Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
MOHAMAD JAVAD MORADI ZANIANI
محمدجواد مرادي زانياني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Fabrication and Characterization of Al/Al3Ti Nanocomposite by Accumulative Roll Bonding and Friction Stir Processing Hybrid Method
Aluminum alloys are used in various industries but they suffer from several limitations such as low hardness and strength. To overcome these problems several approaches have been suggested including producing a composite of aluminum by adding a hard phase. Further, refinement of the grain size can significantly improve the properties of aluminum. In this research in situ aluminum-titanium nanocomposite was fabricated by a combination of accumulative roll bonding (ARB) and friction stir processing (FSP). ARB continued to 3 cycles and FSP performed for 5 passes with 16 mm.min -1 line speed and 1600 rpm rotation speed. Structure and properties of nanocomposite was investigated by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermal analysis (DSC, DTA) and hardness test. It was found that with increasing in number of ARB cycles Ti layers were broken to smaller particles. Annealing after ARB causes formation of primary Ti-Al intermetallic particles. FSP of these samples formed a nanostructure consisting of Ti and Ti-Al intermetallic compounds in Al matrix. Ti-Al intermetallic compounds formed in this step because of exothermic reaction between Ti and Al and also heat released during the FSP process. XRD results showed that the type of titanium aluminides that produced during FSP was TiAl 3 . XRD patterns also showed some not-reacted initial Ti particles in the composites. The hardness of ARB sample reduced to 28 BHN remarkably after annealing at 600°C for 180 minutes. Structure of nanocomposite refined and its hardness increased after FSP process. Maximum hardness was 81.4 BHN which was obtained after 3 passes of FSP. Keywords: metal matrix composite, accumulative roll bonding, friction stir processing, aluminum, titanium.
چکيده امروزه آلومينيوم و آلياژهاي آن به عنوان يکي از مهمترين مواد مهندسي مطرح مي‌باشند چرا که خواص مطلوب آنها از قبيل نسبت استحکام به وزن بالا در آلومينيوم هاي آلياژي، مقاومت به خوردگي نسبتاً خوب و هدايت الکتريکي و گرمايي زياد موجب استفاده گسترده از آنها در کاربردهاي مختلف و متنوع شده است. عليرغم اين خواص مطلوب، چالش‌هايي نظير مقاومت سايشي و مقاومت خزشي کم کاربرد اين آلياژها را در برخي موارد محدود نموده است. براي بهبود اين مشکلات و ايجاد خواص مکانيکي مطلوب، راهکارهاي مختلفي از جمله استفاده از فرايندهاي مهندسي سطح، کامپوزيت نمودن آن مد نظر قرار گرفته شده است. در سال‌هاي اخير استفاده از آلومينايدها به عنوان فاز تقويت کننده زمينه آلومينيوم مورد توجه قرار گرفته است که به دليل خواص منحصر به فرد آلومينايدها نظير خواص سايشي مطلوب، خواص مکانيکي مناسب و مقاومت در برابر خوردگي مي‌باشد. در اين پروژه به منظور رفع خواص ضعيف آلومينيوم و بهره‌مندي از ويژگي‌هاي مناسب آلومينايدها ابتدا کامپوزيت Al-Ti به کمک فرايند نورد تجمعي توليد و سپس شرايط انجام واکنش درجا ميان آلومينيوم و ذرات تيتانيوم با استفاده از عمليات آنيل و فرايند اصطکاکي اغتشاشي جهت ساخت نانوکامپوزيت آلومينيوم با ذرات تقويت‌کننده ترکيب بين‌فلزي Al 3 Ti مشخص شد. در اين روند در بين ورق‌هاي آلومينيوم فويل‌هاي تيتانيوم (10% وزني) توزيع شده و سپس فرايند نورد تجمعي تا سه سيکل انجام گرفت. سپس فرايند اصطکاکي اغتشاشي با سرعت پيشروي 16 ميلي‌متر بر دقيقه و سرعت چرخش 1600 دور بر دقيقه تا سه پاس بر روي کامپوزيت توليدشده توسط فرايند نورد تجمعي انجام پذيرفت. براي تعيين فازهاي توليدشده در طي فرايند از پراش پرتو ايکس (XRD) و طيف‌سنج پرتو ايکس (EDS) استفاده شده و بررسي ريز ساختارها به کمک ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) صورت پذيرفت. در الگوي پراش پرتو ايکس نمونه‌هاي نورد شده هيچ اثري از توليد ترکيبات بين فلزي ديده نشد که مي‌تواند ناشي از عدم تشکيل قابل ملاحظه اين ترکيبات باشد ولي با انجام فرايند اصطکاکي اغتشاشي، ذرات تقويت‌کننده از جنس ترکيبات بين فلزي Al 3 Ti در زمينه تشکيل شد. در نهايت کامپوزيتي که سه مرتبه فرايند اصطکاکي اغتشاشي بر روي آن انجام شده بود، بهترين خواص مکانيکي را دارا بود. سختي اين نمونه کامپوزيتي در مقايسه با آلومينيوم خالص آنيل شده از افزايش قابل توجهي برخوردار بود به طوريکه از 28 برينل به 4/81 برينل افزايش داشت. مقايسه رفتار سايشي نيز حاکي از آن بود که کامپوزيت توليد شده در مرتبه سوم فرايند اصطکاکي اغتشاشي نسبت به آلومينيوم حدود 50% و نسبت به ساير کامپوزيت هايي که در ساير مراحل توليد شده‌اند حدود 20% مقاومت به سايشي بهتري از خود نشان داد. منحني‌هاي تنش-کرنش نشان داد که کامپوزيت هاي تقويت‌شده با ترکيب بين فلزي طي فرايند اصطکاکي اغتشاشي، از استحکام و درصد ازدياد طول مناسب‌تري نسبت به کامپوزيت هاي توليدشده توسط فرايند نورد تجمعي برخوردارند. استحکام کششي آلومينيوم MPa 81 ، استحکام کششي کامپوزيت توليد شده طي فرايند نورد تجمعي در سيکل سوم MPa 140 و استحکام کششي کامپوزيت توليد شده طي مرتبه سوم فرايند اصطکاکي اغتشاشي MPa 133 بود. کلمات کليدي: نانوکامپوزيت زمينه آلومينيومي، آلومينايد هاي تيتانيوم، فرايند نورد تجمعي، فرايند اصطکاکي – اغتشاشي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی