عنوان پایان‌نامه
بهبود رفتار سوپر پلاستیک لوله‌های فوق ریزدانه تولید شده به روش تغییر شکل پلاستیک شدید با رهیافت مدلهای وابسته به زمان
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3376;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77324;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3376;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77324
- تاریخ دفاع
- ۰۶ آذر ۱۳۹۵
- چکیده
- در این رساله اثر فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید (SPD)، بر روی ریز ساختار، خواص مکانیکی و رفتار سوپرپلاستیک آلیاژهای منیزیم گروه Mg-Al-Zn مورد مطالعه قرار گرفت. فرآیند فشار در کانال زاویه دار لوله ای موازی (PTCAP) به عنوان فرآیند تولید لوله های فوق ریز دانه انتخاب شد و سپس رفتار سوپرپلاستیک لوله های فوق ریزدانه تولید شده از سه آلیاژ AZ91 و AZ31 ریخته گری شده و AZ31 اکسترود شده، توسط آزمون کشش داغ در تعداد پاس ها، دماها و نرخ کرنش های مختلف، مورد بررسی قرار گرفت. در هر سه آلیاژ ریزساختار بعد از یک پاس فرآیند به اندازه دانه متوسط در حدود µm10 رسید. در آلیاژهای ریخته گری شده AZ31 و AZ91 به دلیل اندازه دانه اولیه درشت (در حدود µm 520) شرایط برای تبلور مجدد کامل فراهم نبوده و دانه های بسیار بزرگ در ریزساختار بعد از تغییر شکل، قابل مشاهده است. بررسی ریز نمونه های این آلیاژها نشان داد که تعداد 2 پاس فرآیند PTCAP در دمای ? 300 به عنوان شرایط بهینه برای دستیابی به کوچکترین اندازه دانه با کم-ترین ترک، می باشد. این مقدار برای نمونه های AZ31 اکسترود شده مقدار 4 پاس به دست آمد. به دلیل اندازه دانه اولیه کوچک تر، ریزساختار بسیار یکنواخت تر و بدون ترکی در این آلیاژ در مقایسه با نمونه های ریخته گری شده به دست آمد. اندازه متوسط دانه ها پس از 2 پاس عبور PTCAP برای آلیاژهای AZ91، AZ31 ریخته گری شده و 4 پاس برای AZ31 اکسترود شده به ترتیب 3/4، 8 و µm 4/4 حاصل شد. نتایج آزمون کشش داغ نشان داد که دمای بهینه و بیشترین میزان افزایش طول در نرخ کرنش ?10?^(-3) برای نمونه های AZ91 ریختگی، AZ31 ریختگی و AZ31 اکسترود شده به ترتیب 178% در دمای ?400، 275% در دمای ?400 و 265% در دمای ?450 به دست آمد. بررسی نتایج آزمون پایداری دمایی اندازه دانه نشان می دهد که پایداری دانه های ریز در دماهای بالا در نمونه اکسترود شده ضعیف بوده و دانه ها در دمای بالای ?300 دچار رشد قابل توجهی می شوند این مقدار در نمونه مشابه ریخته گری شده دارای نتیجه بهتری می باشد. این نتیجه که از تفاوت ترکیب شیمیایی دو آلیاژ ناشی می شود، یکی از عوامل مهم نزدیک بودن میزان افزایش طول در نمونه های اکسترود شده علیرغم دانه های بسیار ریز و یکنواخت در مقایسه با نمونه های ریخته گری شده می باشد. مقدار توان حساسیت به نرخ کرنش برای نمونه-های SPD شده در حدود 3/0 می باشد که نشان دهنده رفتار سوپرپلاستیک نمونه ها در محدوده دمایی و نرخ کرنش بهینه می باشد. همچنین، انرژی فعال سازی نزدیک به kJ mol^(-1) 46/117 برای نمونه ریخته گری شده و kJ mol^(-1) 09/131 برای نمونه اکسترود شده، به همراه مقدار n در حدود 3 و وجود دانه های هم محور پس از کشش، نشان از تغییر شکل با مکانیزم های لغزش ویسکوز و لغزش مرزدانه ای دارند. پارامترهای معادله بنیادین سیلان ماده مربوط به نمونه اکسترود شده با استفاده از نتایج تجربی استخراج شد و بر این اساس، تنش بر حسب نرخ کرنش و دما و نیز کرنش به دست آمد. میزان انطباق رابطه استخراج شده با نتایج تجربی بررسی شد و معادله سینوس هایپربولیک، با بهترین مطابقت و بیشترین محدوده تغییرات دما و نرخ کرنش تعیین گردید. با استفاده از معادله بنیادین استخراج شده، مدل سازی FEM حرارتی- مکانیکی فرآیند PTCAP توسط دو روش حل ضمنی و صریح دینامیکی انجام شد. در هر یک از روش ها توزیع کرنش، دما و همچنین نمودار نیرو و کرنش معادل بر حسب زمان فرآیند استخراج گردید. واژه های کلیدی: سوپرپلاستیسیته، تغییر شکل پلاستیک شدید، آلیاژهای Mg-Al-Zn، لوله های فوق ریزدانه، توان حساسیت به نرخ کرنش.
- Abstract
- The effect of severe plastic deformation (SPD) process on the microstructure, mechanical properties and superplasticity of Mg-Al-Zn alloys were investigated. Parallel tubular channel angular pressing PTCAP as SPD method is used for produce ultra-fine grained (UFG) tube. Then the effect of superplastic behavior of the tubes from AZ91 as-cast, AZ31 as-cast and AZ31 extruded, were investigated via hot tensile test with different passes, temperatures and strain rates.The grain size of all three materials decreased to 10 µm after one pass. As a result of large initial grain size (approximately 520 µm), the microstructure of AZ91 and AZ31 as-cast alloys contains coarse grains surrounded by fine recrystallized grains as the necklace structure. Regarding the PTCAP, microstructural investigations of the alloys showed that the optimum grain refinement for as-cast and extruded speciments can be achieved by performing PTCAP at 300 ? for 2 passes and four passes, respectively. After this optimum condition, average grain sizes of about 4.3, 8 and 4.4 µm were obtained in the AZ91, AZ31 as-cast and AZ31 extruded, respectively. At the strain rate of ?10?^(-3) s^(-1) elongations 178% in 400 ?, 275% in 400 ? and 265% in 450 ? were obtained in the AZ91, AZ31 as-cast and AZ31 extruded, respectively. The thermal stability test results indicated that at high temperatures, the thermal stability of AZ31-extruded is weaker than AZ31as-cast at the same condition. This phenomena is related to low alloy elements in AZ31-extruded. Therefore in spite of lower and more hemogeneous grain size, the elongation is similar to AZ31 as-cast. The strain rate index value, m, is 0.3 which, indicates the viscose glide control mechanism and superplastic behavior of the samples in the optimum temperature and strain rate ranges. Also, deformation activation energy values were close to 117.46 kJ mol^(-1) for the AZ31 as-cast and close to 131.09 kJ mol^(-1) for the AZ31-extruded, which indicates viscose glide control deformation mechanism. Constitutive equation parameters were derived from experimental results to obtain stress according to strain, strain rate and temperature. The compliance of results were compared with the experimental results. It was found that the hyperbolic sine equation is appropriate for maximum range of temperature and strain rate. Moreover Thermo-mechanical finite element modeling of PTCAP was done in two methods of static general and dynamic/explicit with the constitutive equation. Keywords: Superplasticity, severe plastic deformation (SPD), Mg-Al-Zn alloys, ultrfined- grained tubes, strain rate sensivity
