بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ A356 پس از فرآیند پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار و شبیه سازی آن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک / دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمان، دانشکده مهندسی

2 عضو هیات علمی / دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمان، دانشکده مهندسی

چکیده

پرسکاری در کانال­های هم مقطع زاویه‌دار، یکی از مهم­ترین روش­های تغییر شکل پلاستیک شدید برای ایجاد موادی با دانه‌های فوق‌العاده ریز در فلزات و آلیاژها می­باشد که کاربرد وسیعی در صنایع هوا فضا دارد. هدف از این تحقیق، مطالعه بهبود و اصلاح ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم (A356) توسط پرسکاری در کانال­های هم مقطع زاویه‌دار است. برای این منظور، قالبی با زاویه برخورد کانال 120 و زاویه انحنای خارجی 20 درجه طراحی و ساخته شد. فرآیند پرسکاری در دمای محیط انجام گردید، علاوه بر این نمونه­ها پیش از انجام عملیات، آنیل شده و تحت عملیات محلول سازی قرار گرفتند. آزمون‌های سختی، فشار و کشش بعد از انجام فرآیند روی نمونه‌ها انجام شد و ریز ساختار نمونه­ها قبل و پس از پرسکاری، با میکروسکوپ نوری ارزیابی گردید. خواص مکانیکی نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفت و سطح مقطع شکست آنها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ارزیابی شد. نتایج حاصل نشان داد که میزان سختی در نمونه آنیل شده با دو مرحله عبور از 48 به 84/2 ویکرز و میزان استحکام کششی نهایی با یک مرحله عبور از 57 به 177 مگاپاسکال افزایش یافت. شبیه سازی فرآیند به روش المان محدود نیز  بر روی این آلیاژ به منظور ارزیابی چگونگی تغییرات توزیع تنش و کرنش بر روی نمونه‌ها صورت پذیرفت. مشاهده گردید که بیشترین کرنش در قسمت‌های مرکزی نمونه‌ها رخ داده و نسبت به حالت تئوری دارای 0/25 درصد خطا می‌باشد. با مقایسه تنش تسلیم حاصل شده نسبت به روش شبیه سازی شده مشاهده گردید که میزان خطا 3/7 درصد است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of microstructure and mechanical properties of Al (A356) after processing by ECAP and its simulation

نویسندگان [English]

  • Hamid Mohajerani 1
  • Ahmad Afsari 2
1 Kerman
2 Kerman
چکیده [English]

Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the important methods of severe plastic deformation for the fabrication of ultrafine-grained metals and alloys. The aim of this research is to study the improvement and amendment of the microstructure and mechanical properties of aluminum alloy (A356) by ECAP, which is having vast application in air-space industries. A die with channel contiguity angel of 120 and outer arc of curvature of 20 degrees were fabricated. Furthermore, the samples were annealed and the solution treatment was performed before the beginning of the process. Hardness, compression and tensile tests were applied on samples after the process was performed and microstructures of samples were evaluated by means of optical microscopy before and after the process. Mechanical properties of samples were studied and fracture surfaces of samples were characterized using scanning electron microscope (SEM). The results showed that hardness of the annealed sample was increased from 48 to 84.2 Vickers after 2 passes of ECAP and the results of the tensile test showed that the tensile strength was increased from 57 to 177 M.pa after 1 pass of ECAP. Finite element simulation method was applied on the aluminum alloy (A356) to estimate the variation of stress and strain distribution on the samples. The observation indicated that, the highest level of strain occurred on the center portions of samples and 0.25 percent error was detected from the theory state. Comparing the yield stress with simulation method indicated only 3.7 percent error.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ECAP
  • Aluminum alloy (A356)
  • Microstructure
  • Hardness
  • Tensile strength
[1] S. Ashouri., M. Nili, Ahmadabadi., M. Moradi., M. Iranpour.,“Semi-solid microstructure evolution during reheating of aluminum A356 alloy deformed severely by ECAP”, Journal of Alloys and Compounds, Vol.466, pp. 67-72, 2008.

[2] R.Z. Valiev., Y. Estrin., Z. Horita., T.G. Langdon., M.J. Zehetbauer., “Producing bulk ultrafine-grained materials by severe plastic deformation”, Nanostructured Materials.pp.33-39, 2006.

[3] R. Jamaati., S. Amirkhanlou., M. R. Toroghinejad., B. Nirouman., “Significant improvement of semi-solid microstructure and mechanical properties of A356 alloy by ARB process”, Materials science and Engineering A, Vol.528, pp. 2495-2501, 2011.

[4] Z.Y. Ma., S.R. Sharma., R.S. Mishra.,“Effect of friction stir processing on the microstructure of cast A356 aluminum”, Materials Science and Engineering A, Vol.433, pp. 269-278, 2006.

[5]K.Natori.,H.Utsunomiya.,T.Tanaka.,“Improvement in formability of semi-solid cast hypoeutectic Al-Si alloys by equal-channel angular pressing”, Materials Processing Technology, Vol.240, pp. 240-248, 2017.

[6] E. Bagherpour., M. Reihanian., N. Pardis., R. Ebrahimi., & T.G. Langdon., “Ten years of severe plastic deformation (SPD) in Iran, part I: equal channel angular pressing (ECAP)”, Iranian Journal of Materials Forming, Vol.5(1), pp.71-113, 2018

[7] M.A. Ranaei., A. Afsari., S.Y. Ahmadi Brooghani., M.M. Moshksar., “Microstructure, Mechanical and Electrical Properties of Commercially Pure Copper Deformed Severely by Equal Channel Angular Pressing”, Modares Mechanical Engineering. Vol. 14, No. 15, pp. 257-266, 2014. (in Persian فارسی)

[8] M. Reihanian., R. Ebrahimi., N. Tsuji., M.M. Moshksar., “Analysis of the mechanical properties and deformation behavior of nanostructured commercially pure Al processed by equal channel angular pressing (ECAP)”, Materials Science and Engineering. Vol.473, pp. 189-194, 2008.

[9] M.A. Ranaei., A. Afsari., S.Y. Ahmadi Brooghani., M.M. Moshksar., “Investigation on performance of ultrafine grained pure copper as electrode during electrical discharge machining”, Modares Mechanical Engineering. Vol. 14, No. 1, pp. 97-105, 2013. (in Persian فارسی)

[10] N.Haghdadi., A.Zarei-Hanzaki., H.R. Abedi., D.Abou-Ras., M.Kawasaki., A.P. Zhilyaev., “Evolution of microstructure and mechanical properties in a hypoeutectic Al–Si–Mg alloy processed by accumulative back extrusion”, Materials Science and Engineering.Vol.651, pp. 269-279, 2016

[11] R.Z. Valiev., T.G. Langdon., “Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement”, Progress in Materials Science, Vol. 51, pp. 881–981, 2006.

[12] P. Kumar., & S. S. Panda., “A review on properties and microstructure of micro-extruded product using SPD and as-cast material”, Sādhanā, Vol. 43(5), pp. 77, 2018

[13] M.H.  Shaeri., A. Razaghian-Arani., R. Ahmadi., “Effect of Severe Plastic Deformation on Mechanical Properties and Microstructure of A520 Al-Alloy Produced by Semisolid and Ordinary Casting”, in Persian, Founding Research Journal, Vol. 1(1), pp. 9-21, 2017.

 [14] J. L. Fu., H. J. Jiang., & K. K. Wang., “Influence of Processing Parameters on Microstructural Evolution and Tensile Properties for 7075 Al Alloy Prepared by an ECAP-Based SIMA Process”, Acta Metallurgica Sinica (English Letters), Vol. 31(4), pp. 337-350, 2018

[15] M. Amneelahi., S. Shabestary., “Effect of grain growth operation, improvement and heat treatment on structure and strength to impact of Al-A356 alloy”, 6th congress of Iranian Metallurgical and Iranian foundry Socitety., 1391 (in Persian فارسی)

[16] I.G.Urrutia., M.A. Morris., D.G. Moris.,“Contribution of microstructural parameters to strengthening in an ultrafine-grained Al-7%Si alloy processed by severe deformation”, Materials Science and Engineering.Vol.55.No.4, pp. 1319-1330, 2007.

[17] N.Q. Chinh., J.Gubicza., T. Czeppec., J. Lendvai., C. Xu., R.Z. Valiev., T.G. Langdon., “Developing the strategy for the processing of age-hardenable alloys by ECAP at room temperatures”, Materials Science and Engineering, A 516 . pp. 248–252, 2009.

[18] M.R. Roshan., S.A. Jenabali Jahromi., R. Ebrahimi.,“Predicting the critical pre-aging time in ECAP processing of age-hardenable aluminum alloys”, Journal of Alloys and Compounds.Vol.509 , pp. 7833-7839, 2011.

[19] M. Reihanian., R. Ebrahimi., N. Tsuji., M.M. Moshksar.,“Analysis of the mechanical properties and deformation behavior of nanostructured commercially pure Al processed by equal channel angular pressing (ECAP) ”, Materials Science and Engineering. Vol. 473, pp. 189-194, 2008.

[20] B. Tolaminejad., K. Dehghani.,“Microstructural characterization and mechanical properties of nanostructured AA1070 aluminum after equal channel angular extrusion”, Materials and Design, Vol. 34, No. 1, pp.285–292, 2012.