Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,MohammadReza Toroghinejad
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد مشاور) محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Reza Vafaei
رضا وفائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386

TITLE

Generation of Nano-sized Grains by High Pressure Torsion (HPT) and Evaluation of Microstructure and Mechanical Behavior in a 2024 Aluminium alloy
Generation of Nano-sized Grains by High Pressure Torsion (HPT) and Evaluation of Microstructure and Mechanical Behavior in a 2024 Aluminium alloy In the present study, the process of high pressure torsion (HPT) is used on a commercial 2024 aluminium alloy in order to evaluate the effects of SPD on microstructure, flow stress and hardness at various conditions of temperature, aging and strain rate. The results indicated that not only a very fine microstructure is achievable by this process, but also aging behavior accompanied with SPD can produce special effects on final mechanical properties of this alloy. Studies on severely deformed samples by optical microscopy (OP), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and selected area electron diffraction (SAED) have clearly indicated that structures down to nano-sized grains can be achieved by HPT processing technique. The influential effects of intermetallics and different precipitates already present in the alloy as well as aging constituents, precipitated before, during and after HPT processing on grain refinement and mechanical properties were also studied. The results indicated that alloying elements and temperature have marked influence on grain morphology and ultra fine grain refinement. Coarse intermetallics did not seem to have a noticeable effect on the mechanisms of grain refinement. Such compounds were simply fragmented and distributed or dissolved in the microstructure during SPD process. Energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis of alloying elements provided the identification of soluble and insoluble compounds within the matrix. Furthermore, the insitu behavior of flow stress during HPT deformation and post-microhardness measurements on samples deformed at different temperatures (in the range of -196°C to 400°C) clearly indicated that HPT processing technique is an effective means of acquiring very high hardness (three folds of original value) and flow stress in this alloy. The production of ultrafine nano-sized grains of 20-60 nm by this process at -196°C resulted in highest flow stress though no marked increase in hardness in comparison with HPT deformed samples at room temperature was observed. A marked difference between microhardness distribution across the diameters of pre aged and post aged samples were recorded which indicated the influential effects of aging constituents on the microstructure of the alloy. The best uniformity in distribution of microhardness was measured on HPT deformed samples, post-aged at 190°C. Also insitu HPT deformation at various strain rates in the range of 0.04-0.6 rev/min at different temperatures showed no noticeable effect on flow strength of the alloy. Keywords: Aluminium alloy; High pressure torsion; Nano-sized structure; Electron microscopy; Micro-hardne Aging
اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید روی بسیاری از فلزات جهت ایجاد دانه‌های فوق‌ریز و نانو و در نتیجه ایجاد خواص مکانیکی منحصر به‌فرد در چند سال اخیر توجه محافل تحقیقاتیِ زیادی را به خود جلب نموده است. نتایج حاصله روی بسیاری از فلزات خالص نشان داده است که فرایند‌های مختلفِ تغییرشکل پلاستیک شدید می‌توانند روشی موثر برای رسیدن به چنین اهدافی باشند. در این تحقیق با استفاده از فرایند پیچش تحت فشار بالا (HPT) تاثیرِ اعمالِ تغییرشکل پلاستیک شدید روی ساختار، سختی و تنشِ سیلانِآلیاژ آلومینیوم 2024 در شرایط مختلفِ دما، نرخ کرنش و عملیات پیری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. اعمالِ تغییرشکلِ پلاستیک شدید روی آلیاژ آلومینیوم 2024 نه تنها فوق‌ریز شدنِ ساختار را به همراه دارد بلکه پیرسختی پذیری آن همراه با تغییرشکل پلاستیک شدید اثرات خاصی را روی خصوصیات مکانیکیِ آلیاژ به‌وجود می‌آورد. بررسی‌های انجام شده روی نمونه‌های تغییرشکل یافته به کمک میکروسکوپ‌های نوری، الکترونیِ روبشی (SEM) و الکترونی عبوری (TEM)، پراش الکترونیِ حوزه انتخابی (SAED)، نشان داد که اعمالِ تغییرشکل پلاستیک شدید در شرایط مختلف منجر به ایجادِ دانه‌های فوق‌ریز و نانو در این آلیاژ می‌شود. در این راستا، چگونگیِ ریز شدنِ دانه‌ها ونقش ذراتِ بینِ فلزی و رسوبات‌ در رابطه با مکانیزم تشکیلِ دانه‌های فوق مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایجِ بدست آمده نشان می‌دهند هر چند عناصر آلیاژی و دما نقش به سزایی در رابطه با ایجاد دانه‌های فوق‌ریز و مورفولوژی آن‌ها دارند ولی وجودترکیبات بین فلزی درشت اثرِ قابل توجهی روی مکانیزم ایجاد دانه‌های فوق‌ریز ندارند. این ذرات در محلول جامد فلز به راحتی خُرد و توزیع می‌شوند. برخی از این ذرات در حین تغییرشکل نیز در زمینه حل می‌شوند. شناساییِ عناصرِ موجود در این ترکیب‌ها با استفاده از نمودارِ طیف‌‌سنجی تفکیک انرژی (EDS)، امکانِ مشخص کردنِ فازهای قابل حل و غیرقابل حل در زمینه را مهیا نمود. همچنین ارزیابی گشتاور در حینِ فرایندِ پیچش تحتِ فشارِ بالا و ارزیابی‌های میکروسختی بعد از اعمال تغییرشکل، به خوبی نشان داد که اعمال تغییرشکل پلاستیک شدید روش موثری جهت ایجادِ سختیِ بالا (تا حدود 3 برابر) در این‌گونه آلیاژها می‌‌باشد. اعمال تغییرشکل در محدوده دماهایC°196- تاC °400 نشان داد که دما اثر فاحشی روی ساختار نهایی و تنشِ سیلانِ ماده دارد. ایجاد ساختار نانو در محدوده اندازه‌های nm 60-20 به وسیله‌ی اعمال پیچش تحت فشار بالا در دمای C ° 196- بیش‌ترین افزایش در منحنیِ تنشِ سیلان را حاصل نمود ولی سختی در مقایسه با نمونه‌هایی که در دمای محیط تغییر شکلِ شدید یافته بودند، تغییر محسوسی از خود نشان نداد. تاثیر عملیاتِ پیری قبل و بعد از HPT روی سختی نیز یکی دیگر از پارامتر‌های اساسی است که در توزیع سختی در امتداد قطر نمونه‌ها می‌تواند اثرات قابل توجهی داشته باشد. بهترین یک‌نواختی در توزیع سختی در امتدادِ قطر نمونه‌ها پس از اعمال HPT در دمای محیط و سپس پیرکردنِ آلیاژ در دمایC°190 حاصل شد. همچنین نرخ کرنش در دماهای مختلف و در محدوده‌ی 04/0 تا 6/0 دور در هر دقیقه اثر قابل توجهی روی تنش سیلان از خود نشان نداد. کلمات کلیدی: آلیاژ آلومینیوم؛ پیچش تحت فشار بالا؛ ساختار نانو؛ میکروسکوپ الکترونی؛ سختی؛ پیری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی