تحقیق خواص خستگی آلیاژ منیزیم AZ91 با تغییر فرم پلاستیک

توضیحات

عنوان: خواص خستگی آلیاژ منیزیم AZ91 فرآوری شده با تغییر فرم پلاستیک شدید

• چکیده
• مقدمه
• روش و مواد آزمایش
• مواد آزمایشگاهی
• آنالیز ساختاری
• آزمون کشش
• آماده­سازی نمونه­های تست خستگی
• آزمون خستگی
• نتایج
• آنالیز ساختار
• خواص کششی
• استحکام 
• واکنش مومسان سیکلی
• پیدایش ترک خستگی
• بحث
• نتایج

چکیده

بعد از اعمال تغییرفرم پلاستیک شدید بر روی آلیاژ ریختگری منیزیم AZ91 خواص خستگی آن مورد بررسی قرار گرفت و با حالت ریختگری ابتدایی آن مورد مقایسه قرار گرفت. تغییرفرم پلاستیک شدید با استفاده از پرس زاویه­ای در کانال یکسان (ECAP) به انجام رسید. عملیات ECAP باعث ساختاری بی­مودال شد. این ساختار شامل نواحی با دانه­های ریز با مقدار بیشتر ذرات Mg₁₇Al₁₂ و نواحی با دانه­های بزرگتر و دانسیته کمتر از ذرات Mg₁₇Al₁₂ بود. بهبود خواص مکانیکی اصلی AZ19 (تنش تسلیم، استحکام کششی و شکل­پذیری) توسط ECAP و همچنین بهبود عمر خستگی در محدود خستگی کم چرخه قابل توجه بود. هرچند بهبود استحکام خستگی در محدوده خستگی با چرخه بالا قابل چشم­پوشی است. حد دوام براساس 10⁷ سیکل برای آلیاژ ریختگری 80MPa و برای آلیاژ تحت تغییرفرم پلاستیک شدید بوسیله ECAP 85MPa تعیین شد. واکنش مومسان سیکلی در هر دو حالت از لحاظ کیفی مشابه بود، نرم­شدگی ابتدایی و پس از چرخه­ای طولانی سخت­گردانی حاصل گردید.  ترک­های خستگی در آلیاژ ریختگی در باندهای لغزش سیکلی آغاز شد که در نواحی محلول جامد شکل گرفتند. در مورد ماده تغییرفرم یافته به صورت پلاستیک که دارای ساختاری بی­مودال است دو مکانیزم متفاوت از پیدایش ترک مشاهده گردید. پیدایش ترک در باندهای لغزش فرآیندی ارجح در نواحی با دانه­های بزرگ بود درحالیکه ترک خوردگی در مرزدانه­ها مکانیزمی مشخص در نواحی با دانه ­های ریز بود.

مقدمه

آلیاژهای منیزیم مواد به صورت تجاری در بسیاری از حوزه ­های مهندسی عمدتاً در صنعت اتومبیل سازی، هوافضا و الکترونیک مورد استفاده قرار می­گیرند. اخیراً، اهمیت آنها به طور محسوسی در کاربردهای پزشکی نیز افزایش یافته است. طیف وسیع کاربرد آنها به دلیل وزن کم آنها و در عین حال خواص مکانیکی خوبی است که دارا می­باشند، در عین حال با تغییر در ترکیب شیمیایی آنها می­توان به خواص مورد نظر و محدوده کارایی انها را افزایش داد. بعلاوه، این آلیاژها خواص زیست­ تجزیه پذیررا ارائه می­دهند. این مواد هنوز مواد نوپا محسوب می­شوند، بخصوص برای بکار بردن آنها در بدن انسان به عنوان ایمپلنت­ ها موقت. منیزیم نه تنها زیست­ سازگار هستند که برای متابولیزم انسان به عنوان یک کوفاکتور بسیاری از آنزیم­ها ضروری هستند، و محصولات تجزیه آن سمی نیستند. برای بکارگیری به عنوان ایمپلنت­های موقت هم مقاومت به خوردگی و نیز خواص مکانیکی دو عامل مهم محسوب می­شوند. مقاومت به خوردگی می­تواند با آلیاژسازی و عملیات سطحی کنترل گردد و خواص مکانیکی رابطه نزدیکی با اندازه دانه دارد. ترکیب شیمیایی باید بسیار با دقت و وسواس انتخاب گردد زیرا برخی از عناصر مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی را بهبود می­بخشند ولی از طرف دیگر سمی می­باشند. از این نقطه نظر به نظر می­رسد پردازش مکانیکی روشی امیدبخش است که باعث شده است آلیاژهای منیزیم بیوموادهای با دوامی باشند.

یکی از متداول­ ترین و پراستفاده­ ترین آلیاژهای منیزیم از گروه AZ، AZ91 است، چراکه خواص مکانیکی عالی و قابلیت ریختگری فوق ­العاده در ترکیب با مقاومت به خوردگی خوب (برای نمونه­های با خلوص بالا) و هزینه­های تولید کم ارائه می­دهند. اگرچه خواص خوردگی و مکانیکی آلیاژ AZ91 در بین گروه AZ از آلیاژهای Mg در بهترین حالت می­باشند، راه­های جدید برای بهبود آنها هنوز موضوعی مورد بحث است چرا که نیازهای صنعت و کار مهندسی همیشه این نیاز را فعال نگه داشته است. در چند سال گذشته آلیاژهای منیزیم AZ با هدف پاسخ به این سوال که مورد بررسی قرار گرفته­اند که آیا تغییرفرم پلاستیک شدید (SPD) می­تواند بر استحکام کششی ()، استحکام تسلیم () تأثیر بگذارد و شکل­پذیری را به علت ریزدانگی بهبود بخشد. یکی از محبوب­ ترین روش­های SPD روش ECAP می­باشد. AZ91 حاوی حجم نسبتاً بالایی از عناصر آلیاژی است؛ حجم بالای Al باعث مقدار بیشتر ذرات بین­فلزی Mg₁₇Al₁₂ می­شود که این امر می­تواند در سخت­گردانی ماده به علت عملیات ECAP مورد استفاده قرار گیرد. نشان داده شده است که ECAP عمیقاً به جزئیات فرآیند (دما، نوع و تعداد پاس­ها و نرخ پرس) و نیز ساختار ماده اولیه بستگی دارد.

در مورد آلیاژهای منیزیم عملیات ECAP برای فعال کردن بیشتر سیستم­های لغزشی در ساختار hcp باید در دماهای بالا انجام شود. در غیر این صورت ترک­ها در ماده فرآوری شده ظاهر می­شوند. پیش از این ثابت شده است که انجام عملیات ECAP در دماهای بالا می­تواند خواص کششی آلیاژهای منیزیم، خواص خوردگی و نیز استحکام خستگی را بهبود بخشد. فرآیند ECAP به دلیل ریزدانگی قابل توجهی که به عمل می­آورد می­تواند باعث افزایش استحکام تسلیم ()، و استحکام کششی نهایی () (تقریباً بهبود 100%)، و بخصوص بهبود در شکل­پذیری (A) (حدود 500% بهبود) شود. از طرف دیگر در برخی از گزارشات منتشر شده کاهش  و استحکام خستگی برای آلیاژهای Mg کاردیده که توسط ECAP فرآوری شده بودند مشاهده شده است. ثابت شده است که عملیات حرارتی محلول­سازی مناسب آلیاژ ریختگری اولیه قبل از ECAP تشکیل ساختاری ریزتر و همگن تر را ارتقا می­بخشد. هنگامیکه یک عملیات حرارتی مناسب قبل از ECAP اعمال می­شود، تنها دو پاس از میان قالب ECAP برای ریزکردن ساختار کافی است و بعد از آن بهبود قابل توجهی در استحکام تسلیم  استحکام کششی حاصل می­شود. بعد از پاس­ها از میان قالب ECAP ساختار همگن می­گردد درحالیکه تأثیر ان بر خواص مکانیکی ماده عملیاتی شده ضعیف است.

توجه:

• برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
• پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.