اثر تبرید حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی(FSP) بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلومینیوم آلیاژی 7075

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) کرنش بسیار بالایی را به ساختار اعمال می‌کند که باعث تغییرساختار مواد خواهد شد. اغتشاش و گرمای تولید شده در اثر حرکت پین موجب تبلور مجدد و رشد دانه‌ها می‌گردد. اعمال سرمایش در طی فرایند موجب جذب گرمای تولید شده می‌شود. اعمال شرایط خنک شوندگی، مکانیزم رشد دانه‌ها را متوقف خواهد نمود؛ از این رو می‌توان به دانه بندی بسیار ریز دست یافت. ساختارهای با دانه بندی نانو توانایی بالایی در رسیدن به شرایط ابرمومسانی در دماهای پایین‌تر و یا در نرخ‌های کرنش بالاتر، از خود نشان می‌دهند. در تحقیق حاضر فرایند اصطکاکی اغتشاشی در شرایط بهینه خنک سازی جهت دستیابی به دانه بندی نانوساختار در ورق آلومینیوم آلیاژی 7075 در شرایط عملیات حرارتی T6 به‌کار گرفته شد. بدین منظور از شرایط تبرید حین فرایند در زیر و روی ورق، به کمک مخلوط آب، الکل، یخ،  یخ خشک و نیتروژن مایع استفاده گردید. اعمال شرایط تبرید موجب ریزدانه شدن ساختار شده و اندازه دانه زیر 100 نانو متر حاصل گردید. بیشینه ازدیاد طول شکست در نرخ کرنش آغازین  و در دمای 500 درجه سانتیگراد به دست آمد. همچنین نتایج حاصل شده را می‌توان در شرایط کاربردی و صنعتی نیز اعمال نمود. از این رو می‌توان فرایند اصطکاکی اغتشاشی در شرایط خنک شوندگی بهینه را بسیار موثر در دستیابی به شرایط ابرمومسان در نرخ های کرنش بالاتر دانست.

کلیدواژه‌ها


[1]. A. Dutta, I. Charit, L. B. Johannes, R. S. Mishra, Deep cup forming by superplastic punch  tretching of friction stir processed 7075 Al alloy, Mate. Sci. Eng. A 395 (2005) 173–179.

[2]. J.Q.Su, T.W.Nelson and C.J.Sterling, Microstructure evolution during FSW/FSP of high strength aluminum alloys, Materials Science and Engineering A 405 (2005) 277–286.

[3]. J.Q. Su, T.W. Nelson, and C.J. Sterling, Friction stir processing of large-area bulk UFG aluminum alloys, Scripta Mater, 52(2005)135–140.

[4]. T. Srinivasa Rao, G. Madhusudhan Reddy, S. R. Koteswara Rao, Microstructure and mechanical properties of friction stir welded AA7075−T651 aluminum alloy thick plates, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 25 (2015) 1770−1778.

[5]. R. S. Mishra, M. W. Mahoney, Friction Stir Processing: A New Grain Refinement Technique in Commercial Alloys, Materials Science Forum, 357-359 (2001) 507-514.

[6]. P. Cavaliere and A. Squillace, High temperature deformation of friction stir processed 7075 aluminium alloy, Materials Characterization 55 (2005) 136– 142.

 

[7]. S.D. Ji, Y.Y. Jin, Y.M. Yue, S.S. Gao, Y.X. Huang, L. Wang, Effect of Temperature on Material Transfer Behavior at Different Stages of Friction Stir Welded 7075-T6 Aluminum Alloy,  Mater. Sci. Technol. 29 (2013) 955-960.

[8]. T. Dieguez, A. Burgueño, H. Svoboda, Superplasticity of a Friction Stir Processed 7075-T651 aluminum alloy, Procedia Materials Science 1 ( 2012 ) 110 – 117.

[9]. T. Diegueza, A. Burgueñob, H. Svobodaa, Superplasticity of a Friction Stir Processed 7075-T651 Aluminum Alloy, Proc. Mate. Sci 1(2012)110-117.

[10]. Z. Ma, R. S. Mishra, Friction Stir Superplasticity for Unitized Structures, ISBN: (2014)978-0-12-420006-7

[11]. F. J. Humphreys, M. Hatherly, Recrystallization and Related Annealing Phenomena, Elsevier 2(2004) ISBN:0080441645.

[12]. A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon, Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications,  Progress in Materials Science 53 (2008) 893–979.

[13]. C. M. Chen and R. Kovacevic , Finite element modeling of friction stir welding-thermal and thermomechanical analysis Machine Tools and Manufacture 43 (2003) 1319-1326.

[14]. A. P. Zhilyaev, J.M. Garcıa-Infanta, F. Carreno, T. G. Langdon and O. A. Ruano,  Particle and grain growth in an Al–Si alloy during high-pressure torsion, Scripta Materialia 57 (2007) 763–765.

[15] دوید آپورتر، کنت ای ایسترلینگ، ترجمه: ابولقاسم دهقان، عباسعلی نظربلند، بابک هاشمی، دگرگونی فازها در فلزات و آلیاژها، انتشارات دانشگاه شیراز، 1382.

[16]. P. Bazarnik , Y. Huang, M. Lewandowska, T. G. Langdon, Structural impact on the Hall–Petch relationship in an Al–5Mg alloy processed by high-pressure torsion, Materials Science & Engineering A 626 (2015) 9–15.

[17]. R. S. Mishra, Z. Y. Ma, Friction stir processing technology: a review, Metallurgical and Materials Transactions A, 39 (2008) 642-658.

[18]. Y.F. Shen, R.G. Guan, Z.Y. Zhao, R.D.K. Misra, Ultrafine-grained Al–0.2Sc–0.1Zr alloy: The mechanistic contribution of nano-sized precipitates on grain refinement during the novel process of accumulative continuous extrusion, Acta Materialia 100 (2015) 247–255.

[19]. C. Xu, T.G. Langdon , Three-dimensional representations of hardness distributions after processing by high-pressure torsion, Materials Science and Engineering A 503 (2009) 71–74.

[20]. Y. H. Zhao, Y. T. Zhu, X. Z. Liao, Z. Horita, T. G. Langdon, Influence of stacking fault energy on the minimum grain size achieved in severe plastic deformation, Materials Science and Engineering A, 469 (2007) 22–26.

[21]. M. Cabibbo, E. Meccia, E. Evangelista, TEM analysis of a friction stir-welded butt joint of Al–Si–Mg alloys, Materials Chemistry and Physics, 81 (2003) 289-292.

[22]. L. Lityska, R. Braun, G. Staniek, C. Dalle Donne, J. Dutkiewicz, TEM study of the microstructure evolution in a friction stir-welded AlCuMgAg alloy, Materials Chemistry and Physics, 81 (2003) 293-295.

[23]. W. Y. Gan, Z. Zhou, H. Zhang, T. Peng, Evolution of microstructure and hardness of aluminum after friction stir processing, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 24(2014) 975−981.

[24]. A. Zhilyaev and A. Pshenichnyuk, Superplasticity and grain boundaries in ultrafine-grained materials, Cambridge International Science Publishing (2011).