Skip to main content
SUPERVISOR
Farshid Ahmadi,Mahmoud Farzin
فرشید احمدی (استاد مشاور) محمود فرزین (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Abbasi Chermahini
مهدی عباسی چرمهینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Effect of size reduction on properties of nanostructure titanium samples obtained by the ECAP process
In recent years much attention has been paid to Micro-forming processes and differences between the Micro-forming and Macro-forming processes. ECAP is the most important SPD process for producing microstructures. In this study ECAP process is investigated. Reduced scale ECAP (RS-ECAP) die with a diameter of 3 mm was made and mechanical properties of titanium samples obtained from RS-ECAP were compared with properties of samples obtained from ordinary ECAP with a diameter of 14/5 mm. To obtain a homogenous structure, CP-Ti was annealed at 800 °C for one hour in an argon atmosphere and then air-cooled. According to the results of previous studies, RS-ECAP tests were performed at 250 °C and a composite lubricant containing about 50% graphite powder, 25% MoS2 and 25% grease was used between the billet and the die walls in order to reduce frictional effects. Results of the Micro-hardness test showed that scale reduction increases efficiency and improves the final properties of the sample. Micro-hardness of CP titanium increases from 205.5 to 349 Vickers after 10 passes of R-S ECAP. The Nano-hardness test results showed that the hardness of titanium increases from 237.7 to 362.4 Vickers and Young's modulus decreases from 123.1 to 108.5 GPa after 10 passes of Micro ECAP. According to the results, it was found that the hardness of pure titanium has highly increased that represents noticeable improvement in strength of pure titanium. On one hand, improvement of strength and on the other hand, reduction of Young's modulus of titanium makes the product suitable for dental implants applications. Increasing the strength of ECAP CP titanium used for implants applications leads to its life increase and its less possibility to be broken. Since the Young's modulus of bone is less than titanium, the lower the Young's modulus of titanium implants the lower the damage into the jaw bone, and therefore it would be less likely to be loosened. In the next stage to improve efficiency of the process, RS-ECAP was simulated using Abaqus software. Using these simulations, influence of external parameters such as temperature, process speed, friction, channel angle and the corner angle of die on equivalent plastic strain, uniformity of equivalent plastic strain and process force were studied. According to the simulation results, in general it can be concluded that for a given small corner angle of die, by increasing temperature, increasing friction and reducing the rate, equivalent plastic strain will increases. Also for a given small corner angle of die, by decreasing temperature and increasing rate and friction, increases the uniformity of equivalent plastic strain. For larger corner angle of die, friction, temperature and rate do not have considerable effect on the amount of equivalent plastic strain and uniformity of equivalent plastic strain. Meanwhile, by increasing friction, reducing process temperature, reducing the corner angle of die and increasing rate, increases process force. Keywords: Micro-forming, Macro-forming, RS-ECAP, Micro-hardness, Nano-hardness, Abaqus
در سال های اخیر توجه زیادی به فرایندهای میکروفرمینگ و بررسی تفاوت آن ها با فرایندهای ماکروفرمینگ شده است. در این پژوهش فرایند ECAP [1] که مهم ترین فرایند SPD [2] برای تولید ریزساختار می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. قالب RS-ECAP [3] با قطر 3 میلی متر ساخته شد و خواص نمونه های تیتانیومی حاصل از آن با خواص نمونه های حاصل از فرایند ECAP با قطر 5/14 میلی متر مقایسه شد. در ابتدا برای همگن سازی ساختار تیتانیوم CP، نمونه ها به مدت یک ساعت در دمای 800 درجه سانتی گراد و شرایط عبور گاز آرگون آنیل شدند. با توجه به نتایج مطالعات پیشین، این فرایند در دمای 250 درجه سانتی گراد و شرایط روانکار ترکیبی انجام شد. با توجه به نتایج آزمون میکروسختی مشخص شد که این کوچک سازی ابعاد موجب افزایش بازده فرایند و بهبود خواص نهایی نمونه می شود. طبق نتایج میکروسختی، سختی تیتانیوم CP پس از 10 مرحله عبور از قالب RS-ECAP از 54/205 به 349 ویکرز رسیده است. از طرفی نتایج آزمون نانوسختی نشان داد که سختی تیتانیوم از 7/237 به 4/362 ویکرز و مدول یانگ از 1/123 به 5/108 گیگاپاسکال رسیده است. با توجه به افزایش سختی تیتانیوم به مقادیر زیاد مشخص شد که استحکام نمونه بسیار بهبود یافته است. افزایش استحکام از یک طرف و کاهش مدول یانگ از طرف دیگر تیتانیوم را برای کاربرد ایمپلنت دندانی مناسب می نماید. در ادامه برای بهبود شرایط و افزایش بازده، فرایند RS-ECAP به کمک نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد. به کمک شبیه سازی تاثیر پارامترهای خارجی (دما، سرعت، ضریب اصطکاک، زاویه برخورد کانال و زاویه انحنای خارجی) بر روی مقدار کرنش پلاستیک معادل، یکنواختی کرنش پلاستیک معادل و نیروی فرایند مورد بررسی قرار گرفت. کلمات کلیدی: میکروفرمینگ، ماکروفرمینگ، ECAP، SPD، میکروسختی، آباکوس

ارتقاء امنیت وب با وف بومی