بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ A356 پس از فرآيند پرسكاري در كانال هاي هم مقطع زاويه دار و شبيه سازي آن

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

پرسكاري در كانال ­هاي هم مقطع زاويه‌دار، يكي از مهم­ترين روش­هاي تغيير شكل پلاستيك شديد براي ايجاد موادي با دانه‌هاي فوق‌العاده ريز در فلزات و آلياژها مي­باشد كه كاربرد وسيعي در صنايع هوا فضا دارد. هدف از اين تحقيق، مطالعه بهبود و اصلاح ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ آلومينيوم (A356) توسط پرسكاري در كانال­هاي هم مقطع زاويه‌دار است. براي اين منظور، قالبي با زاويه برخورد كانال 120 و زاويه انحناي خارجي 20 درجه طراحي و ساخته شد. فرآيند پرس كاري در دماي محيط انجام گرديد، علاوه بر اين نمونه ­ها پيش از انجام عمليات، آنيل شده و تحت عمليات محلول سازي قرار گرفتند. آزمون‌هاي سختي، فشار و كشش بعد از انجام فرآيند روي نمونه‌ها انجام شد و ريز ساختار نمونه­ ها قبل و پس از پرسكاري، با ميكروسكوپ نوري ارزيابي گرديد. خواص مكانيكي نمونه‌ها مورد بررسي قرار گرفت و سطح مقطع شكست آنها توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) ارزيابي شد. نتايج حاصل نشان داد كه ميزان سختي در نمونه آنيل شده با دو مرحله عبور از 48 به 84/2 ويكرز و ميزان استحكام كششي نهايي با يك مرحله عبور از 57 به 177 مگاپاسكال افزايش يافت. شبيه سازي فرآيند به روش المان محدود نيز بر روي اين آلياژ به منظور ارزيابي چگونگي تغييرات توزيع تنش و كرنش بر روي نمونه‌ها صورت پذيرفت. مشاهده گرديد كه بيشترين كرنش در قسمت‌هاي مركزي نمونه‌ها رخ داده و نسبت به حالت تئوري داراي 0/25 درصد خطا مي‌باشد. با مقايسه تنش تسليم حاصل شده نسبت به روش شبيه سازي شده مشاهده گرديد كه ميزان خطا 3/7 درصد است

Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most important methods of severe plastic deformation for 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 has known applications in air-space industries. To achieve this aim, a die with channel contiguity angel of 120 and outer arc of curvature of 20 degrees were designed and fabricated. The process was applied at room temperature. 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 utilized to estimate the variation of stress and strain distribution on the samples. The analyses indicated that the highest level of strain occurred on the center portions of samples and a minor (0.25 percent) error was detected in comparison to theoretical calculation of strain. Also, the experimental yield stress showed a small error of 3.7 percent compared to the values predicted by the simulation.