بررسي تجربي اثر فرآيند شكل‌دهي دو پاسي انبساط و انقباض تناوبي هيدرواستاتيك بر خواص مكانيكي و ريزساختار لوله‌هاي مسي

Experimental Investigation of the Effects of Two-Pass Hydrostatic Cyclic Expansion Extrusion Process on the Mechanical Properties and Microstructure of Pure Copper Tubes

فرآيند انبساط و روزن‌راني تناوبي شكل‌دهي هيدرواستاتيك لوله روش تغيير شكل پلاستيك شديد جديدي است كه به‌منظور توليد لوله‌هاي بلند فوق ريزدانه و نانوساختار با خواص مكانيكي بالا ابداع شده است. در پژوهش حاضر اين فرآيند طي دو پاس در دماي اتاق روي مس خالص تجاري اعمال شد و سپس سختي، خواص كششي، سطح شكست و ريزساختار نمونه‌ها مورد بررسي قرار گرفت. هدف اين پژوهش به دست آوردن ماده‌اي با استحكام بالا و شكل‌پذيري مطلوب بود. وجود سيال تحت فشار بين لوله و قالب در اين فرآيند اولاً موجب بهبود مطلوب خواص مكانيكي، تحت تاثير تنش‌هاي هيدرواستاتيك فشاري مي‌شود ثانياً، با حذف نمودن اصطكاك بين لوله و قالب باعث كاهش نيروي مورد نياز شكل‌دهي مي‌شود. اين امر توليد لوله‌هاي فوق ريزدانه و نانوساختار با طول‌هاي نسبتاً بلند را تسهيل مي‌كند. پس از انجام دو پاس از فرآيند، ريزساختاري فوق ريزدانه نسبتاً همگن و هم‌محور مشاهده شد. مقدار حد تسليم و استحكام نهايي به ترتيب از مقادير 75 و 207مگاپاسكال به 310 و 386مگاپاسكال افزايش يافت ولي درصد ازدياد طول تا شكست از 55% به 37% كاهش يافت. همچنين سختي لوله به‌صورت قابل ملاحظه‌اي از 59ويكرز به 143ويكرز افزايش يافت و توزيع همگني از سختي در راستاي ضخامت لوله به دست آمد. بررسي‌هاي شكست‌نگاري حاكي از اتفاق‌افتادن، غالباً شكست داكتيل در نمونه‌هاي آزمون كشش بودند. فرآيند انبساط و روزن‌راني تناوبي شكل‌دهي هيدرواستاتيك لوله مي‌تواند به‌صورت صنعتي و كاربردي در توليد لوله‌هاي فوق ريزدانه با طول‌هاي نسبتاً بلند مورد استفاده قرار گيرد.

Hydrostatic tube cyclic expansion extrusion process is a newly invented severe plastic deformation technique for producing long ultrafine-grained and nanostructured tubes with higher mechanical properties. In the present research, this process was applied through two passes at room temperature on the commercial purity copper. Then, the hardness, tensile properties, fracture surface and microstructure of the samples were evaluated. The main goal of this research was to achieve a material with a simultaneous high strength and desirable ductility. In this process, the utilization of pressurized fluid between the die and the tube leads to first, the desired improvement of mechanical properties due to the effects of hydrostatic compressive stress. Second, the reduction of a required deforming force to eliminating the friction between the die and the tube leads to the facilitation of producing relatively long ultrafine-grained and nanostructured tubes. After two passes of process, a nearly equiaxed and homogeneous ultrafine-grained (UFG) microstructure was observed. The yield strength and ultimate strength increased from 75 MPa and 207 MPa to 310 MPa and 386 MPa, respectively. However, elongation to failure decreased from 55% to 37%. Also, the hardness value of the tube increased significantly from 59 Hv to 143 Hv, and the uniform distribution of hardness was obtained through the thickness of the tube. The fractography evaluations revealed that the predominantly ductile fracture happened in all samples of tensile testing. The hydrostatic tube cyclic expansion extrusion process can be utilized as a practical industrial method for producing relatively long ultrafine-grained tubes.