عنوان پایان‌نامه
پیش بینی رفتار مکانیکی دما بالای آلومینیوم تقویت شده با ذرات سرامیکی
- رشته تحصیلی
- مهندسی متالورژی و مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1364;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81401;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1364;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81401
- تاریخ دفاع
- ۳۱ مرداد ۱۳۹۶
- دانشجو
- محمد رضایت
- استاد راهنما
- محمد حبیبی پارسا
- چکیده
- در پژوهش حاضر، آلیاژ Al-3wt.% Mg تقویت شده با ذرات سرامیکی کاربید بور با اندازه µm80 در در سه کسر حجمی 5، 10 و %15 توسط روش ریخته گری تهیه و در گستره وسیعی از نرخ کرنش، 4-10 الی s-1 103، در دمای بالا، 300 الی C? 500 تغییرشکل داده شده است تا به این ترتیب اثر حضور ذرات بر تحولات ریزساختاری، بافت، مکانیزم های تغییرشکل و تنش سیلان بررسی و ارزیابی گردد. آزمون فشار داغ بر روی آلیاژ تک فاز و کامپوزیت ها، در حالت تغییرشکل خزشی تا دینامیکی انجام شد و نتایج در غالب منحنی های سیلان با یک دیگر مقایسه شده و رفتار هر دو ماده در شرایط مختلف بررسی شد. نمونه ها توسط آنالیز با پراب الکترونی، پراش پرتوی ایکس و میکروسکوپ الکترونی مشخصه یابی شده و مورد تحلیل قرار گرفتند. به منظور شناخت رفتار مکانیکی و تخمین مناسبی از منحنی سیلان دما بالای کامپوزیت، سلول واحدی از کامپوزیت توسط روش المان محدود شبیه سازی شد و همچنین مهمترین عوامل اثرگذار شامل، کیفیت فصل مشترک ذره زمینه، ریزساختار و بافت فلز زمینه و اثر فاز دوم بر آن، مکانیزم های فعال تغییرشکل فلز زمینه در حضور ذرات، رفتار مکانیکی و منحنی سیلان فلز زمینه و مکانیزم های استحکام دهی در اثر حضور فاز دوم، مورد شناسایی و مطالعه قرار گرفتند. افزودن عنصر زیرکونیم به آلیاژ زمینه با تشکیل لایه ای متشکل از ZrB2 و ZrC در فصل مشترک سبب تقویت استحکام اتصال ذره - زمینه شد. مشخص شد که حضور ذرات سبب افزایش تنش سیلان و تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته در اثر رخداد مکانیزم جوانه زنی تسریع شده توسط ذره در در مقادیر میانه پارامتر زنر-هولومان شده است. با توجه به روش ارائه شده برای اصلاح انرژی فعال سازی مکانیزم تغییرشکل، مکانیزم های فعال شامل لغزش نابجایی ها تحت تأثیر اتم منیزیم و صعود، در محدوده فعالیت خود مشابه به آلیاژ تک فاز می باشند. با توجه به تحولات ریزساختاری مشاهده شده اصلاحاتی شامل افزودن اثر بازیابی، تبلور مجدد و شکست ذرات، بر روی مکانیزم هایی که در افزایش تنش سیلان کامپوزیت مشارکت دارند، یعنی افزایش دانسیته نابجایی های هندسی و مکانیزم انتقال بار، صورت پذیرفت. در نهایت با در نظر گرفتن تمامی موارد ذکر شده، مدلی برای تخمین منحنی سیلان کامپوزیت با توجه به مقدار کسر فاز تقویت کننده ارائه شد که با نتایج مشاهده شده از آزمون فشار همخوانی قابل قبولی دارد. کلمات کلیدی: آلیاژ آلومینیم – منیزیم، کامپوزیت زمینه فلزی، آزمون فشار داغ، معادله رفتاری دما بالا، مکانیزم های تغییرشکل، تحولات ریزساختاری
- Abstract
- In the present work, Al-3wt.% Mg alloy reinforced with B4C particles produced in different volume fractions of 5, 10 and 15% by stir-casting process, were deformed with strain rates of 10-4 to 103 s-1 at elevated temperatures of 300 to 500 ?C to evaluate the impact of particles on microstructure evolution, and flow stress variation during deformation. Flow stress curves of single phase alloy and Al-Mg matrix composites were investigated by performing hot compression test in form of creep and dynamic deformation. Moreover, Electron Probe Micro Analysis (EPMA), X-Ray Diffraction analysis (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD) and Quantometer analysis were applied for characterization microstructural investigation of initial and deformed samples. In order to have a comprehensive study on the role of particles on composites flow stress at high temperatures, finite element method was utilized for simulation of a composite unit cell and the most influential factors including: particle-matrix interface quality, microstructure and texture variation, and deformation and strengthening mechanism, were investigated. To improve particles-matrix interface strength, Zr was added during fabrication process to form ZrB2 and ZrC base interface layer. Based on EBSD micrographs of composites, in low Zener-Hollman parameter, Z, lattice rotation mechanism of continues dynamic recrystallization and at intermediate Z values dynamic recrystallization promoted by particle stimulating nucleation can be partially happened in microstructure. Based on presented method, it was found that deformation mechanism in composite and single phase alloy are the same, i.e. at low Zs viscose glide and in high Zs dislocation climb. Considering the size of particles, 80 µm, load transfer and increase in geometrical dislocations density were identified as the main strengthening mechanisms to which some corrections were applied for considering particle fracture, diffusional stress relaxation, dislocation annihilation, and dynamic recrystallization in area around particles, according to microstructural evaluation. Finally, a theoretical method was introduced to predict the flow curves of composite for different deformation conditions based on matrix and reinforcements properties. Keywords: Al-Mg Alloy; Hot Compression; Metal Matrix Composite; Constitutive Equation; Deformation Mechanism; Microstructural Evolution
