ایجاد ساختار نانو با استفاده از فرایند پیچش تحت فشار بالا (hpt)و ارزیابی ساختار و رفتار مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 2024
چکیده
اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید روی بسیاری از فلزات جهت ایجاد دانه های فوق ریز و نانو و در نتیجه ایجاد خواص مکانیکی منحصر به فرد در چند سال اخیر توجه محافل تحقیقاتیِ زیادی را به خود جلب نموده است. نتایج حاصله روی بسیاری از فلزات خالص نشان داده است که فرایند های مختلفِ تغییرشکل پلاستیک شدید می توانند روشی موثر برای رسیدن به چنین اهدافی باشند. در این تحقیق با استفاده از فرایند پیچش تحت فشار بالا (hpt) تاثیرِ اعمالِ تغییرشکل پلاستیک شدید روی ساختار، سختی و تنش سیلانِ آلیاژ آلومینیوم 2024 در شرایط مختلفِ دما، نرخ کرنش و عملیات پیری مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. اعمالِ تغییرشکلِ پلاستیک شدید روی آلیاژ آلومینیوم 2024 نه تنها فوق ریز شدنِ ساختار را به همراه دارد بلکه پیرسختی پذیری آن همراه با تغییرشکل پلاستیک شدید اثرات خاصی را روی خصوصیات مکانیکیِ آلیاژ به وجود می آورد. بررسی های انجام شده روی نمونه های تغییرشکل یافته به کمک میکروسکوپ های نوری، الکترونیِ روبشی (sem) و الکترونی عبوری (tem)، پراش الکترونیِ حوزه انتخابی (saed)، نشان داد که اعمالِ تغییرشکل پلاستیک شدید در شرایط مختلف منجر به ایجاد دانه های فوق ریز و نانو در این آلیاژ می شود. در این راستا، چگونگیِ ریز شدنِ دانه ها ونقش ذراتِ بینِ فلزی و رسوبات در رابطه با مکانیزم تشکیلِ دانه های فوق مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایجِ بدست آمده نشان می دهند هر چند عناصر آلیاژی و دما نقش به سزایی در رابطه با ایجاد دانه های فوق ریز و مورفولوژی آن ها دارند ولی وجود ترکیبات بین فلزی درشت اثرِ قابل توجهی روی مکانیزم ایجاد دانه های فوق ریز ندارند. این ذرات در محلول جامد فلز به راحتی خُرد و توزیع می شوند. برخی از این ذرات در حین تغییرشکل نیز در زمینه حل می شوند. شناساییِ عناصرِ موجود در این ترکیب ها با استفاده از نمودارِ طیف سنجی تفکیک انرژی (eds)، امکانِ مشخص کردنِ فازهای قابل حل و غیرقابل حل در زمینه را مهیا نمود. همچنین ارزیابی گشتاور در حینِ فرایند پیچش تحتِ فشارِ بالا و ارزیابی های میکروسختی بعد از اعمال تغییرشکل، به خوبی نشان داد که اعمال تغییرشکل پلاستیک شدید روش موثری جهت ایجاد سختیِ بالا (تا حدود 3 برابر) در این گونه آلیاژها می باشد. اعمال تغییرشکل در محدوده دماهای c°196- تاc °400 نشان داد که دما اثر فاحشی روی ساختار نهایی و تنش سیلانِ ماده دارد. ایجاد ساختار نانو در محدوده اندازه های nm 60-20 به وسیله ی اعمال پیچش تحت فشار بالا در دمای c°196- بیش ترین افزایش در منحنیِ تنش سیلان را حاصل نمود ولی سختی در مقایسه با نمونه هایی که در دمای محیط تغییر شکلِ شدید یافته بودند، تغییر محسوسی از خود نشان نداد. تاثیر عملیاتِ پیری قبل و بعد از hpt روی سختی نیز یکی دیگر از پارامتر های اساسی است که در توزیع سختی در امتداد قطر نمونه ها می تواند اثرات قابل توجهی داشته باشد. بهترین یک نواختی در توزیع سختی در امتداد قطر نمونه ها پس از اعمال hpt در دمای محیط و سپس پیرکردنِ آلیاژ در دمایc°190 حاصل شد. همچنین نرخ کرنش در دماهای مختلف و در محدوده ی 04/0 تا 6/0 دور در هر دقیقه اثر قابل توجهی روی تنش سیلان از خود نشان نداد.