Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad
محمدرضا طرقي نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Somayeh Pasebani
سميه پاسباني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Production of nano-structured 70/30 brass by ARB process and evaluation of its microstructure, mechanical properties and texture
The accumulative roll-bonding (ARB) is an only severe plastic deformation (SPD) process for continous production of ultra fine-grained plates, strips and sheets. In the present study, 70/30 brass strips were ARB-ed up to six cycles at ambient temperature and under nonlubricated conditions, While the reduction per cycle was approximately 50%. The quality of roll-bonding produced in the ARB was investigated using optical microscopy. The investigation of the microstructure has been conducted on the ARB-ed 70/30 brass using TEM. The crystallite size of the ARB-ed samples was evaluated by Williamson-Hall method. Besides, by using Rietveld method microstructural parameters, such as crystallite size, microstrain and dislocation density were quantitatively calculated. The tensile tests and vickers macro and micro hardness were done on the ARB-ed 70/30 brass. A scanning electron microscopy (SEM) study was also performed in order to observe the shear bands and also to clarify the failure mechanism. The texture parameter of the ARB-ed samples was calculated using their XRD patterns and the related equation. Additionally, the texture evolution during the ARB process was demonstrated by analysing the measured pole figures and orientation distribution functions (ODF). The optical microscopy results revealed that the bonding strength of the ARB-ed 70/30 brass was acceptable. After six cycles it was found that continuous recrystallization has occurred and the microstructure was covered with the ultrafine equiaxed grains with an average diameter below 50 nm surrounding by sharp and high angle boundaries. Three phenomena were mainly responsible for the grain refinement, including grain subdivision, formation of lamellar boundary (LBs) parallel to the rolling direction and continuous recrystallization (in-situ recrystallization). The tensile strength significantly increased from 360 MPa in the as received material to 800 MPa after six cycles while, the elongation dropped abruptly at the first cycle then slightly rose to around 5% at 6th cycle. Meanwhile the value of the hardness jumped from 85 to 264 vickers after six cycles. It seems that strain hardening plays a main role in the strength rise in the initial stages of the ARB; then in final cycles it has less and less effect on the strength and evolution of the grain structure begin to dominate. Because the number of the ultra-fine grains with high angle grain boundaries increase with increasing the cycles up to 6 cycles. It should be noted that introduction of a hard surface layer on the strips due to wire brushing is one possibility for improvement of strength .The ductility decrease of ARB-ed 70/30 brass strips was mainly influenced by the strain hardening. However, Keywords : Severe plastic deformation, Accumulative roll-bonding (ARB), 70/30 brass, Microstructure, Tensile strength, Fractography, Texture.
چکـيده فرايند نورد تجمعي-پيوندي(ARB) تنها روش تغيير‌شکل پلاستيکي شديد است که قادر به توليد پيوسته ورق‌هايي با دانه‌هاي فوق‌ريز مي‌باشد. در اين پژوهـش، فرايند ARB بر روي آلياژ برنج 30/70 تا شش سيکل در دماي اتاق و در شرايط بدون روانکار انجام شد. کيفيت جوش نوردي ايجاد شده در فرايند ARB توسط ميکروسکوپ نوري مورد ارزيابي قرار گرفت. بررسي‌هاي ريزساختاري حين فرايند، توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) انجام گرديد. اندازه دانه‌هاي فرعي ايجاد شده، با آناليز داده‌هاي پراش پرتوايکس توسط روش ويليامسون-هال محاسبه و همچنين پارامترهاي ريزساختاري نظير ميکرو‌کرنش و چگالي نابجايي‌هاي توليدي در ورق‌هاي ARB شده با به کارگيري روش ريت‌ولد تخمين زده شد. به‌منظور ارزيابي خواص مکانيکي ورق‌هاي برنج 30/70 توليد شده به روش ARB، از آزمون‌هاي کشش تک‌محوري و سختي‌سنجي استفاده شد. همچنين تغييرات ريز سختي در راستاي ضخامت نمونه‌ها نيز اندازه‌گيري گرديد. پس از انجام آزمون کشش، سطح شکست نمونه‌هاي ARB شده با ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر آن بافت در فاصله 25/0 ميلي‌متري از سطح، توسط اندازه‌گيري پارامتر بافت و شکل‌هاي قطبي و توابع توزيع جهت (ODF) به‌دست آمده از دستگاه پراش پرتو ايکس (XRD) مجهز به زاويه‌ياب، ارزيابي شد. نتايج حاکي از آن بود که جوش‌نوردي به‌وجود آمده حين فرايند ARB از کيفيت قابل قبولي برخوردار بود. مطالعات ريزساختاري حين فرايند نشان دادند که در ريز شدن دانه‌ها سه پديده تفکيک دانه‌ها، شکل‌گيري مرزهاي با زاويه زياد و در نهايت تبلور‌مجدد پيوسته موثر هستند. پس از شش سيکل ARB (کرنش معادل 4/6)، دانه‌هايي هم‌محور با اندازه متوسط کمتر از 50 نانومتر حاصل گرديد. نتايج حاصل از آزمون‌هاي مکانيکي نشان دادند که پس از شش سيکل ‌ARB، استحکام کششي تقريبا به دو برابر استحکام کششي اوليه (از MPa360 به MPa 800) رسيد. در حالي‌که ازدياد طول افت شديدي در سيکل اول داشت و پس از آن با ادامه فرايند، اندکي افزايش يافت تا پس از شش سيکل به حدود 5% رسيد. سختي نمونه‌ها نيز پس از شش سيکل حدود سه برابر سختي اوليه (از 85 ويکرز به 264 ويکرز) افزايش يافته بود. تغييرات ريزسختي در راستاي ضخامت نمونه‌ها فقط در نمونه اوليه و شش سيکل يکنواخت بود و در ساير سيکل‌ها توزيع ريزسختي غير همگن بود. با بررسي سطح شکست مشخص گرديد که شکست در ورق برنج ARB شده به‌صورت داکتيل و با حضور ديمپل‌هاي برشي رخ داده است. مطالعات بافت در نمونه‌ها نشان داد که پس از شش سيکل ARB، مولفه‌هاي قوي شامل گوس و برنج بودند که اين امر با حضور باندهاي برشي در ريز ساختار توجيه مي‌شود. کلمات کليدي: تغيير‌شکل پلاستيکي شديد، فرايند نورد تجمعي- پيوندي (ARB)، برنج 30/70، ريزساختار، استحکام کششي، شکست نگاري، بافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی