بررسي تجربي اثر دما در اكستروژن تيتانيم خالص نانو ساختار توليد شده به روش ايكپ

Experimental investigation of the effect of temperature in extrusion process of ECAPed nanostructured Titanium

امروزه، پژوهشگران زيادي به روش‌هاي تغييرشكل پلاستيك شديد، به‌منظور افزايش خواص فيزيكي و مكانيكي ماده ضمن دست‌يابي به ساختار فوق ريزدانه، پرداخته‌اند. روش‌هاي تغييرشكل پلاستيك شديد با اعمال كرنش زياد به ماده ضمن حفظ ابعاد اوليه‌ي قطعه باعث توليد مواد فوق ريزدانه و نانوساختار مي‌شوند. فرآيند فشار در كانال زاويه‌دار مساوي (ايكپ) يكي از روش‌هاي بسيار موفقيت‌آميز براي كاربردهاي صنعتي مي‌باشد. در روش ايكپ، در استفاده از ميله‌هاي نازك با طول زياد محدوديت وجود دارد. در پژوهش حاضر، تركيب فرآيند اكستروژن و ايكپ بر روي تيتانيم خالص(گريد 2) مورد مطالعه قرار گرفت. تيتانيم با توجه به نسبت استحكام به وزن بالايي كه دارد به‌وفور در هوافضا و ساير صنايع كاربرد دارد. استفاده از فرايند تركيبي، باعث توليد ميله‌هاي فوق ريزدانه با طول بلند و قطر كم مي‌شود. هدف اصلي در اين پژوهش بررسي اثر دما در فرايند اكستروژن بر روي نمونه‌هاي تيتانيومي فوق ريزدانه مي‌باشد. ميله‌هاي تيتانيومي ابتدا 4 پاس در دماي 400 درجه سانتي‌گراد تحت فرايند ايكپ قرار گرفته و سپس در پنج دماي 300، 350، 400، 450 و 500 سانتي‌گراد تحت فرايند اكستروژن قرار گرفتند. نتايج نشان داد انجام فرايند اكستروژن در دماي 300 درجه سانتي‌گراد باعث دست‌يابي به بهترين خواص مكانيكي شد. خواص مكانيكي حاصل، معادل خواص مكانيكي تيتانيوم گريد 5 به‌دست آمد كه ماده‌ي گرانتري نسبت به تيتانيوم خالص است و داراي معايبي جهت استفاده در كاربردهاي پزشكي مي باشد. بهبود خواص مكانيكي شامل استحكام و سختي بود. همچنين ريزساختار بسيار همگن و فوق ريزدانه به‌دست آمد.

Today, many researchers focus on proposing severe plastic deformation (SPD) methods due to the superior mechanical and physical properties of achieved ultra-fine grain material. In all SPD methods a large strain is implied without any substantial dimensional change of work piece to generate UFG and even nanograin (NG) materials. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is one of the most successful techniques for industrial applications. Using a long and thin rod is limited in ECAP process .In the present study, a combined process composed of ECAP and Extrusion processes is used on Titanium grade 2. Titanium is extensively used in aviation and other industries because of its high strength to weight value. Using the combined process leads to production of long length and thin nanostructured rod. The main goal of this process is evaluation of the temperature in Extrusion process on nanostructures Titanium rods. At first, Titanium rods were processed for 4 passes by ECAP process at 400°C and then they were processed by Extrusion process at 5 different temperatures including 300, 350, 400, 450 and 500°C. The result showed that the best mechanical properties achieved for the specimen were extruded at 300°C. Strength and hardness were severely improved. Also, the microstructure was very homogenous and refined. The mechanical properties of titanium grade 2 after combined process were equivalent to titanium grade 5 which is used in medical applications and is expensive.