Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,MohammadReza Toroghinejad
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما) محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Reza Rezaei
محمدرضا رضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Effect of ARB process and ageing heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 6061 aluminum alloy
Accumulative roll bonding (ARB) is a severe plastic deformation process to produce high strength metallic sheets with ultra-fine grains. On the other hand, ageing heat treatment is one of the methods for improving mechanical properties of metals. In this study, ARB process was carried out on 6061 aluminum alloy sheets up to 5 cycles at room temperature without lubrication. Then, ageing heat treatment was carried out in two cycles (160°C for 5 hours and 100°C for 48 hours). The quality of roll bonding produced in ARB was investigated using (SEM) and peeling test. Microstructures during ARB and ageing treatment were characterized by transmission electron microscopy (TEM). By using Rietveld method, microstructural parameters such as microstrain and dislocation density were quantitively analyzed. Tensile tests and Vickers microhardness were measured on produced sheets. SEM fractography was also performed in order to clarify the failure mechanism. Moreover, the texture parameter of the ARBed samples was calculated using their XRD patterns and the related equation. Additionally, the texture evolution during ARB process was demonstrated by analyzing the measured pole figures, orientation distribution functions (ODF) and skeleton lines. The SEM observations and peeling test results revealed that the bonding strength of the ARBed sheets was acceptable except those bonds formed in the last cycles. After five cycles, it was found that continuous recrystallization has occurred and the microstructure was covered with the ultrafine equiaxed grains of an average diameter about 230 nm. Three phenomena including grain subdivision, formation of lamellar boundaries (LBs) parallel to the rolling direction and continuous recrystallization (in-situ recrystallization) were identified to be responsible for the grain refinement. The tensile strength and hardness of the 5 cycles ARB processed 6061 aluminum alloy sheet increased about 2.5 times of the initial values, whereas the elongation dropped abruptly at the first cycle and then slightly decreased to around 5% at the 5th cycle. Fracture surface observations showed that failure mode in ARB processed aluminum is internal shearing between voids. After ageing heat treatment in both states (160 °C for 5 hour and 100°C for 48 hour) on ARBed specimens, strength and elongation increased, simultaneously. Microstructural studies and Rietveld method results showed that formation of small precipitates and recovery occurrence were responsible for simultaneous increase in elongation and strength after ageing. Texture evaluations demonstrated that, after five cycles, three components were predominate including dillamore, copper and brass.
فرایند نورد تجمعی (ARB) یکی از روش‌های تغییرشکل پلاستیکی شدید است که برای دستیابی به مواد فلزی با اندازه دانه‌های بسیار ریز (زیر میکرون) و با استحکام بالا استفاده می‌شود. از طرفی عملیات حرارتی پیرسازی با تشکیل رسوبات در ریزساختار یکی از روش‌های بهبود خواص مکانیکی فلزات است. در این پژوهـش، ابتدا فرایند ARB روی آلیاژ آلومینیوم 6061 تا پنج سیکل در دمای اتاق و در شرایط بدون روانکار انجام شد. سپس عملیات حرارتی پیرسازی در دو حالت مختلف (دمای C°160 به مدت 5 ساعت و دمای C°100 به مدت 48 ساعت) روی نمونه‌ها اعمال شد. کیفیت جوش نوردی ایجاد شده در فرایند ARB توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و همچنین آزمون پیلینگ مورد ارزیابی قرار گرفت. تغییرات ریزساختاری در حین ARB و عملیات حرارتی پیرسازی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مطالعه گردید. پارامترهای ریزساختاری نظیر میکرو‌کرنش و چگالی نابجایی‌های تولیدی در ورق‌های ARB شده و ARB و سپس پیر شده با به کارگیری روش ریت‌ولد تخمین زده شد. به ‌منظور ارزیابی خواص مکانیکی، از آزمون‌های کشش تک‌محوری و سختی‌سنجی استفاده شد. پس از انجام آزمون کشش، سطح شکست نمونه‌ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر آن بافت نمونه‌های ARB شده در فاصله 25/0 میلی‌متری از سطح، توسط اندازه‌گیری پارامتر بافت و شکل‌های قطبی و توابع توزیع جهت (ODF) به ‌دست آمده از دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) مجهز به زاویه‌یاب، ارزیابی شد. نتایج حاکی از ایجاد جوش ‌نوردی مناسب بین لایه‌های مختلف به جز لایه‌های‌ ایجاد شده در سیکل آخر بود. مطالعات ریزساختاری حین فرایند ARB نشان داد که مکانیزم ریز شدن دانه‌ها شامل سه پدیده تفکیک دانه‌ها، شکل‌گیری مرزهای با زاویه زیاد و در نهایت تبلور‌مجدد پیوسته می‌باشد. نتایج حاصل از آزمون‌های مکانیکی نشان دادند که پس از پنج سیکل ‌ARB، استحکام کششی و سختی تقریبا به 5/2 برابر استحکام کششی اولیه (نمونه آنیل شده) رسید، در حالی‌که ازدیاد طول افت شدیدی در سیکل اول داشت و پس از آن با ادامه فرایند، به آرامی کاهش پیدا کرد تا پس از پنج سیکل به حدود 5% رسید. با بررسی سطح شکست مشخص گردید که شکست در نمونه‌های ARB شده به‌ صورت داکتیل و با مکانیزم جوانه‌زنی، رشد و به هم پیوستن حفرات رخ داده است. پس از انجام عملیات حرارتی پیرسازی در هر دو حالت روی نمونه‌های ARB شده، استحکام و انعطاف‌پذیری افزایش یافت. مطالعات ریزساختاری و آنالیز پراش پرتو ایکس نشان ‌داد که افزایش همزمان استحکام و انعطاف‌پذیری به علت تشکیل رسوبات ریز و وقوع بازیابی در ریزساختار است. مطالعات بافت در نمونه‌ها نشان داد که پس از پنج سیکل ARB، مؤلفه‌های قوی شامل دیلامور، مس و برنج بودند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی