عنوان پایان‌نامه
تغییرشکل پلاستیک شدید (SPD) به روش اکسترورن زاویه ای تقاطعی (CAE)
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 436;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68192
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۹۳
- دانشجو
- سام رسول زاده
- استاد راهنما
- محمود موسوی مشهدی, کارن ابری نیا
- چکیده
- فرآیند تغییرشکل پلاستیک شدید (SPD)، یکی از مهمترین فرآیندهای تغییرشکل فلزات در روشهای مدرن شکل¬دهی محسوب می¬گردد که محصول آن، قطعات فلزی با ساختار دانه¬بندی بسیار ریز (UFG) می¬باشد. بارزترین ویژگی این قطعات، استحکام بسیار بالا همراه با تافنس بسیار خوب می¬باشد که منجر به ایجاد خواص سوپرپلاستیک در دماهای متوسط و نرخ کرنشهای بالا می¬شود. چنین خاصیت¬بخشی در این فرآیند بالاخص در خصوص فلزات خالص و یا کم¬آلیاژی می¬تواند باعث ارتقای چشمگیری در خواص مکانیکی قطعه گردد. ضمن آنکه ساختار ماده به مقیاس میکرومتری و حتی نانومتری تغییر می-یابد. تحقیقات پایه¬ای که در سالهای اخیر در زمینه SPD صورت گرفته است به مکانیزمهای کاهش¬دهنده اندازه دانه فلزات به مقادیر زیرمیکرونی اختصاص یافته است و در دسته محدودی از فلزات و آلیاژها در شرایط کرنشی مختلف و دماهای متفاوت مورد پژوهش واقع شده است. همچنین روشهای مختلف و در عین حال محدودی نظیر ECAP، HPT، CGP،TE، آلیاژسازی مکانیکی و ... نیز در این زمینه طراحی و استفاده گردیده است که در این میان می¬توان روش ECAP را از زمره پرکاربردترین روشهای خانواده SPD برشمرد. معهذا این روش نیز به نوبه خود از محدودیتهای زیادی برخوردار است. از اینرو در این پایان¬نامه تصمیم بر آن شده است که علاوه بر معرفی و تشریح یک روش نسبتاً جدید و ابداعی که ترکیبی از فرآیندهای قبلی با اصلاحات عمده در پروسه شکل¬دهی می¬باشد، تاثیر متغیرهای فرآیندی را نیز به عنوان ورودی فرآیند بررسی کرده تا بتوان از نتایج فوق در جهت بهینه¬کردن این فرآیند جدید و سایر فرآیندهای متداول SPD استفاده کرد. این روش که بر روی آن عنوان اکستروژن زاویه¬ای تقاطعی (CAE) نهاده شده است، در چندین مرحله (پاس) انجام شده که در طی آن قطعه آلومینیومی (از سری کارشده 1000 و نوع AA1100) در چند پاس روزنرانی متوالی، تحت کاهش و افزایش سطح مقطع می¬گردد. در این پایان¬نامه غیر از مدلسازی و شبیه¬سازی نرم¬افزاری و بررسی میزان و توزیع کرنش در قطعه و پیاده¬سازی عملی و تجربی این روش و ساخت نمونه¬های مختلف، اثر تغییر در پارامترهای ورودی این فرآیند نیز شامل تغییر در اندازه مجرای قالب، نرخ کرنش و تعداد پاسها بررسی گردیده است. همچنین خواص مکانیکی شامل استحکام کششی، مقاومت ضربه و تافنس شکست نیز بررسی گردیده و نیز مطالعات میکروسکوپی در بازه نانومتری (نظیر STEM) نیز صورت پذیرفته است. نتایج بدست¬آمده در این تحقیق هم در حوزه شبیه¬سازی نرم¬افزاری و هم قطعات ایجادشده در فرآیند ساخت تجربی به این روش نشان می¬دهد که با افزایش تعداد پاسها، کاهش سایز مجرای ثانویه قالب و افزایش نرخ کرنش، استحکام تسلیم و نیز استحکام کششی نمونه افزایش بسیار چشمگیری پیدا می¬کند. البته در مقابل آن، انعطاف¬پذیری بالاخص در مجاری باریکتر دچار کاهش می¬شود، اما در مجموع تافنس نمونه بالا می¬رود. ضمن آنکه امکان ایجاد کرنشهای بسیار بزرگ در قطعه نیز از این طریق وجود دارد. همچنین نتایج مطالعات ریزساختار حاکی از ریزدانگی بسیار شدید فلز در مقابل این روش تغییرشکل دارد.
- Abstract
- Severe plastic deformation (SPD) process is one of the most important deformation processes of metals among the modern deformation methods, which produces metal parts with ultra-fine grain (UFG) structure. The most prominent feature of these parts is a very high strength along with very good fracture toughness, leading to super-plastic properties at moderate temperatures and high strain rates. Such a property-enhancing process, especially in the case of pure or low-alloy metals, can result in significant enhancement in the mechanical properties of the part. Furthermore, structure of the material changes into the micrometer or even nanometer scale. Basic (primary) research within the field of SPD in recent years has been devoted to the mechanisms of grain size-reduction down to sub-micron values, and the method has been studied in limited group of the metals and alloys under different strain conditions and various temperatures. Moreover, various and yet limited number of methods such as ECAP, HPT, CGP, TE, mechanical alloying, etc. have been also designed and employed in this field, meanwhile the ECAP method is among the most widely used methods of SPD family. Nevertheless, this method has also many limitations. Hence, it is decided in present thesis (dissertation) that in addition to introducing and explaining a relatively new and innovative method as a combination of previous processes with major modifications in deformation process, investigate the effect of process variables as the process inputs so that be able to use above results for optimization of this new process and other common SPD methods. This method, known as Cross-Channel Angular Extrusion (CAE), is performed in several stages (passes), during which the aluminum part (from wrought series 1000 and type AA1100) experiences increase and decrease in cross-section during sequential extrusion. In this thesis, the effects of variation of input parameters of the process including die channel size, strain rate and number of passes have been investigated, in addition to software modeling and simulation, investigation of strain value and distribution in part, practical and experimental implementation of the method and creation of various samples. Additionally, mechanical properties including tensile strength, impact resistance and fracture toughness have been investigated, and microscopic studies at nanometer range (like STEM) have been also performed. Results obtained in present research, in both fields of software modeling and simulation and experimental fabrication of the samples, show significant increase in yield and tensile strengths of the sample with either increasing the number of passes, decreasing the size of secondary channel of the die, or increasing the strain rate. On the contrary, flexibility reduces especially in the narrower channel. However, the fracture toughness of the sample increases totally. Moreover, this procedure can cause considerable strains in the sample. Also, the results of microstructural studies revealed significant grain refinement of metal in this method.
