مطالعه تجربي و عددي روش اكستروژن معكوس اصطكاكي اغتشاشي براي توليد لوله هاي ريز ساختار

Experimental and numerical study of friction stir back extrusion process for producing ultra-fine-grained tubes

در اين تحقيق، فرايند اكستروژن معكوس اصطكاكي اغتشاشي براي توليد لوله هاي ريزدانه آلومينيومي ارائه شده است. شكل دهي لوله ها در اين روش، با نفوذ ابزار دوراني به درون ماده توپر اوليه صورت مي گيرد. شبيه سازي اجزا محدود اين روش تاثير پارامترهاي مختلف از جمله دما، كرنش اعمال شده و نحوه سيلان در حين فرايند را مشخص كرده است. خواص مكانيكي و متالوژيكي لوله هاي توليد شده توسط بررسي ريز ساختاري، آزمون كشش و ميكرو سختي مورد مطالعه قرار گرفته است. تصوير ميكروسكوپي ريز ساختار نشان دهنده اين موضوع است كه اين فرايند توانايي توليد لوله هايي با ريز ساختار اصلاح شده در اثر پديده تبلور مجدد ديناميكي را دارد. در نتيجه اصلاح ريز ساختار وكاهش سايز دانه ها در راستاي ديواره داخلي لوله ها، اندازه دانه ها از مقدار اوليه 110 ميكرون به حدود 33 ميكرون كاهش يافته است. نتايج بدست آمده از تست كشش نشان دهنده افزايش استحكام نهايي از مقدار اوليه 153 مگاپاسكال به 195 مگاپاسكال و درصد ازدياد طول از 10% به 13% مي باشد. درنتيجه استحكام نهايي به ميزان 13% رشد داشته است. متوسط سختي لوله ها در امتداد ضخامت از 63 ويكرز به 82 ويكرز افزايش يافته است. نتايج بدست آمده تاييد كننده اين موضوع است كه اين فرايند براي توليد نوعي از لوله ها با خواص استحكامي و انعطاف پذيري بالا، مناسب مي باشد.

In this paper, friction stir back extrusion process is proposed for producing ultra-fine grain (UFG) tubes. In this process, a rotating tool is plunged into round bar specimens and then forming tubes. The influence of design parameters such as heat treatment, applied strain and material flow behavior was determined by finite element simulation. Various tests including optical microscopy, tensile test and microhardness test were carried out to evaluate the metallurgical and mechanical properties of processed tubes. The optical micrographs of the microstructure demonstrate that this process is capable to form a tube with a significant fine grained structure resulting from dynamic recrystallization phenomenon. Reduction in grain size and grain refinement occur across the inner wall of the formed tube as well. Hence, the grain size with an initial value of ~ 110 μm was decreased to ~ 33 μm in the inner side of formed tube wall. The obtained results from tensile tests illustrate that the ultimate strength and elongation to failure were increased from the initial value of 153 MPa to 195 MPa and 10% to 13%, respectively. Thus the ultimate strength increased by 13%. The average hardness along thickness has reached to 82 Hv from 63 Hv. The results show that this method is suitable for fabricating a kind of ultrafine-grained tube which own an acceptable combination of strength and ductility.