SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad
محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Mohamad Bakhshian bafrani
محمد بخشیان بافرانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Characterization of Fine Grained Cu/TiC Composite Produced by Accumulative Roll Bonding (ARB)
In this study, rolling processes for producing the copper/titanium carbide composite were used for first time. In general, two major methods for producing the composites were used: (a) Continual Annealing and Roll Bonding (CAR) process and (b) Accumulative Roll Bonding (ARB) process. Effective parameters on bond strength of strips were evaluated by peeling test. Microstructural observations during CAR and ARB processes were investigated by optical microscopy. In order to investigate of mechanical properties of the produced composites, tensile and hardness tests were used. Evaluation of fractured surfaces was carried out by scanning electron microscopy (SEM). Investigation of texture parameter was performed by X-ray analysis. Electrical resistance of samples was measured by four probes instrument. In order to determine the grain size of samples produced by CAR and ARB processes, metallography and MAUD software were used.The obtained results from peeling test showed that sticking and bounding strength between copper layers increases with increase in thickness reduction. This increase is not related to presense of TiC powder between copper layers. In 85% thickness reduction, because of high bonding strength between layers, fracture is not occurred in interface of layers. Microscopic observation show that tearing occurred inside of copper layers. Also the bonding strength increases with increase in TiC particle size and decrease in added powder content between copper layers. The drived results from composite production by both CAR and ARB methods revealed that when the number of cycles was increased, porosities were decreased and the distribution of TiC particles in the copper matrix was improved. Also, tensile strength of the composites produced by ARB method improved by 2.6 times compared to that of the annealed copper (as the raw material) while the elongation reduced to 11.39%. The tensile strength of Cu-2%TiC composite and copper layer without reinforcement particles that have been produced by ARB method after 10 th cycle are obtained 321 and 232 MPa, respectively. The tensile strength of composite manufactured by CAR is 1.7 times higher than anealed copper. The elongation of this composite was obtained about 40%. The tensile strength of the composites produced by both method was increased by increasing the number of cycles. Finally, the SEM observations were revealed that the failure mode of ARB-processed composites was shear ductile rupture type. Texture parameter investigation was indicated that for samples produced by CAR process, dominant texture was (111) while for samples produced by ARB process, it was (200) and (220), this aspect demonstrated that it is increased the shear stress to initiate of deformation, as a result, the strength increases. Electrical resistance of the composites produced by CAR and ARB was equal to 61 and 68 m?. The grain size of copper and composite produced by CAR process was 70 and 40 ?m, respectively, after tenth cycle, while in the ARB process it was 98 Keywords : Metal matrix composite (MMC), Continual annealing and roll bonding (CAR), Accumulative roll bonding (ARB), Bond strengthو Microstructure, Mechanical properties, Fractography, Texture parameter, Electrical resistance, Reitveld method. In this study, rolling processes for producing the copper/titanium carbide composite were used for first time. In general, two major methods for producing the composites were used: (a) Continual Annealing and Roll Bonding (CAR) process and (b) Accumulative Roll Bonding (ARB) process. Effective parameters on bond strength of strips were evaluated by peeling test. Microstructural observations during CAR and ARB processes were investigated by optical microscopy. In order to investigate of mechanical properties of the produced composites, tensile and hardness tests were used. Evaluation of fractured surfaces was carried out by scanning electron microscopy (SEM). Investigation of texture parameter was performed by X-ray analysis. Electrical resistance of samples was measured by four probes instrument. In order to determine the grain size of samples produced by CAR and ARB processes, metallography and MAUD software were used.The Keywords : Metal matrix composite (MMC), Continual annealing and roll bonding (CAR), Accumulative roll bonding (ARB), Bond strengthو Microstructure, Mechanical properties, Fractography, Texture parameter, Electrical resistance, Reitveld method.
در این پژوهش، از فرایندهای مختلف نورد برای ساخت کامپوزیتهای زمینه فلزی مس/ کاربید تیتانیوم استفاده گردید. برای تولید این کامپوزیت از دو روش استفاده شد که عبارت اند از: الف) آنیل و نورد اتصالی مکرر(CAR) و ب) نورد تجمعی (ARB). ذرات تقویت کننده کاربید تیتانیوم به زمینه فلزی مسی اضافه گردید. استحکام پیوند بین ورقها و پارامترهای تأثیرگذار روی آن توسط آزمون لایه کنی مورد ارزیابی قرار گرفت. تغییرات ریزساختاری کامپوزیتها حین فرایندهای مختلف تولید در این پژوهش توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی کامپوزیتهای ساخته شده از آزمایشهای کشش تک محوری و سختی سنجی استفاده شد. بررسی سطح شکست نمونهها پس از انجام آزمایش کشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گردید. همچنین بررسی های پارامتر بافت با استفاده از پراش پرتو ایکس صورت گرفت. اندازه گیری مقاومت الکتریکی نمونه ها به وسیله دستگاه چهار پروبه صورت گرفت. اندازه دانه ها برای نمونه های ساخته شده به روش CAR و ARB به ترتیب توسط متالوگرافی و نرم افزار MAUD صورت گرفت. نتایج حاصل از آزمون لایه کنی نشان داد که با افزایش مقدار کاهش ضخامت، چسبندگی و استحکام پیوند بین لایه های مسی در حضور و عدم حضور ذرات پودر TiC افزایش می یابد. در کاهش ضخامت 85% به دلیل چسبندگی بالای بین لایه ها، شکست در خود نمونه های مسی رخ داده است. با افزایش اندازه ذرات ژودر TiC و کاهش مقدار پودر اضافه شده بین لایه های مسی استحکام پیوند افزایش می یابد. نتایج حاصل از تولید کامپوزیت به وسیله هر دو روش CAR و ARB نشان داد که با افزایش تعداد سیکلهای فرایند، تخلخل در نمونهها کاهش یافته و توزیع ذرات کاربید تیتانیوم در زمینه مسی بهبود یافت. تولید این کامپوزیت توسط روش نورد تجمعی منجر به افزایش 6/2 برابری استحکام کششی نسبت به نمونه اولیه شد در حالی که ازدیاد طول به 39/11% کاهش پیدا کرد. استحکام کششی کامپوزیت Cu-2%TiC و مس بدون ذرات تقویت کننده تولید شده به روش ARB پس از سیکل دهم به ترتیب 496 و 445 مگاپاسگال به دست آمد. برای نمونه های کامپوزیتی و مس بدون ذرات تقویت کننده تولید شده به روش CAR استحکام کششی به ترتیب 321 و 232 مگاپاسگال حاصل شد. در واقع استحکام کششی کامپوزیت تولید شده به روش CAR، 7/1 برابر نمونه مس آنیل شده می باشد. مقدار ازدیاد طول برای نمونه کامپوزیتی 40% است. همچنین افزایش تعداد سیکل منجر به بهبود استحکام کششی در نمونهها گردید. با بررسی سطح شکست مشخص شد که شکست در کامپوزیتهای ساخته شده توسط فرایند های CAR و ARB به صورت داکتیل با مکانیزم دیمپل های برشی اتفاق افتاده است. بررسی های بافت نمونه ها نشان داد که صفحه (111) بافت غالب برای نمونه های تولید شده به روش CAR را تشکیل می دهند در حالی که برای نمونه های تولید شده به روش ARB صفحات (200) و (220) بافت غالب را تشکیل می دهند که این خود نشان دهنده افزایش میزان تنش برشی لازم برای تغییر شکل و در نتیجه افزایش استحکام می باشد. مقاومت الکتریکی نمونه کامپوزیتی تولید شده به روش CAR و ARB به ترتیب برابر با 61 و 68 میکرواهم می باشد. اندازه دانه برای نمونه های مس و کامپوزیتی تولید شده به روش فرایند CAR به ترتیب حدود 70 و 40 میکرومتر می باشد. توسط روش ریت ولد برای نمونه های مسی و کامپوزیتی تولید شده به روش ARB اندازه دانه پس از سیکل دهم حدود 98 و 87 نانومتر بدست آمد. کلمات کلیدی :کامپوزیتهای زمینه فلزی، نورد اتصالی سرد (CRB)، نورد تجمعی (ARB)، آنیل و نورد اتصالی مکرر (CAR)، استحکام پیوند، ریزساختار، خواص مکانیکی، بررسی سطوح شکست، پارامتر بافت، مقاومت الکتریکی، روش ریت ولد.