Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh,MohammadReza Toroghinejad
سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما) محمدرضا طرقي نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Reza Rezaei
محمدرضا رضائي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Effect of ARB process and ageing heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 6061 aluminum alloy
Accumulative roll bonding (ARB) is a severe plastic deformation process to produce high strength metallic sheets with ultra-fine grains. On the other hand, ageing heat treatment is one of the methods for improving mechanical properties of metals. In this study, ARB process was carried out on 6061 aluminum alloy sheets up to 5 cycles at room temperature without lubrication. Then, ageing heat treatment was carried out in two cycles (160°C for 5 hours and 100°C for 48 hours). The quality of roll bonding produced in ARB was investigated using (SEM) and peeling test. Microstructures during ARB and ageing treatment were characterized by transmission electron microscopy (TEM). By using Rietveld method, microstructural parameters such as microstrain and dislocation density were quantitively analyzed. Tensile tests and Vickers microhardness were measured on produced sheets. SEM fractography was also performed in order to clarify the failure mechanism. Moreover, the texture parameter of the ARBed samples was calculated using their XRD patterns and the related equation. Additionally, the texture evolution during ARB process was demonstrated by analyzing the measured pole figures, orientation distribution functions (ODF) and skeleton lines. The SEM observations and peeling test results revealed that the bonding strength of the ARBed sheets was acceptable except those bonds formed in the last cycles. After five cycles, it was found that continuous recrystallization has occurred and the microstructure was covered with the ultrafine equiaxed grains of an average diameter about 230 nm. Three phenomena including grain subdivision, formation of lamellar boundaries (LBs) parallel to the rolling direction and continuous recrystallization (in-situ recrystallization) were identified to be responsible for the grain refinement. The tensile strength and hardness of the 5 cycles ARB processed 6061 aluminum alloy sheet increased about 2.5 times of the initial values, whereas the elongation dropped abruptly at the first cycle and then slightly decreased to around 5% at the 5th cycle. Fracture surface observations showed that failure mode in ARB processed aluminum is internal shearing between voids. After ageing heat treatment in both states (160 °C for 5 hour and 100°C for 48 hour) on ARBed specimens, strength and elongation increased, simultaneously. Microstructural studies and Rietveld method results showed that formation of small precipitates and recovery occurrence were responsible for simultaneous increase in elongation and strength after ageing. Texture evaluations demonstrated that, after five cycles, three components were predominate including dillamore, copper and brass.
فرايند نورد تجمعي (ARB) يکي از روش‌هاي تغييرشکل پلاستيکي شديد است که براي دستيابي به مواد فلزي با اندازه دانه‌هاي بسيار ريز (زير ميکرون) و با استحکام بالا استفاده مي‌شود. از طرفي عمليات حرارتي پيرسازي با تشکيل رسوبات در ريزساختار يکي از روش‌هاي بهبود خواص مکانيکي فلزات است. در اين پژوهـش، ابتدا فرايند ARB روي آلياژ آلومينيوم 6061 تا پنج سيکل در دماي اتاق و در شرايط بدون روانکار انجام شد. سپس عمليات حرارتي پيرسازي در دو حالت مختلف (دماي C°160 به مدت 5 ساعت و دماي C°100 به مدت 48 ساعت) روي نمونه‌ها اعمال شد. کيفيت جوش نوردي ايجاد شده در فرايند ARB توسط ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و همچنين آزمون پيلينگ مورد ارزيابي قرار گرفت. تغييرات ريزساختاري در حين ARB و عمليات حرارتي پيرسازي توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) مطالعه گرديد. پارامترهاي ريزساختاري نظير ميکرو‌کرنش و چگالي نابجايي‌هاي توليدي در ورق‌هاي ARB شده و ARB و سپس پير شده با به کارگيري روش ريت‌ولد تخمين زده شد. به ‌منظور ارزيابي خواص مکانيکي، از آزمون‌هاي کشش تک‌محوري و سختي‌سنجي استفاده شد. پس از انجام آزمون کشش، سطح شکست نمونه‌ها با ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر آن بافت نمونه‌هاي ARB شده در فاصله 25/0 ميلي‌متري از سطح، توسط اندازه‌گيري پارامتر بافت و شکل‌هاي قطبي و توابع توزيع جهت (ODF) به ‌دست آمده از دستگاه پراش پرتو ايکس (XRD) مجهز به زاويه‌ياب، ارزيابي شد. نتايج حاکي از ايجاد جوش ‌نوردي مناسب بين لايه‌هاي مختلف به جز لايه‌هاي‌ ايجاد شده در سيکل آخر بود. مطالعات ريزساختاري حين فرايند ARB نشان داد که مکانيزم ريز شدن دانه‌ها شامل سه پديده تفکيک دانه‌ها، شکل‌گيري مرزهاي با زاويه زياد و در نهايت تبلور‌مجدد پيوسته مي‌باشد. نتايج حاصل از آزمون‌هاي مکانيکي نشان دادند که پس از پنج سيکل ‌ARB، استحکام کششي و سختي تقريبا به 5/2 برابر استحکام کششي اوليه (نمونه آنيل شده) رسيد، در حالي‌که ازدياد طول افت شديدي در سيکل اول داشت و پس از آن با ادامه فرايند، به آرامي کاهش پيدا کرد تا پس از پنج سيکل به حدود 5% رسيد. با بررسي سطح شکست مشخص گرديد که شکست در نمونه‌هاي ARB شده به‌ صورت داکتيل و با مکانيزم جوانه‌زني، رشد و به هم پيوستن حفرات رخ داده است. پس از انجام عمليات حرارتي پيرسازي در هر دو حالت روي نمونه‌هاي ARB شده، استحکام و انعطاف‌پذيري افزايش يافت. مطالعات ريزساختاري و آناليز پراش پرتو ايکس نشان ‌داد که افزايش همزمان استحکام و انعطاف‌پذيري به علت تشکيل رسوبات ريز و وقوع بازيابي در ريزساختار است. مطالعات بافت در نمونه‌ها نشان داد که پس از پنج سيکل ARB، مؤلفه‌هاي قوي شامل ديلامور، مس و برنج بودند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی