مطالعه تجربي و عددي فرآيند تغيير شكل پلاستيك شديد در فرآيند پرس‌كاري در قالب‌هاي شياردار مقيدشده روي ورق‌هاي مس خالص

Experimental and Numerical Study of Severe Plastic Deformation in the Constrained Groove Pressing Process on the Pure Copper Sheets

فرآيند پرس‌كاري در قالب‌‌هاي شياردار مقيدشده يكي از كارآمدترين و جديدترين روش‌هاي تغيير شكل پلاستيك شديد براي توليد ورق‌هاي فلزي فوق ريزدانه است. در اين تحقيق به بررسي اثر فرآيند پرس‌كاري در قالب‌‌هاي شياردار مقيدشده بر ريزساختار و خواص مكانيكي در ورق‌هاي مس خالص، پرداخته شده است. به‌ منظور بررسي ريزساختار نمونه‌ها از ميكروسكوپ نوري و براي مطالعه خواص مكانيكي از آزمون‌هاي كشش و ميكروسختي ويكرز استفاده شده است. با مطالعه ريزساختار نمونه‌هاي مسي، مشاهده شده است كه فرآيند پرس‌كاري در قالب‌‌هاي شياردار مقيدشده باعث كاهش چشمگير اندازه دانه‌ها به‌ويژه در پاس اول فرآيند شده است. همچنين نتايج حاصل از بررسي‌هاي خواص مكانيكي حاكي از آن است كه اين فرآيند به‌ويژه در پاس اول باعث افزايش قابل توجه استحكام و سختي نمونه‌هاي مسي شده است. در بررسي عددي فرآيند پرس‌كاري در قالب‌‌هاي شياردار مقيدشده، كرنش موثر اعمالي و نيروي شكل‌دهي به روش المان محدود مورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشان داد كه با افزايش تعداد پاس، كرنش موثر و نيروي شكل‌دهي همواره افزايش مي‌يابد. همچنين توزيع كرنش موثر نشان داد كه مركز قطعه كرنش موثر بيشتري را دريافت مي‌كند كه سبب مي‌شود افزايش سختي در ضخامت قطعه از سطح آن بيشتر باشد. در پايان نيز روشي به‌منظور تخمين استحكام تسليم ماده با استفاده از مقادير سختي ارايه شد و توانست تنش تسليم در پاس‌هاي مختلف فرآيند را با خطاي قابل قبول حدود 6% محاسبه نمايد.

The Constrained Groove Pressing (CGP) process is one of the most effective and newest methods of the severe plastic deformation for production ultrafine-grain metal sheets. In this research, the effect of CGP on the microstructure and mechanical properties of pure copper sheets was investigated. In order to study the microstructure of the samples, the optical microscopy was used, and tensile and Vickers micro-hardness tests were utilized for the evaluation of the mechanical properties. Investigating the microstructure of CGPed sheets determined that the CGP process has caused intense grain refinement, especially at first pass. Also, the results of mechanical properties showed that this process has considerably increased strength and hardness of the copper samples. In the numerical investigation of constrained groove pressing, effective strain and forming force were evaluated, using finite element simulation and the results indicated that with increasing number of CGP passes, effective strain, and forming force increase. Also, distribution of effective strain illustrated that the center of samples are under more effective strain that causes increasing hardness inside the samples be more than increasing hardness of the surface. Finally, a method was presented for estimating the yield strength of material, using the hardness values, and it could calculate the yield stress in different passes of process with an acceptable error of 6%.