عنوان پایان‌نامه
بررسی پدیده حجم آزاد و تاثیر آن بر رفتار حرارتی و ریز ساختار فلزات نانو ساختار تهیه شده به روش تغییر شکل پلاستیکی شدید
- رشته تحصیلی
- نانوفناوری-مهندسی مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1300;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76615;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1300;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76615
- تاریخ دفاع
- ۲۰ تیر ۱۳۹۵
- دانشجو
- نازنین فروزان مهر
- استاد راهنما
- محمود نیلی احمدآبادی
- چکیده
- در پژوهش حاضر، تشکیل حجم آزاد در فلزات فرآوری شده به روش تغییر شکل پلاستیکی شدید مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از روش هایی نظیر TEM، FESEM، EBSD و ECC برای مطالعات ریز ساختاری، و از آنالیز های دیلاتومتری، XRD، DSC و چگالی سنجی جهت بررسی های کمی و کیفی حجم آزاد، و از آزمون های کشش و سختی سنجی برای سنجش خواص مکانیکی فلز کار سرد شدید شده بهره گرفته شد. نتایج نشان داد کاهش چگالی قابل ملاحظه ای حین فرآیند نورد سرد شکل دار و کشش سیم حاصل گردید. نورد شکل دار شدید منجر به ایجاد یک ساختار ناهمگن و فوق ریزدانه همراه با افزایش حجم آزاد ناشی از چگالی بالای عیوب در هر دو فلز آهن و مس فرآوری شده در کرنش معادل 4/5می شود. البته مکانیزم تغییر شکل، نوع ساختار ایجاد شده، اندازه دانه ها، میزان کاهش چگالی و تغییرات حجم آزاد و هم چنین رفتار حرارتی بسته به نوع فلز متفاوت می باشد. افزایش حجم آزاد در نمونه آهن خالص بیش از مس بدست آمد که به دلیل تفاوت در ویژگی های ذاتی و خواص و در نتیجه رفتار فرآیندی متفاوت آهن و مس می باشد. کاهش اندازه دانه آهن فرآوری شده حین فرآیند تا اعمال کرنش 7، با استفاده از هر دو روش محاسبات XRD و مشاهدات TEM محاسبه گردید. مشاهده شد که مکانیزم تغییر شکل پلاستیکی آهن یک مکانیزم دو مرحله ای است که در مرحله اول، تشکیل باند های برشی و در مرحله دوم، مکانیزم های پایه-نابجایی غالب می باشد. در ساختار لایه ای تشکیل شده در کرنش های بالا، مکانیزم شکستگی لایه ها و تشکیل اتصالات سه گانه، و بازیابی دینامیک شروع به فعالیت کرده و با اعمال کرنش های بیشتر و حرکت اتصالات سه گانه همزمان با کاهش بیشتر سطح مقطع نمونه و نیز وجود قفل های Y-H و Y-Y، در نهایت یک تعادل ساختاری دینامیک در نمونه برقرار می شود. نتایج بررسی ها نشان داد حجم آزاد زیاد تشکیل شده در آهن فرآوری شده، به صورت چگالی بالای عیوب جای خالی، نابجایی ها، مرزدانه های غیر تعادلی، اتصالات سه گانه و نانوحفرات در ریزساختار می باشد. مشاهدات میکروسکوپی ریزساختار مس فرآوری شده نشان داد که اعمال فرآیند نورد شکل دار سرد شدید، طی مکانیزم تشکیل باند های برشی و تجزیه دانه، ساختاری ناهمگن با توزیع اندازه دانه دوگانه ایجاد می کند. در مورد مس نیز، افزایش زیاد عیوب شبکه و تشکیل نانوحفرات مشاهده گردید. هم چنین نتایج بررسی ها بر هر دو نمونه آهن و مس تغییر شکل پلاستیکی شدید شده نشان داد که افزایش حجم آزاد به شکل عیوب کریستالی و نانوحفرات اثر نامطلوبی بر خواص مکانیکی آن ها نمی گذارد.
- Abstract
- In this research, free volume formation in structure of metals processed by severe plastic deformation was investigated. Characterizations were conducted by TEM, FESEM, EBSD and ECC in order to microstructural study, using dilatometry, XRD, DSC and density measurements to quantify or for qualification of free volumes, as well as mechanical testing. The results showed that severe cold shape rolling or combined with wire drawing could significantly reduce the density. As a result of severe cold shape rolling up to strain of 4.5 for both of Fe and Cu, the ultrafine and heterogeneous microsturcture with high amount of free volume was formed. However, depending on metals, deformation mechanism, structure morphology and grain size, amount of free volume was different. It was a higher free volume of severely deformed Fe than of Cu. Decreasing of grain size of Fe during the processing up to strain of 7, was estimated using both XRD and TEM methods. It was found that the mechanism of severe deformation of iron involved two stages, in which in the first stage the shear banding and in the second one the dislocation activity mechanisms were dominant. At high strain, the structure break-up and also dynamic recovery by triple junction motion were occurred in the lamellar structure. With continued straining the motion is retarded through pinning and depinning processes, and finally a structural dynamic balance was achieved. The results also showed that there was a high free volume formation in the form of vacancies, dislocation, non-equilibrium grain boundaries, triple junctions and nanovoids in the structure. Microscopy observations of severely cold shape rolled Cu microstructure showed that an inhomogeneous and bimodal structure was formed through the grain subdivision mechanism. A high amount of free volumes were found in the Cu microstructure. Both severely deformed Fe and Cu showed good mechanical properties, in spite of nanovoids and high defects in the structure. Keywords: Severe plastic deformation, Free volumes, Nanostructured materials, Pure Fe, Pure Cu
