Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Mohammad Hossei Enayati
فتح اله کریم زاده (استاد راهنما) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
MOHAMAD JAVAD MORADI ZANIANI
محمدجواد مرادی زانیانی

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.
امروزه آلومینیوم و آلیاژهای آن به عنوان یکی از مهمترین مواد مهندسی مطرح می‌باشند چرا که خواص مطلوب آنها از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا در آلومینیوم های آلیاژی، مقاومت به خوردگی نسبتاً خوب و هدایت الکتریکی و گرمایی زیاد موجب استفاده گسترده از آنها در کاربردهای مختلف و متنوع شده است. علیرغم این خواص مطلوب، چالش‌هایی نظیر مقاومت سایشی و مقاومت خزشی کم کاربرد این آلیاژها را در برخی موارد محدود نموده است. برای بهبود این مشکلات و ایجاد خواص مکانیکی مطلوب، راهکارهای مختلفی از جمله استفاده از فرایندهای مهندسی سطح، کامپوزیت نمودن آن مد نظر قرار گرفته شده است. در سال‌های اخیر استفاده از آلومینایدها به عنوان فاز تقویت کننده زمینه آلومینیوم مورد توجه قرار گرفته است که به دلیل خواص منحصر به فرد آلومینایدها نظیر خواص سایشی مطلوب، خواص مکانیکی مناسب و مقاومت در برابر خوردگی می‌باشد. در این پروژه به منظور رفع خواص ضعیف آلومینیوم و بهره‌مندی از ویژگی‌های مناسب آلومینایدها ابتدا کامپوزیت Al-Ti به کمک فرایند نورد تجمعی تولید و سپس شرایط انجام واکنش درجا میان آلومینیوم و ذرات تیتانیوم با استفاده از عملیات آنیل و فرایند اصطکاکی اغتشاشی جهت ساخت نانوکامپوزیت آلومینیوم با ذرات تقویت‌کننده ترکیب بین‌فلزی Al 3 Ti مشخص شد. در این روند در بین ورق‌های آلومینیوم فویل‌های تیتانیوم (10% وزنی) توزیع شده و سپس فرایند نورد تجمعی تا سه سیکل انجام گرفت. سپس فرایند اصطکاکی اغتشاشی با سرعت پیشروی 16 میلی‌متر بر دقیقه و سرعت چرخش 1600 دور بر دقیقه تا سه پاس بر روی کامپوزیت تولیدشده توسط فرایند نورد تجمعی انجام پذیرفت. برای تعیین فازهای تولیدشده در طی فرایند از پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف‌سنج پرتو ایکس (EDS) استفاده شده و بررسی ریز ساختارها به کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت پذیرفت. در الگوی پراش پرتو ایکس نمونه‌های نورد شده هیچ اثری از تولید ترکیبات بین فلزی دیده نشد که می‌تواند ناشی از عدم تشکیل قابل ملاحظه این ترکیبات باشد ولی با انجام فرایند اصطکاکی اغتشاشی، ذرات تقویت‌کننده از جنس ترکیبات بین فلزی Al 3 Ti در زمینه تشکیل شد. در نهایت کامپوزیتی که سه مرتبه فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر روی آن انجام شده بود، بهترین خواص مکانیکی را دارا بود. سختی این نمونه کامپوزیتی در مقایسه با آلومینیوم خالص آنیل شده از افزایش قابل توجهی برخوردار بود به طوریکه از 28 برینل به 4/81 برینل افزایش داشت. مقایسه رفتار سایشی نیز حاکی از آن بود که کامپوزیت تولید شده در مرتبه سوم فرایند اصطکاکی اغتشاشی نسبت به آلومینیوم حدود 50% و نسبت به سایر کامپوزیت هایی که در سایر مراحل تولید شده‌اند حدود 20% مقاومت به سایشی بهتری از خود نشان داد. منحنی‌های تنش-کرنش نشان داد که کامپوزیت های تقویت‌شده با ترکیب بین فلزی طی فرایند اصطکاکی اغتشاشی، از استحکام و درصد ازدیاد طول مناسب‌تری نسبت به کامپوزیت های تولیدشده توسط فرایند نورد تجمعی برخوردارند. استحکام کششی آلومینیوم MPa 81 ، استحکام کششی کامپوزیت تولید شده طی فرایند نورد تجمعی در سیکل سوم MPa 140 و استحکام کششی کامپوزیت تولید شده طی مرتبه سوم فرایند اصطکاکی اغتشاشی MPa 133 بود. کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت زمینه آلومینیومی، آلومیناید های تیتانیوم، فرایند نورد تجمعی، فرایند اصطکاکی – اغتشاشی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی