بررسي تجربي چقرمگي شكست تنش صفحه‌اي ورق سه‌لايه آلومينيوم/مس/آلومينيوم ساخته‌ شده به روش پيوند سرد نوردي

Experimental investigation of plane stress fracture toughness for Al/Cu/Al multilayer produced by Cold Roll Bonding method

در سال‌هاي اخير كامپوزيت‌هاي لايه‌اي مورد توجه بسياري از محققين و صنايع مختلف قرار گرفته است. يكي از روش‌هاي توليد كامپوزيت‌هاي لايه‌اي روش پيوند سرد نوردي مي‌باشد كه نسبت به ساير روش‌هاي توليد كامپوزيت از لحاظ اقتصادي به‌صرفه مي‌باشد و قابليت توليد كامپوزيت‌هاي لايه‌اي با جنس‌هاي مختلف را دارد. در اين تحقيق براي اولين بار چقرمگي شكست تنش صفحه‌اي به صورت تجربي براي نمونه‌ي كامپوزيت لايه‌اي آلومينيوم/مس/آلومينيوم توليد شده به روش پيوند سرد نوردي با استفاده از نمونه‌هاي كششي فشرده و مطابق با استاندارد ASTME561 مشخص شده است. چقرمگي شكست يكي از پارامترهاي مهم ماده در طراحي مي‌باشد كه بررسي آن به‌منظور پيش‌بيني عمر و رشد ترك مواد ترك‌دار در برابر اعمال تنش مي‌باشد. علاوه بر بررسي چقرمگي شكست، خواص مكانيكي با استفاده از آزمون كشش‌تك‌محوره، ميكروسختي و سطح مقطع شكست با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي و ميكروسكوپ نوري مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاصل از آزمون‌هاي انجام شده حاكي از افزايش استحكام، ميكروسختي و چقرمگي شكست براي نمونه‌ي كامپوزيتي آلومينيوم/مس/آلومينيوم نسبت به نمونه‌هاي اوليه آلومينيوم5052 و مس خالص مي‌باشد كه عامل اصلي اين افزايش اعمال كرنش زياد و كار سرد مي‌باشد. چقرمگي شكست براي نمونه‌ي توليد شده به 38.7MPa.m1/2 مي‌رسد كه نسبت به نمونه‌هاي اوليه آلومينيوم و مس به ترتيب 81% و 165% افزايش مي‌يابد. عكس‌هاي ميكروسكوپ الكترون روبشي نشان مي‌دهد كه مكانيزم شكست نرم براي كامپوزيت لايه‌اي آلومينيوم/مس/آلومينيوم همانند نمونه‌هاي اوليه حاكم است، البته با اين تفاوت كه ميكروحفرات براي نمونه‌ي كامپوزيتي نسبت به نمونه‌هاي اوليه كم عمق‌تر و كوچكتر شده‌اند.

In recent years, metallic multilayer materials have been the focus of many researchers and different industries. Cold roll bonding is one of the methods for producing layered composites which, compared to other composite manufacturing methods is more economic and has the ability to produce layered composite with different material. In this research, for the first time and according to ASTM-E561 and using compact tension specimens, plane stress fracture toughness for thin three-layer Al/Cu/Al composite sheets produced by Cold Roll Bonding Process was investigated. The fracture toughness is an important parameter in the design and their analysis can predict crack growth and life for material that has crack. In addition to the fracture toughness, mechanical properties and tensile fracture surfaces were evaluated by using uni-axial tensile test, micro hardness and scanning electron and optic microscopy, respectively. Results showed the value of tensile strength, microhardness and fracture toughness for Al/Cu/Al layered composite compared to initial Al 5052 and pure Cu increased, the main cause of this increase is applied high strain and cold working. Value of fracture toughness for Al/Cu/Al layered composite received 38.7MPa.m1/2 that compared to initial Al5052 and pure Cu, 81% and 165% enhanced, respectively. Results of SEM demonstrated that ductile fracture mechanism were observed for Al/Cu/Al composite such as initial samples, but the difference is that dimples for composite layers are shallower and smaller compared to initial samples.