تولید مادهی مرکب زمینه آلومینیم تقویت شده با ذرات میکرونی آلومینا بهروش نورد تجمّعی (ARB) و بررسی تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی آن

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 18، دوره 9، شماره 2، شهریور 1394، صفحه 165-178   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

نفیسه سادات مدقن^{* 1}؛ محمد مزینانی²

¹کارشناسی ارشد، مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشیار، گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

فرایند نورد تجمّعی (ARB) به‌عنوان یکی از روش­های تغییر شکل موم‌سان شدید، در دهه‌ی گذشته مورد توجه زیاد پژوهشگران قرار گرفته است. توزیع نامناسب ذرات تقویت کننده در مواد مرکب زمینه فلزی در فرایند تولید آن‌ها با ریخته­گری، موجب شده است تا پژوهشگران به‌دنبال استفاده از فرایند نورد در تولید آن‌ها باشند. در این پژوهش، ماده‌ی مرکب زمینه آلومینیم تقویت شده با ذرات میکرونی آلومینا (₃O₂vol %Al1-Al) به‌روش نورد تجمّعی پس از شش سیکل نورد تهیّه شد و برای بررسی دقیق­تر روند تغییرات خواص نمونه­های ماده‌ی مرکب تولید شده در هر سیکل، نمونه‌هایی از آلومینیم خالص نیز به‌همین روش تولید شد. ریزساختار نمونه‌ها در جهت نورد و بر روی سطح مقطع عرضی آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی بررسی شد و سطوح مقطع شکست نمونه­های مربوط به سیکل آخر به‌کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. خواص مکانیکی نمونه‌ها با انجام آزمون‌های کشش و اندازه کریستال­های زمینه آلومینیم در سیکل آخر توسط پراش پرتوی ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این آزمون‌ها حاکی از حذف شکاف­ها در فصل مشترک بین لایه‌ها و حفره‌های بین ذرات آلومینا و زمینه آلومینیمی و بهبود توزیع ذرات در زمینه با افزایش تعداد سیکل­های فرایند نورد بود. در حالت کلی با افزایش تعداد سیکل­های نورد، استحکام کششی نمونه‌ها افزایش و انعطاف‌پذیری آن‌ها کاهش یافت و زمینه آلومینیمی با حضور ذرات در نمونه کامپوزیتی نسبت به نمونه غیرکامپوزیتی در همین روش، ریزدانه­تر شد. .

کلیدواژه‌ها

مواد مرکب زمینه فلزی؛ نورد تجمّعی (ARB)؛ 3O2vol.%Al1-Al؛ تغییرات ریزساختاری؛ سطح شکست؛ خواص مکانیکی

مراجع

[1]     Z. Razavi Hesabi, A. Simchi&  S. M. Seyed Reihani, “Structural evolution during mechanical milling of nanometric and micrometric Al₂O₃ reinforced Al matrix composites”, Sharif University of Technology, Materials Science and Engineering A, vol. 428, pp. 159-168, 2006.

[2]     Y. Saito, H. Utsunomiya, N. Tsuji & T. Sakai, “Novel ultra-high straining process for bulk materials-development of the accumulative roll-bonding (arb) process”, Acta mater, Vol. 47, PP. 579-583, 1999.

[3]     M. Alizadeh&  M. H. Paydar, “Fabrication of nanostructure Al/SiC composite by repeated roll-bonding (RRB) process”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 477, pp. 811–816, 2009.

 [4]     C. W. Schmidt, C. Knieke, V. Maier, H. W. Hopple, W. Peoukert&  M. Goken, “Accelerated grain refinement during accumulative roll bonding by nanoparticle reinforcement”, Scripta Materialia, Vol. 64, pp. 245–248, 2011.

 [5]     R. Jamaati&  M. R. Toroghinejad, “Manufacturing of high-strength aluminum/alumina composite by accumulative roll bonding”, Materials Science and Engineering A, Vol. 527, pp. 4146–4151, 2010.

 [6]     L. Cheng, T. Kiet&  D. Wexler, “Significant enhancement of bond strength in the accumulative roll bonding process using nano-sized SiO₂ particles”, Journal of Materials Processing Tech, Vol. 209, pp. 4830-4834, 2009.

[7]     M. Alizadeh&  M. H. Paydar, “Fabrication of nanostructure Al/SiC composite by accumulative roll bonding (ARB) process, Journal of Alloys and Compounds”, Vol. 492, pp. 231–235, 2010.

 [8]     K. Charles, W. Zhirui&  K. Suk-Bong, “Mechanical behavior and microstructural evolution upon annealing oF the accumulative roll-bonding (ARB) processed Al alloy 1100” Materials Science and Engineering A, Vol. 480, pp. 148-159, 2008.

 [9]     N. Chawla&  Y. L. Shen, “Mechanical behaviore of particle rainforced metal matrix composites”, Advanced Engineering Materials, Vol. 6, pp. 1438-1656, 2001.

 [10] I. Topic, H. Werner Ho¨ppel&  M. Go¨ken, “Influence of rolling direction on strength and ductility of aluminium and aluminium alloys produced by accumulative roll bonding”, J Mater Sci, Vol. 43, pp. 7320–7325, 2008.

 [11] S. H. Lee, Y. Sakai&  H. Utsunomiya, “Microstructures and mechanical properties of 6061 aluminum alloy processed by accumulative roll bonding”, Materials Science and Engineering A, Vol. 325, pp. 228-235, 2002.

 [12] G. E. Dieter, Mechanical metallurgy,3^rd ed, McGraw-Hill Boston, pp. 229-231, 1983.

 [13] M. Z. Quadir, M. Ferry & P. R. Munroe, “The initial stages of formation of low angle boundaries within lamellar bands during accumulative roll bonding of aluminum”, Scripta Materialia, Vol. 64, pp. 1106–1109, 2011.

 [14] N. Hansen, X. Huang, R. Ueji&  N. Tsuji, “Structure and strength after large strain deformation”, Material Science and Engineering A, Vol. 387-389, pp. 191-194, 2004.

 [15] M. Mazaheri, H. Abdizadeh&  H. R. Baharvandi, “Development of high-performance A356/nano-Al₂O₃ composites”, Materials Science and Engineering A, Vol. 518, pp. 61–64, 2009.

 [16] L. Ghalandary, “Structural, electrical and mechanical properties of Cu-Ag nano-structure composite material produced by ARB method”, PhD. Thesis, Shiraz university, 2010.