Skip to main content
SUPERVISOR
محمدرضا طرقی نژاد (استاد مشاور) احمد منشی (استاد راهنما) خسرو فرمنش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Javad Moradgholi
جواد مرادقلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of mechanical properties of CP Ti/NanoTiO2 produced by ARB process
In this study, a commercially pure titanium (CP Ti) sheet was produced by the ARB process. Then, the mechanical properties of monolithic and nanocomposites specimens manufactured using 0.1, 0.3, and 0.5 wt% TiO2 nanoparticles as the reinforcement were investigated at different ARB cycles. The results showed improvement in the mechanical properties of specimens with the addition of TiO2 nanoparticles, as their yield strength and ultimate tensile strength were increased by increasing the TiO2 nanoparticles percent. In this regard, the ultimate tensile strength of the monolithic specimen reached to 810 MPa, while it was 980 MPa, 1040 MPa, and 1085 MPa after applying 8 ARB cycles for 0.1 wt%, 0.3 wt% and 0.5 wt% nanocomposite specimens, respectively. However, the ultimate tensile strength of the as-received CP Ti sheet was 285 MPa. Moreover, the yield strength and the ultimate tensile strength were increased by increasing the number of ARB cycles and the total elongation; on the other hand, in the monolithic and nanocomposite specimens, it was decreased by increasing the number of ARB cycles. Grain refinements due to severe strain, work hardening and TiO2 nanoparticles reinforcements were the main causes accounting for the improved mechanical properties. Recovery and dynamic recrystallization were two phenomena observed via TEM studies in the ARB process, leading to the development of equiaxed grains in the final ARB cycles. By adding TiO2 nanoparticles, mechanical properties and work hardening coefficient were found to be increased, as compared to those of the monolithic samples. TiO2 nanoparticles, after being distributed in titanium matrix through the ARB process, caused pin dislocations. As clearly shown in TEM images, dislocation tangles around TiO2 nanoparticles acted as the main mechanism improving the work hardening coefficient.
در پژوهش حاضر، به منظور تولید نانوکامپوزیت CP Ti/NanoTiO2، تیتانیم خالص تجاری تحت تغییر شکل پلاستیکی شدید با اعمال فرآیند اتصال نورد تجمعی (ARB) قرار گرفت. نانوذرات اکسید تیتانیم در درصدهای مختلف 1/0، 3/0 و 5/0 درصدوزنی در اولین مرحله از فرآیند ARB اضافه شد و استحکام پیوند مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد با افزایش درصد نانوذرات، استحکام پیوند کاهش یافت. به‌گونه‌ای که با اضافه شدن درصدهای بیشتر از 5/0 درصد وزنی نانوذره استحکام پیوند غیر قابل قبول بود. اتصال بین لایه‌ها در این فرآیند توسط میکروسکوپ نوری و نیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد با افزایش تعداد پاس فرآیند ARB، پیوند لایه‌ها بهبود یافته به‌گونه‌ای که در پاس انتهایی فرآیند تفاوتی در اتصال بین ورق در نمونه‌ها مشاهده نشد. برای بررسی توزیع نانوذرات در زمینه، نمونه‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد ارزیابی قرار گرفتند و مشاهده شد، با افزایش تعداد پاس فرآیند، توزیع نانو ذرات بهبود یافته است. به‌گونه ای که در پاس انتهایی فرآیند، توزیع مناسب نانوذرات در تمامی درصدهای نانوذرات مشاهده شد. نمونه‌های تولیدی مورد مشخصه‌یابی وآنالیزهای مکانیکی قرار گرفت و مشاهده شد با افزایش درصد نانوذرات اکسید تیتانیم از 1/0 تا 5/0 درصدوزنی، استحکام کششی افزایش واز مقدار اولیه(MPa) 282 به بیش از (MPa)1100 افزایش یافت. همچنین مشاهده شد سختی با افزایش درصد نانوذرات و نیز افزایش تعداد پاس فرآیند افزایش یافته، واز مقدار اولیه 160ویکرز به اعداد بالاتر از 400 ویکرز رسید. میزان ازدیاد طول با افزایش تعداد پاس فرآیند کاهش یافته و با افزایش درصد نانوذرات از مقدار اولیه 46% به حدود 9% رسید. ریزساختار توسط TEM مورد ارزیابی قرارگرفت و مشخص شد، با افزایش تعداد پاس فرآیند ARB، ریزشدن و یکنواختی ریزساختار، تبلور مجدد دینامیکی، تجمع نابجایی‌ها در مرز دانه‌ها و اطراف نانوذرات در پاس‌های مختلف فرآیند ودرصدهای متفاوت از نانوذرات مشاهده شد. از آنالیز XRD به عنوان روشی تکمیلی در کنار تصاویر میکروسکوپی TEM، برای محاسبه اندازه کریستال‌ها و دانسیته نابجایی‌ها بهره گرفته شد که هم‌پوشانی مناسبی با نتایج TEM مشاهده شد. اندازه دانه‌ها پس از اعمال 8 پاس از فرآیند، برای تمام نمونه ها به کمتر از 100نانومتر رسید. ارزیابی سطح شکست نمونه‌ها حاکی از فعال بودن مکانیزم شکست نرم با حفره‌های برشی در پاس های ابتدایی فرآیند و تبدیل به مکانیزم شکست نرم با حفره‌های هم محور در پاس‌های انتهایی فرآیند، بود. نمونه‌ها پس از 8 پاس فرآیند، تحت آنیل در دماهای 400 و 500 درجه سانتی گراد قرار گرفته و خواص مکانیکی آن‌ها توسط آزمون پانچ برشی مورد ارزیابی قرار گرفت. تصاویر TEM، ایجاد تبلور مجدد در ریزساختار را نشان داد که در نمونه نانوکامپوزیتی، مرزدانه‌های تبلور مجدد یافته توسط نانوذرات کنترل و مهار شده است. این امر باعث شد کاهش استحکام قابل قبول (MPa800 ) در مقایسه با افزایش حدود 25% ازدیاد طول مشاهده شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی