Skip to main content
SUPERVISOR
محمدرضا طرقي نژاد (استاد مشاور) احمد منشي (استاد راهنما) خسرو فرمنش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Javad Moradgholi
جواد مرادقلي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of mechanical properties of CP Ti/NanoTiO2 produced by ARB process
In this study, a commercially pure titanium (CP Ti) sheet was produced by the ARB process. Then, the mechanical properties of monolithic and nanocomposites specimens manufactured using 0.1, 0.3, and 0.5 wt% TiO2 nanoparticles as the reinforcement were investigated at different ARB cycles. The results showed improvement in the mechanical properties of specimens with the addition of TiO2 nanoparticles, as their yield strength and ultimate tensile strength were increased by increasing the TiO2 nanoparticles percent. In this regard, the ultimate tensile strength of the monolithic specimen reached to 810 MPa, while it was 980 MPa, 1040 MPa, and 1085 MPa after applying 8 ARB cycles for 0.1 wt%, 0.3 wt% and 0.5 wt% nanocomposite specimens, respectively. However, the ultimate tensile strength of the as-received CP Ti sheet was 285 MPa. Moreover, the yield strength and the ultimate tensile strength were increased by increasing the number of ARB cycles and the total elongation; on the other hand, in the monolithic and nanocomposite specimens, it was decreased by increasing the number of ARB cycles. Grain refinements due to severe strain, work hardening and TiO2 nanoparticles reinforcements were the main causes accounting for the improved mechanical properties. Recovery and dynamic recrystallization were two phenomena observed via TEM studies in the ARB process, leading to the development of equiaxed grains in the final ARB cycles. By adding TiO2 nanoparticles, mechanical properties and work hardening coefficient were found to be increased, as compared to those of the monolithic samples. TiO2 nanoparticles, after being distributed in titanium matrix through the ARB process, caused pin dislocations. As clearly shown in TEM images, dislocation tangles around TiO2 nanoparticles acted as the main mechanism improving the work hardening coefficient.
در پژوهش حاضر، به منظور توليد نانوکامپوزيت CP Ti/NanoTiO2، تيتانيم خالص تجاري تحت تغيير شکل پلاستيکي شديد با اعمال فرآيند اتصال نورد تجمعي (ARB) قرار گرفت. نانوذرات اکسيد تيتانيم در درصدهاي مختلف 1/0، 3/0 و 5/0 درصدوزني در اولين مرحله از فرآيند ARB اضافه شد و استحکام پيوند مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد با افزايش درصد نانوذرات، استحکام پيوند کاهش يافت. به‌گونه‌اي که با اضافه شدن درصدهاي بيشتر از 5/0 درصد وزني نانوذره استحکام پيوند غير قابل قبول بود. اتصال بين لايه‌ها در اين فرآيند توسط ميکروسکوپ نوري و نيز ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد با افزايش تعداد پاس فرآيند ARB، پيوند لايه‌ها بهبود يافته به‌گونه‌اي که در پاس انتهايي فرآيند تفاوتي در اتصال بين ورق در نمونه‌ها مشاهده نشد. براي بررسي توزيع نانوذرات در زمينه، نمونه‌ها توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) مورد ارزيابي قرار گرفتند و مشاهده شد، با افزايش تعداد پاس فرآيند، توزيع نانو ذرات بهبود يافته است. به‌گونه اي که در پاس انتهايي فرآيند، توزيع مناسب نانوذرات در تمامي درصدهاي نانوذرات مشاهده شد. نمونه‌هاي توليدي مورد مشخصه‌يابي وآناليزهاي مکانيکي قرار گرفت و مشاهده شد با افزايش درصد نانوذرات اکسيد تيتانيم از 1/0 تا 5/0 درصدوزني، استحکام کششي افزايش واز مقدار اوليه(MPa) 282 به بيش از (MPa)1100 افزايش يافت. همچنين مشاهده شد سختي با افزايش درصد نانوذرات و نيز افزايش تعداد پاس فرآيند افزايش يافته، واز مقدار اوليه 160ويکرز به اعداد بالاتر از 400 ويکرز رسيد. ميزان ازدياد طول با افزايش تعداد پاس فرآيند کاهش يافته و با افزايش درصد نانوذرات از مقدار اوليه 46% به حدود 9% رسيد. ريزساختار توسط TEM مورد ارزيابي قرارگرفت و مشخص شد، با افزايش تعداد پاس فرآيند ARB، ريزشدن و يکنواختي ريزساختار، تبلور مجدد ديناميکي، تجمع نابجايي‌ها در مرز دانه‌ها و اطراف نانوذرات در پاس‌هاي مختلف فرآيند ودرصدهاي متفاوت از نانوذرات مشاهده شد. از آناليز XRD به عنوان روشي تکميلي در کنار تصاوير ميکروسکوپي TEM، براي محاسبه اندازه کريستال‌ها و دانسيته نابجايي‌ها بهره گرفته شد که هم‌پوشاني مناسبي با نتايج TEM مشاهده شد. اندازه دانه‌ها پس از اعمال 8 پاس از فرآيند، براي تمام نمونه ها به کمتر از 100نانومتر رسيد. ارزيابي سطح شکست نمونه‌ها حاکي از فعال بودن مکانيزم شکست نرم با حفره‌هاي برشي در پاس هاي ابتدايي فرآيند و تبديل به مکانيزم شکست نرم با حفره‌هاي هم محور در پاس‌هاي انتهايي فرآيند، بود. نمونه‌ها پس از 8 پاس فرآيند، تحت آنيل در دماهاي 400 و 500 درجه سانتي گراد قرار گرفته و خواص مکانيکي آن‌ها توسط آزمون پانچ برشي مورد ارزيابي قرار گرفت. تصاوير TEM، ايجاد تبلور مجدد در ريزساختار را نشان داد که در نمونه نانوکامپوزيتي، مرزدانه‌هاي تبلور مجدد يافته توسط نانوذرات کنترل و مهار شده است. اين امر باعث شد کاهش استحکام قابل قبول (MPa800 ) در مقايسه با افزايش حدود 25% ازدياد طول مشاهده شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی