مهندسی ساخت و تولید ایران

Transcript

1 مجله مهندسی ساخت و تولید ایران پاییز و زمستان 395 دوره 3 شماره 3 ص ص دو فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی ساخت و تولید ایران رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و تا ثیر پارامترهاي دور و فشارهاي اعمالی بر شعاع بحرانی آنها * سینا قاي می خیاوي اسماعیل عماد الدین - کارشناسی ارشد مهندسی مواد و متالورژي دانشکدهي مهندسی مواد و متالورژي دانشگاه سمنان - دانشیار دانشکدهي مهندسی مواد و متالورژي دانشگاه سمنان *سمنان کد پستی 3539 emadoddin@semnan.ac.ir کلیدواژگان پیچش فشار بالا تغییر شکل پلاستیک شدید کرنش مو ثر پلاستیک شعاع بحرانی (*r) چکیده پیچش فشار بالا یکی از کارآمدترین روشهاي تغییر شکل پلاستیک شدید در تولید مواد حجیم نانوساختار میباشد. در پژوهش حاضر به بررسی رفتار تغییرشکل دیسکهاي بدست آمده از پیچش فشار بالاي مقید نشده پرداخته شده است. جنس دیسکهاي مورد آزمایش آلیاژ آلومینیوم 545 است. مرز بین منطقهي چسبنده و منطقهي لغزنده در سطوح دیسکهاي تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده شعاع بحرانی (*r) معرفی شده است. در مجاورت آن مقادیر میکروسختی و کرنش مو ثر اعمالی نسبت به سایر مناطق دیسک بیشتر است. پارامترهاي تعداد دور و فشار اعمالی مهمترین پارامترهاي پیچش فشار بالا هستند. به منظور بررسی تا ثیر آنها بر روي *r دیسکهاي بدست آمده بعد از پیچش فشار بالا شبیهسازي مطابق با شرایط آزمایش عملی انجام شده در پژوهش قبلی توسط نرمافزار آباکوس در دماي اتاق انجام گرفت. مقادیر *r محاسبه گردید. مشاهده شد با افزایش تعداد دور و فشار اعمالی به دیسکهاي مورد نظر مقادیر *r افزایش مییابد. به منظور بررسی بیشتر خواص دیسکهاي بدست آمده در پیچش فشار بالاي مقید نشده شبیهسازي تحت فشار اعمالی /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 3 و 0 انجام شد. با توزیع کرنش مو ثر پلاستیک بدست آمده از شبیهسازي رفتار تغییر شکل پلاستیک ماده در تعداد دورهاي بیشتر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و به طور خاص به بررسی دقیقتر *r از طریق آزمایش تجربی و شبیهسازي پیچش فشار بالاي مقید نشده پرداخته شد. Plastic deformation behavior of Aluminum 545 alloy under unconstrained high pressure torsion and effect of turns and applied pressures on their r * Sina Ghaemi Khiavi, Esmaeil Emadoddin * Department of Metallurgy and Materials Science, University of Semnan, Iran * P.O.B. 3539, Semnan, Iran, emadoddin@semnan.ac.ir Keywords High Pressure Torsion (HPT) Severe Plastic Deformation Equivalent Plastic Strain Critical radius (r * ) Abstract High pressure torsion is an effective Severe Plastic Deformation method for producing nanostructured bulk materials. In this research, deformation behavior of Aluminum 545 alloy disks obtained from unconstrained high pressure torsion has been studied. There is a region between adhesive zone and sliding zone defined as critical radius (r * ) on vicinity of which, microhardness and effective applied strains (PEEQ) are more than those of other regions. Since Number of Turns and Applied Pressure are the most important parameters of HPT process, for studying their effects on r * of disks, in this research the process was simulated by applying conditions of previous experimental research. For this end, ABAQUS software was used and r * values were calculated and recorded. It was observed that by increasing N and applied P, r * values increase. For better studying the properties of disks obtained from unconstrained HPT process, the process was simulated under applied pressure of.7 GPa and,, 3 and 0 turns. Eventually by using PEEQ distribution obtained from software, deformation behavior of disks in higher turns was analyzed, and specially the r* of unconstrained HPT that obtained from experimental tests and simulation, was examined. روش تغییر پلاستیک شدید علاقه روزافزونی را بین متخصصان علم مواد به خود جذب کرده است []. دو روش عمومی از انواع - مقدمه در سالهاي اخیر مواد حجیم نانوساختار تولید شده توسط Severe Plastic Deformation (SPD) Nano Structured Materials (NSM) Please cite this article using: براي ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید: S. Ghaemi Khiavi, E. Emadoddin, Plastic deformation behavior of Aluminum 545 alloy under unconstrained high pressure torsion and effect of turns and applied pressures on their r *, Iranian Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 3, No. 3, pp , 06 (in Persian)

2 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... ε = πnr () h 3 که در آن N تعداد دور r فاصله از مرکز دیسک و h ضخامت روشهاي تغییر شکل پلاستیک شدید تغییر شکل در کانالهاي مشابه زاویهدار و پیچش تحت فشار بالا است []. اعمال این ها به مواد منجر به اصلاح میکروساختار با اندازهي دانهي در محدودهي نانومتر و حصول مرزدانههاي زاویهي بالا میشود که در نتیجهي آن خواص مکانیکی مواد بهبود مییابد [3]. منشاء علمی پیچش 3 فشار بالا به یک مقالهي کلاسیک نوشته شده توسط بریجمن در مجلهي فیزیک کاربردي در سال 943 تحت عنوان پیچش دادن همراه با فشار بر میگردد [4]. پیچش فشار بالا عموما با استفاده از نمونههاي دیسکی شکل با ضخامت کم انجام میشود. اگرچه در آزمایشهاي اخیر از قطعات استوانهاي کوچک و نمونههاي رینگی شکل نیز استفاده شده است [5]. به طور کلی در این روش قطعه همزمان که تحت فشار زیاد قرار دارد در معرض گشتاور نیز قرار میگیرد به طوري که کرنش برشی شدیدي به ساختار ماده اعمال میشود [6]. در طول فشار هیدرواستاتیکی بالایی توسط تماس دو سندان و سطح دیسک فراهم میشود و نیروي اصطکاکی سطح در حالی که سندان پایینی میچرخد قطعه را تغییر شکل میدهد [7]. در عمل سه نوع مشخص از پیچش فشار بالا وجود دارد. این روشها به ترتیب پیچش فشار بالاي مقید نشده مقید شده و نیمه مقید نامیده میشود. در پیچش فشار بالاي مقید نشده نمونه روي سندان پایین قرار داده میشود و سپس نمونه تحت نیروي فشاري و کرنش پیچشی همزمان قرار میگیرد. تحت این شرایط مواد تحت فشار اعمالی آزاد هستند به سمت بیرون جریان یابند. این روش در مواردي که فشار و تعداد دور نسبتا کمتري مورد نیاز است میتواند استفاده شود. در پیچش فشار بالاي مقید شده قطعه داخل حفره ي فک پایین قرارگرفته و تماما از هر جهت مقید است. در روش پیچش فشار بالاي نیمه مقید شده در حین مقداري از فلز قطعه به صورت فلش از درز جدایش قالب بیرون میآید. اصطکاك بین فلش و سطح قالب فشار هیدرواستاتیکی لازم را فراهم میکند [-8]. به دلیل مقایسهي کرنش برشی در پیچش فشار بالا با کرنش خطی سایر روشهاي تغییر شکل پلاستیک شدید کرنش 4 معادل وان مایزز براي پیچش فشار بالا طبق معادلهي قطعه کار میباشد. () معادلهي نشان میدهد که تغییرات کرنش در راستاي دیسک در مرکز دیسک به مقدار صفر میرسد. این معادله نشان میدهد که توزیع میکروسختی و کرنش در سطح دیسک به شدت غیرهمگن است اما گزارشات زیادي نشان میدهد که با افزایش کرنش بطور معمول یک تکامل تدریجی ساختاري با سطح قابل قبولی از یکنواختی بدست میآید []. با توجه به معادلهي () میتوان انتظار داشت مقدار کرنش و به تبع آن مقدار میکروسختی در مناطق مرکزي مقدار پایینتري را نسبت به مناطق پیرامونی دیسک داشته باشد [4]. معادلهي () براي حالتی صادق است که لغزش وجود نداشته باشد و تغییر ضخامت در دیسک بوجود نیاید []. بنابرین رفتار تغییر شکل توزیع کرنش و میکروسختی در پیچش فشار بالاي مقید نشده که ماده بین دو سندان جریان مییابد با رفتار تغییر شکل ماده در پیچش فشار بالاي مقید شده و پیچش فشار بالاي نیمه مقید متفاوت خواهد بود. در پژوهشی که توسط مطالعه پارامتري روش آنالیز المان محدود بر روي آهن R60 انجام گرفت. شعاع با 5 هالومی و همکارانش انجام شد پیچش فشار بالاي مقید نشده توسط خلوص بالا و فولاد r به عنوان شعاع ناحیه چسبنده مشخص شد و تا ثیر پارامتر دور و فشار بر روي آنها [3]. شد با وجود این هنوز هم اطلاعات محدودي بررسی در مورد توضیح کامل رفتار تغییر شکل مواد در پیچش فشار بالاي مقید نشده وجود دارد. پیچش فشار بالا با پتانسیل صنعتی بالقوهاي که داراست میتواند در تولید اجزاي کوچک مثل سیستمهاي 6 الکترومکانیکی ایمپلنتهاي پزشکی و دندانپزشکی تولید واشر متالورژي پودر و تحکیمسازي پودر و تراشههاي مکانیکی ذخیرهسازي هیدروژن مواد مغناطیسی و مورد استفاده قرار گیرد [4]. آلیاژ به کار رفته در این پژوهش آلیاژ آلومینیوم است. 545 منیزیم مهمترین جزء در آلیاژهاي سري 5xxx است که باعث افزایش استحکام همراه با انعطافپذیري خوب در حین کارسرد میشود. همچنین این آلیاژها جوش پذیري و مقاومت به خوردگیشان عالی است. آلیاژهاي آلومینیوم- منیزیم در صنایع هوا و فضا و اتومبیلسازي داراي کاربردهاي فراوانی هستند [4]. 5 Halloumi 6 Microelectromechanical Systems(MEMS) Equal Channel Angular Pressing (ECAP) High Pressure Torsion (HPT) 3 Bridgman 4 Von Mises () معرفی شده است: 4 مهندسی ساخت و تولید ایران پاییز و زمستان 395 دوره 3 شماره 3

3 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... در پژوهش حاضر روي آلیاژ آلومینیوم پیچش فشار بالاي مقید نشده بر 545 در تعداد دور و فشارهاي اعمالی مختلف مطابق با شرایط آزمایش تجربی توسط نرم افزار آباکوس شبیه سازي شده و نتایج بدست آمده از نتایج تجربی در پژوهش قبل [] و نتایج شبیهسازي بدست آمده در این پژوهش براي توضیح رفتار تغییر شکل ماده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همچنین رفتار تغییر شکل ماده در پیچش فشار بالاي مقید نشده بطور کامل توضیح داده شد و به طور خاص به بررسی دقیقتر *r از طریق آزمایش تجربی و شبیهسازي پیچش فشار بالاي مقید نشده پرداخته شد. Fig. Unconstrained HPT's machine شکل - وسایل و شرایط انجام آزمایش پیچش فشار بالاي مقید نشده در پژوهش قبل تحت اعمال فشارهاي مختلف.9.5 و.7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 0.5 و روي دیسکهایی با قطر 5 میلیمتر و ضخامت 3 میلیمتر از جنس آلیاژ آلومینیوم 545 با ترکیب شیمیایی مطابق جدول سطوح انجام شد. دیسکهاي بدست آمده از تست میکروسختی از گرفته شد. شکل دستگاه پیچش فشار بالاي استفاده شده در این پژوهش و شکل دیسکهاي بدست آمده از نشده را نشان میدهد. پیچش فشار بالاي مقید شبیهسازي سه بعدي پیچش تحت فشار بالاي مقید نشده توسط نرم افزار آباکوس در دماي اتاق انجام شد. ابعاد دیسک مطابق با شرایط آزمایش با قطر 5 میلیمتر و ضخامت 3 میلیمتر و به صورت تغییرشکلپذیر در نرمافزار تعریف گردید. خواص مکانیکی آلیاژ 545 آلومینیوم مطابق با آزمایش عملی و تست کشش به نرمافزار تعریف گردید. نرمافزار استحکام تسلیم مادهي مورد آزمایش را 35 مگاپاسکال در نظر گرفت. همچنین ضریب پوواسون نیز 0/33 تعریف گردید. همچنین سندان بالایی و سندان پایینی به صورت صلب و به شعاع 0 سانتیمتر تعریف گردید. در شبیهسازي مطابق با شرایط آزمایش عملی دیسکها تحت فشارهاي /9 /5 و /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 0/5 و دور قرار گرفتند. جدول ترکیب شیمیایی آلومینیوم 545 (درصد وزنی عناصر) دستگاه پیچش فشار بالاي مقید نشده Fig. The obtained disks from unconstrained HPT process شکل دیسکهاي بدست آمده از پیچش تحت فشار بالاي نیمه مقید شبیهسازي در دو مرحله تعریف گردید. مرحلهي اول مرحلهي اعمال بار به دیسک است که در آن سندان بالایی در جهت y حرکت کرده و باعث کاهش ضخامت دیسک میشود. مرحلهي دوم مرحلهي اعمال پیچش است که در آن سندان پایینی حول محور y میچرخد و به قطعه دور و مقدار پیچش مورد نظر را اعمال مینماید. همچنین شرایط اصطکاکی به صورت سطح به سطح و به صورت مماسی بین دو سطح دیسک و سندان بالایی و پایینی تعریف گردید. ضریب اصطکاك مابین سندان بالایی و دیسک 0/5 و مقدار این ضریب مابین سندان پایینی و دیسک 0/75 تعریف گردید. نوع مشبندي دیسک C3D8R و تعداد مش آن 4968 است. این تعداد مش براي نشان دادن تغییر شکل پلاستیک موضعی دیسک کافی است. همچنین نوع مشبندي سندانها R3D4 و تعداد مش آن 50 عدد براي هر شکل است. سندان 3 دیسک و سندانهاي مشبندي شده را Table Chemical composition of AA 545 Alloy (Based on weight percent) Al Mg Mn Si Fe Cr باقیمانده ABAQUS % /7 % 0/6 % 0/ % 0/7 % 0/ مهندسی ساخت و تولید ایران پاییزو زمستان 395 دوره 3 شماره 3 4

4 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... نشان میدهد. همچنین مقادیر *r از نتایج تجربی و شبیهسازي اندازهگیري شد. بدین صورت که بیشترین مقادیر کرنش در نتایج بدست آمده از شبیهسازي و مقادیر سختی در نتایج تجربی اندازهگیري شد. در هر دو حالت آزمایش تجربی و شبیهسازي منطقهي حلقهاي شکل بدست آمد. شعاع بحرانی وسط هر یک از این حلقهها در نظر گرفته شده و اندازهگیري شد. براي بررسی تغییر شکل پلاستیک دیسک در طول پیچش فشار بالاي مقید نشده و درك رفتار تغییر شکل دیسک شبیهسازي دیگري در فشار اعمالی /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 3 و 0 انجام شد. توزیع کرنش مو ثر پلاستیک بدست آمده از شبیهسازي بررسی گردید. Fig. 3 Meshing of disk and anvils of unconstrained HPT process in ABAQUS software 3- نتایج و بحث بیشتر تحقیقاتی که توسط پیچش تحت فشار بالا انجام میشود از نوع پیچش فشار بالاي نیمه مقید میباشد که بعد از انجام توزیع سختی کرنش مو ثر اندازهي دانه و بررسی میشود. در پژوهش قبلی که پیچش فشار بالاي مقید نشده بر روي آلیاژ آلومینیوم 545 انجام شد از نمودارهاي سختی کانتور توزیع میکروسختی و کرنش مو ثر مشاهده گردید که ناحیهاي مابین لبه و مرکز دیسک که به آن کرنش مو ثر بیشتري وارد شده است و داراي بیشترین مقدار میکروسختی است []. شکل 4 دیسک بدست آمده از پیچش فشار بالاي مقید نشده را نشان میدهد. همانطور که در شکل 4 دیده میشود دیسک به دو منطقه تقسیم بندي شده است. منطقهي لغزنده به رنگ آبی و منطقهي چسبنده به رنگ زرد با شعاع *r نشان داده شده است. در منطقهي لغزنده چون ماده طی پیچش فشار بالاي مقید نشده بین دو سندان جریان مییابد و میلغزد مقادیر کرنش مو ثر کمتري به این منطقه از دیسک وارد میشود. در نتیجه مقادیر کرنش مو ثر و سختی نسبت به منطقهي چسبنده پایین خواهد بود. شکل 5 تا ثیر پارامتر تعداد دور بر مقادیر *r دیسکهاي تحت پیچش فشار بالاي مقید نشدهي آلیاژ آلومینیوم 545 را براي آزمایش تجربی (خطوط منقطع) و شبیهسازي (خطوط پیوسته) نشان میدهد. در حالت فشار ثابت /5 گیگاپاسکال با افزایش تعداد دور از 0/5 به و سپس مقادیر *r شبیهسازي به ترتیب از 3/67 به شکل 3 مش بندي دیسک و سندان پیچش تحت فشار بالاي مقید نشده در نرم افزار آباکوس Fig. 4 Division of disk after unconstrained HPT process شکل 4 تقسیمبندي دیسک بعد از پیچش فشار بالاي مقید نشده 4 و سپس 4/ و در آزمایش تجربی از 3/5 به 3/5 و سپس به 3/75 رسیده است. شکل 5 تا ثیر تعداد دور بر Fig. 5 Effect of number of turn on r* values مقادیر *r Equivalent Plastic Strain (PEEQ) Contour 43 مهندسی ساخت و تولید ایران پاییز و زمستان 395 دوره 3 شماره 3

5 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... از از در حالت فشار اعمالی /9 گیگاپاسکال با افزایش تعداد دور و سپس به 0/5 مقادیر r* بدست آمده از نتایج شبیهسازي به ترتیب از 4/09 به 4/6 و سپس به 4/3 و در حالت آزمایش تجربی از 3/88 به 4 و سپس به 4/3 رسیده است. همچنین در حالت /7 گیگاپاسکال با افزایش تعداد دور و سپس به 0/5 مقادیر r* بدست آمده از نتایج شبیهسازي به ترتیب از 4/5 به 4/4 و سپس 4/4 و براي آزمایش تجربی مقدار 4/35 به 4/5 آن از و سپس به 4/5 r* رسیده است. مشاهده میشود تا ثیر پارامتر تعداد دور بر مقادیر با افزایش بیشتر است. افزایشی شیب افزایش دور تعداد مقادیر *r کاهش مییابد. آن میتواند به دلیل افزایش کارسختی قطعه با اعمال بیشتر تعداد دور به دیسک باشد. در این حالت مقادیر قطر دیسک و شعاع *r در مقایسه با مراحل اولیهي اعمال کرنش (در تعداد دورهاي کم) افزایش قابل توجهی پیدا میکند و در تعداد دورهاي زیاد افزایش جزي ی پیدا میکند. 6 شکل تا ثیر پارامتر فشار بر مقادیر دیسکهاي تحت *r پیچش فشار بالاي مقید نشدهي آلیاژ آلومینیوم 545 بدست آمده از آزمایش تجربی (خطوط منقطع) و شبیهسازي (خطوط پیوسته) به را نشان میدهد. در حالت تعداد دور ثابت 0/5 با افزایش فشار اعمالی از /5 به /9 و سپس /7 گیگاپاسگال مقادیر *r بدست آمده از شبیهسازي به ترتیب از 3/67 به 4/09 و سپس 4/5 و در آزمایش تجربی از 3/5 به 3/88 و سپس به 4/5 رسیده است. در حالت اعمال دور با افزایش فشار از /5 /9 و سپس به ترتیب از گیگاپاسگال مقادیر /7 r* و سپس 4/6 به 4 تجربی از 3/5 به 4 و سپس 4/35 رسیده است. شکل 6 تا ثیر فشار اعمالی در شبیه سازي 4/4 و در آزمایش Fig. 6 Effect of applied pressure on r* values بر مقادیر *r از همچنین در حالت اعمال دور با افزایش فشار اعمال شده /7 و سپس /9 به /5 گیگاپاسگال مقادیر در *r شبیهسازي به ترتیب از 4/ به 4/3 و سپس به 4/4 رسیده است. *r مقادیر افزایش مقادیر مشاهده میشود تا ثیر پارامتر فشار اعمالی افزایشی r* است. کاهش مییابد. بر با افزایش بیشتر فشار اعمالی نرخ این کاهش میتواند در اثر افزایش کارسختی قطعه با اعمال بیشتر فشار به دیسک باشد. در این حالت مقادیر قطر دیسک و شعاع *r در مقایسه با مراحل اولیهي اعمال فشار و در فشارهاي اعمالی کم افزایش قابل توجهی پیدا کند و در فشارهاي اعمالی زیاد افزایش جزي ی پیدا کند. با توجه به نتایج بدست آمده از مقدار شعاع *r شبیهسازي و آزمایش تجربی پیچش فشار بالاي مقید نشده مشاهده میگردد که نتایج با تقریب خوبی باهم سازگار هستند. به طوري که بیشترین اختلاف بین نتایج شبیهسازي و تجربی از میلیمتر تجاوز نمیکند. 0/5 نتایج شبیهسازي و نتایج آزمایش تجربی با توجه به اینکه شعاع *r بدست آمده از نتایج تجربی و شبیهسازي بر اساس محاسبهي شعاع میانگینی که در آن نتایج میکروسختی و کرنش مو ثر بیشترین مقدار را نسبت به سایر مناطق دیسک داراست اندازهگیري شده است بنابرین اختلاف موجود در حالتهاي مختلف و خطاي بوجود آمده منطقی میباشد. در حالت کلی میتوان نتیجه گرفت که براي دیسکی با قطر 5 و ضخامت 3 میلیمتر تحت فشارهاي اعمالی /9 /5 و /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 0/5 و مقدار *r بین 3/5 تا 4/5 میلیمتر میباشد. در پژوهشی که ژیلیو و همکارانش توسط 4 3 پیچش فشار بالاي نیمه مقید شده روي دیسکهایی از جنس آلومینیوم خالص تجاري تحت اعمال فشار گیگاپاسکال و تعداد دورهاي صفر انجام 8 و دادهاند نشان داده شده است که مقادیر میکروسختی در مرکز دیسک در مقایسه با مناطق پیرامونی دیسک پایینتر است. همچنین آنها نشان دادند که با افزایش تعداد دور مقادیر میکروسختی افزایش مییابد. براي تعداد دورهاي 4 و 8 نتایج آنها نشان داد که سطح معقولی از همگنی مقادیر میکروسختی بوجود شد که بعد از اعمال 8 همچنین مشاهده میآید. دور اندازهي دانهي کوچکتر در مرکز دیسک ظاهر میشود که آنها از مشاهداتشان نتیجه گرفتند در مناطق تحت کرنش اعمالی بزرگ در پیرامون دیسک بازیابی Zhilyaev Recovery مهندسی ساخت و تولید ایران پاییزو زمستان 395 دوره 3 شماره 3 44

6 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... بوجود آمده است [4 5]. در پژوهش دیگري که توسط لی و همکارانش با استفاده از پیچش فشار بالا در دماي اتاق و تحت اعمال فشار گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 6 0 تا 0/5 دور بر روي دیسکهایی از جنس آلومینیوم- %3 منیزیم انجام گرفت نشان داده شد که در مراحل ابتدایی 0/5 دور تا 5 دور مقادیر سختی لبهي دیسک بیشتر از مرکز دیسک است و به جز 0 دور در تمامی حالتها با افزایش کرنش مقادیر سختی مرکز دیسک که کمترین سختی را داراست افزایش مییابد تا مقدار سختی آن به سختی لبهي دیسک نزدیک شود. همچنین با توجه به اینکه مقدار اندازهي دانه قبل از 830 میکرومتر میباشد و پس از اعمال 0 دور اندازهي دانه در مرکز و لبهي دیسک به میکرومتر میرسد و یک ریزدانهگی قابل ملاحظهاي پس از پیچش فشار بالا صورت گرفته است.[6] همچنین در پژوهشی که توسط عدالتی و همکارانش توسط پیچش فشار بالا بر روي دیسکهایی از جنس منیزیم با خلوص بالا (%99/99) انجام شد آنها بیان کردند که نرمشوندگی در کرنشهاي بزرگ به علت تبلور مجدد در نتیجهي دماي ذوب کم منیزیم است. همچنین نتیجه گرفتند که پس از پیچش فشار بالا سختی استحکام کششی 3 ازدیاد طول کل شکست و ظرفیت ذخیرهسازي هیدروژن افزایش مییابد [7]. 7 شکل پیشرفت کرنش مو ثر پلاستیک در سطح دیسک پیچش فشار بالاي مقید نشده در فشار اعمالی /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 3 0 بدست آمده از شبیهسازي توسط نرمافزار آباکوس را نشان میدهد. در حالت کلی از شکل 7 نتیجه گرفته میشود که با افزایش تعداد دور از تا 0 مقادیرکلی کرنش مو ثر دیسک افزایش مییابد. همچنین نرخ 4 افزایش کرنش مو ثر دیسک به دلیل کارسختی قطعه کاهش مییابد. در هاي پیچش فشار بالاي مقید شده و نیمه مقید لبهي دیسک نسبت به مرکز دیسک بیشترین مقدار کرنش مو ثر و به تبع آن بیشترین سختی را داراست. همچنین در مقدار کرنشهاي کم به علت اعمال کرنش بزرگتر و به تبع آن وقوع شکستگی دانهها در لبهي دیسک اندازهي دانه نسبت به مرکز دیسک کوچکتر است. با افزایش بیشتر کرنش مقادیر سختی و خواص مکانیکی سطح دیسک همگن تر میشود. بیشتر کرنش به با افزایش دلیل وقوع بازیابی و تبلور مجدد دینامیکی اندازه دانه کوچکتري در مرکز دیسک نسبت به لبهي دیسک مشاهده میگردد. در پیچش فشار بالاي مقید نشده با توجه به اینکه دیسکها به دو منطقهي لغزنده و چسبنده تقسیم میشوند و مرز بین این دو با دایرهاي با شعاع *r فرض شده است ضروري است که روند افزایش سختی و سایر خواص مکانیکی و... در دو طرف این شعاع بررسی گردد. در اعمال کرنشهاي پایین (دورهاي پایین) با نزدیک شدن از *r به سمت لبهي دیسک در راستاي شعاعی دیسک مقادیر کرنش مو ثر و سختی کاهش یافته و اندازهي دانه بزرگتر میشود. همچنین با حرکت از مرکز دیسک به سمت *r کرنش و سختی افزایش یافته و اندازهي دانه کوچکتر میشود. با اعمال کرنشهاي بالاتر اگر بازیابی و تبلور مجدد اتفاق بیفتد در مجاورت *r خواهد بود و با اعمال کرنشهاي بالا میتوان به سطح معقولی از همگنی توزیع سختی کرنش عدد اندازهي دانه در سراسر دیسک دست یافت. همچنین اگر از پیچش فشار بالاي مقید نشده در ذخیره سازي هیدروژن به صورت حجیم استفاده شود در منطقهي *r سازي هیدروژن را خواهیم داشت. ترکیب بین نشینی در مواد بیشترین ظرفیت ذخیره شکل 8 نمودار میکروسختی بر حسب کرنش مو ثر پلاستیک بدست آمده از معادلهي () را تحت فشار اعمالی /7 گیگاپاسکال نشان میدهد []. دادههاي میکروسختی در هر دور اعمالی تا فاصلهي *r در نمودار آمده است. ملاحظه میشود که با افزایش تعداد دور و افزایش کرنش مو ثر پلاستیک اعمال شده به دیسک سختی افزایش مییابد. نرخ افزایش آن رفته رفته کاهش یافته تا اینکه از یک مقدار کرنش مو ثر پلاستیک به بعد به دلیل اشباع ساختار و کارسختی بیش از حد شیب نمودار ثابت میماند. در اکثر منابع و مقالات آلیاژهاي آلومینیوم سري 5 5xxx در مقدار سختی 40 ویکرز اشباع میشوند []. از آنجایی که مقادیر سختی در طول دیسک قبل از پیچش فشار بالا برابر 88 ویکرز میباشد و پس از در فاصلهي *r از مرکز دیسک به 0-40 ویکرز میرسد میتوان از روش پیچش فشار بالا براي تولید مواد نانوساختار با خواص مکانیکی عالی استفاده کرد. 5 Vickers Lee Recrystallization 3 Hydrogen Storage Capacity 4 Strain Hardening 45 مهندسی ساخت و تولید ایران پاییز و زمستان 395 دوره 3 شماره 3

7 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... Fig. 7 Distribution of the equivalent plastic strain in AA 545 alloy disks after unconstrained HPT process, under applied pressure equal to.7 GPa and,,3,..,0 turns, respectively, obtained from Abaqus software شکل 7 توزیع کرنش مو ثر پلاستیک بدست آمده از نرمافزار آباکوس در دیسکهاي فشار اعمالی /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي اعمالی به ترتیب 3 و 0 بدست آمده از پیچش فشار بالاي مقید نشده آلیاژ آلومینیوم 545 تحت 4- نتیجهگیري دیسک تحت پیچش فشار بالا به دو منطقهي چسبنده و لغزنده تقسیم شده است که دایرهي فرضی با شعاع *r این دو منطقه را از هم جدا میکند. در حالت کلی میتوان نتیجه گرفت که براي دیسکی با قطر 5 و ضخامت 3 میلیمتر تحت فشارهاي اعمالی /9 /5 و /7 گیگاپاسکال و تعداد دورهاي 0/5 و مقدار *r بین 3/5 تا 4/5 میلیمتر است. با افزایش فشار اعمالی و تعداد دور اندازهي افزایش *r مییابد. همچنین با افزایش تعداد دور مقادیر کلی کرنش مو ثر Fig. 8 Microharness variation curve with equivalent plastic strain افزایش مییابد. منطقهي مابین مرکز و لبهي دیسک بیشترین شکل 8 نمودار میکروسختی بر حسب کرنش مو ثر پلاستیک مهندسی ساخت و تولید ایران پاییزو زمستان 395 دوره 3 شماره 3 46

8 رفتار تغییر شکل پلاستیک دیسکهاي آلیاژ آلومینیوم 545 تحت پیچش فشار بالاي مقید نشده و... icme Conference, Babol Noshirvani University of.(فارسی Technology, Babol, 00, (in persian [9] H. Beysadi, A. Rastgu, Gh. Payganeh, E. Zeynali, A. Ghahremani, Machine design to manufacture of Cu disc with a nano crystalline structure by the HPT process, icme Conference, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, 00, (in persian.(فارسی [0] H. Beysadi, Sh. Jafarzadeh, H. Miyanji, E. Zeynali, Microstructure evaluation of Cu metal obtained from HPT and CGP processes, MATFORM Conference, Sharif University of Technology, 0 (in persian.(فارسی [] S. G. Khiavi, E. Emadoddin, Mechanical properties of Aluminum alloy 545 under the high pressure torsion, imat 05, Iran University of Science &.(فارسی Technology, Tehran, (in persian [] P. Bazarnik, Y. Huang, M. Lewandowska, T. G.Langdon, Structural impact on the Hall Petch relationship in an Al 5Mg alloy processed by highpressure torsion, Materials Science & Engineering A, Vol. 66, pp. 9-5, 05. [3] A. Halloumi, M. Busquet, S. Descartes, Parametric study of unconstrained high-pressure torsion-finite element analysis, 6th International Conference on Nanomaterials by Severe Plastic Deformation, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 63, 04. [4] A. FallahZadeh, E. Emadoddin, F. Qods, A. GholamZadeh, The effect of thickness and annealing treatment temperature on mechanical properties of AlMg6 sheet alloy, imat Conference, Iran University of Science & Technology, Tehran, 05. (فارسی (in persian [5] A.P. Zhilyaev, K. Oh-ishi, T. G. Langdon, T. R. McNelley, Microstructural evolution in commercial purity aluminum during high-pressure torsion, Materials Science and Engineering A, Vol. 40-4, pp , 005. [6] H. J. Lee, J. K. Han, Sh. Janakiraman, B. Ahn, M. Kawasaki, T. G. Langdon, Significance of grain refinement on microstructure and mechanical properties of an Al-3% Mg alloy processed by highpressure torsion, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 686, pp , 06. [7] K. Edalati, A. Yamamoto, Z. Horitaa, T. Ishihara, High-pressure torsion of pure magnesium: Evolution of mechanical properties, microstructures and hydrogen storage capacity with equivalent strain, Scripta Materialia, Vol. 64, pp , 0. کرنش را متحمل میشود. با حرکت از سمت *r به سمت لبهي دیسک مقدار کرنش مو ثر اعمالی کاهش پیدا میکند و همچنین با حرکت از مرکز دیسک به سمت *r کرنش مو ثر اعمالی افزایش با پیدا میکند. افزایش کرنش اعمالی و اشباع شدن ساختار پدیدهي بازیابی و تبلور مجدد دینامیکی در مجاورت *r پیشبینی میشود. از آنجایی که مقادیر سختی دیسک آلومینیومی پس از 0-40 در فاصلهي *r از مرکز دیسک به ویکرز میرسد میتوان نتیجه گرفت که روش پیچش فشار بالا یکی از بهترین روشهاي تولید مواد نانوساختار با خواص مکانیکی عالی است. 5- مراجع [] R. Z. Valiev, R. K. Islamgaliev, I. V. Alexandrov, Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation, Progress in Materials Science, Vol. 45, pp , 000. [] H. Jiang, Y. T. Zhu, D. P. Butt, I. V. Alexandrov, T. C. Lowe, Microstructural evolution, microhardness and thermal stability of HPT-processed Cu, Materials Science & Engineering A, Vol. 90, pp. 8 38, 000. [3] M. Das, G. Das, M. Ghosh, M. Wegner, V. Rajnikant, S. G. Chowdhury, T. K. Pal, Microstructures and mechanical properties of HPT processed 6063 Al alloy, Materials Science & Engineering A, Vol. 558, pp , 0. [4] A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon, Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications, Progress in Materials Science, Vol. 53, pp , 008. [5] T. G. Langdon, Twenty-five years of ultrafinegrained materials: Achieving exceptional properties through grain refinement, Acta Materialia, Vol. 6, pp , 03. [6] H. Beysadi, A. Rastgu, E. Zeynali, Mechanical properties evaluation of Cu disc obtained from the HPT process, icme Conference, Tabriz University,.(فارسی Tabriz, 00, (in persian [7] X. Wang, M. Nie, Ch. T. Wang, Sh. C. Wang, N. Gao, Microhardness and corrosion properties of hypoeutectic Al 7Si alloy processed by highpressure torsion, Materials Design, Vol. 83, pp. 93-0, 05. [8] H. Beysadi, A. Rastgu, Gh. Payganeh, E. Zeynali, A. Ghahremani, Comparison of plastic strain imposed in HPT and ECAP process by finite element method, 47 مهندسی ساخت و تولید ایران پاییز و زمستان 395 دوره 3 شماره 3