات پیرسازی پس از تغییر شکل، بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ ارزیابی گردید. همچنین در نمونه­های آنیل انحلالی، رفتار حرارتی و الگوهای تفرق اشعه ایکس در قبل و بعد از تغییر شکل بررسی شد و مدل استحکامی ماده تعیین گردید.

  نتایج شبیه­سازی نشان داد که مهمترین عامل مؤثر بر یکنواختی کرنش، زاویه گوشه خارجی در محل تقاطع دو کانال بوده در حالیکه عامل اصلی در افزایش تناژ فرایند و کاهش ناحیه مرده در گوشه خارجی قالب، ضریب اصطکاک است. بررسی نحوه سیلان نمونه­های مش خورده در محل تقاطع دو کانال­ نشان داد که المان­ها به میزان ^o 5/26 نسبت به محور افقی چرخش داشته و همزمان در اثر فرایند لغزشِ ناشی از تغییر شکل برشی به میزان دو برابر، افزایش طول می­دهند.

  نمونه­های با آنیل جزئی تا چهار پاس قابلیت تغییر شکل داشته ولی نمونه با آنیل انحلالی بیش از یک پاس قابلیت تغییر شکل از خود نشان نداد. استحکام تسلیم و درصد افزایش­طول نمونه آنیل انحلالی پس از یک پاس ECAP به مراتب بهتر از موارد مشابه در نمونه آنیل جزئی پس از چهار پاس ECAP بود. نتایج بدست آمده نشان داد که تنش تسلیم آلیاژ 2024 از MPa 180 در حالت آنیل انحلالی به MPa 575 پس از یک پاس ECAP افزایش می­یابد در حالیکه تنش تسلیم ماده، از MPa 170 در حالت آنیل جزئی به MPa 450 پس ازچهار پاس ECAP افزایش یافت. ارزیابی نتایج پیرسازی نمونه آنیل انحلالی شده نشان می­دهد که پیرسازی مصنوعی پس از ECAP خواص مکانیکی آلیاز را حداکثر 5 درصد بهبود می­دهد. این موضوع بیانگر بکارگیری حداکثر ظرفیت پیرسازی آلیاژ 2024 در حین ECAP در دمای اتاق است و لذا نیازی به پیرسازی مصنوعی پس از ECAP نمی­باشد. در ریزساختار نمونه­های آنیل انحلالی پس از یک پاس ECAP تعداد زیادی باندهای برشی کوتاه در مقطع طولی نمونه­ها مشاهده گردید. این باندها سبب خردایش ناهمگون دانه­ها در مقطع عرضی می­شوند. در حالیکه ریزساختار نمونه­های­ آنیل جزئی پس از ECAP فاقد باندهای برشی بوده؛ در نتیجه از شکل­پذیری بیشتری برخودار بودند.

  در ارزیابی الگوهای تفرق اشعه ایکس از نمونه آنیل انحلالی، ضریب تباین نابجایی­ها محاسبه شد و بر اساس روش­های اصلاح شده ویلسامسون-هال و وارن-آورباخ در تحلیل الگوهای تفرق نشان داده شد که میانگین اندازه نواحی کریستالی از m 83/0 در نمونه آنیل انحلالی به nm 210 پس از یک پاس ECAP کاهش یافته و چگالی نابجایی­ها از m^-2 10¹² ´ 28/4 به m^-2 10¹⁴ ´ 41/2 افزایش می­یابد. همچنین درصد نابجایی­های لبه­ای از %43 در نمونه آنیل انحلالی به %74 پس از یک پاس ECAP افزایش می­یابد.

  بررسی رفتار حرارتی نشان داد که آنتالپی و دامنه دمایی تحولات پیرسازی در نمونه آنیل انحلالی پس از ECAP بعلت افزایش قابل­توجه چگالی نابجایی­ها و تقویت پدیده نفوذ، کاهش می­یابد.

  براساس مدل بدست آمده برای افزایش استحکام نمونه آنیل انحلالی پس از یک پاس ECAP ، مشخص گردید که بترتیب، افزایش چگالی نابجایی­ها، پیرکرنشی دینامیکی، پیرسازی مصنوعی، استحکام دهی محلول جامد و کاهش اندازه دانه در استحکام­دهی نمونه ECAP شده نقش دارند.

  واژه­های کلیدی: ECAP ، آلیاژ آلومینیم2024، شبیه­سازی، پیرکرنشی، باندهای برشی، ضریب تباین نابجایی، مدل استحکام­دهی.

  ایمیل دانشجو: mh_goodarzy@iust.ac.ir