Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Toroghinejad
محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Somayeh Pasebani
سمیه پاسبانی

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.
فرایند نورد تجمعی-پیوندی(ARB) تنها روش تغییر‌شکل پلاستیکی شدید است که قادر به تولید پیوسته ورق‌هایی با دانه‌های فوق‌ریز می‌باشد. در این پژوهـش، فرایند ARB بر روی آلیاژ برنج 30/70 تا شش سیکل در دمای اتاق و در شرایط بدون روانکار انجام شد. کیفیت جوش نوردی ایجاد شده در فرایند ARB توسط میکروسکوپ نوری مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری حین فرایند، توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام گردید. اندازه دانه‌های فرعی ایجاد شده، با آنالیز داده‌های پراش پرتوایکس توسط روش ویلیامسون-هال محاسبه و همچنین پارامترهای ریزساختاری نظیر میکرو‌کرنش و چگالی نابجایی‌های تولیدی در ورق‌های ARB شده با به کارگیری روش ریت‌ولد تخمین زده شد. به‌منظور ارزیابی خواص مکانیکی ورق‌های برنج 30/70 تولید شده به روش ARB، از آزمون‌های کشش تک‌محوری و سختی‌سنجی استفاده شد. همچنین تغییرات ریز سختی در راستای ضخامت نمونه‌ها نیز اندازه‌گیری گردید. پس از انجام آزمون کشش، سطح شکست نمونه‌های ARB شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر آن بافت در فاصله 25/0 میلی‌متری از سطح، توسط اندازه‌گیری پارامتر بافت و شکل‌های قطبی و توابع توزیع جهت (ODF) به‌دست آمده از دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) مجهز به زاویه‌یاب، ارزیابی شد. نتایج حاکی از آن بود که جوش‌نوردی به‌وجود آمده حین فرایند ARB از کیفیت قابل قبولی برخوردار بود. مطالعات ریزساختاری حین فرایند نشان دادند که در ریز شدن دانه‌ها سه پدیده تفکیک دانه‌ها، شکل‌گیری مرزهای با زاویه زیاد و در نهایت تبلور‌مجدد پیوسته موثر هستند. پس از شش سیکل ARB (کرنش معادل 4/6)، دانه‌هایی هم‌محور با اندازه متوسط کمتر از 50 نانومتر حاصل گردید. نتایج حاصل از آزمون‌های مکانیکی نشان دادند که پس از شش سیکل ‌ARB، استحکام کششی تقریبا به دو برابر استحکام کششی اولیه (از MPa360 به MPa 800) رسید. در حالی‌که ازدیاد طول افت شدیدی در سیکل اول داشت و پس از آن با ادامه فرایند، اندکی افزایش یافت تا پس از شش سیکل به حدود 5% رسید. سختی نمونه‌ها نیز پس از شش سیکل حدود سه برابر سختی اولیه (از 85 ویکرز به 264 ویکرز) افزایش یافته بود. تغییرات ریزسختی در راستای ضخامت نمونه‌ها فقط در نمونه اولیه و شش سیکل یکنواخت بود و در سایر سیکل‌ها توزیع ریزسختی غیر همگن بود. با بررسی سطح شکست مشخص گردید که شکست در ورق برنج ARB شده به‌صورت داکتیل و با حضور دیمپل‌های برشی رخ داده است. مطالعات بافت در نمونه‌ها نشان داد که پس از شش سیکل ARB، مولفه‌های قوی شامل گوس و برنج بودند که این امر با حضور باندهای برشی در ریز ساختار توجیه می‌شود. کلمات کلیدی: تغییر‌شکل پلاستیکی شدید، فرایند نورد تجمعی- پیوندی (ARB)، برنج 30/70، ریزساختار، استحکام کششی، شکست نگاری، بافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی