تولید نانوکامپوزیت دو جزیی فوق مستحکم زمینه آلومینیومی به روش آلیاژسازی مکانیکی و اکستروژن داغ و بررسی خواص مکانیکی آن
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین
علیرضا عبدالهی
1
(دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد مرکب دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.)
علی علیزاده
2
(استادیار، مجتمع مواد و فناوریهای ساخت دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.)
کلید واژه: آلیاژ Al2024, کامپوزیت دو جزیی, آلیاژسازی مکانیکی, اکستروژن داغ,
چکیده مقاله :
در این پژوهش، نانوکامپوزیت دو جزیی زمینه آلومینیومی به روش آلیاژسازی مکانیکی و اکستروژن داغ تولید گردید. برای این منظور، ابتدا پودر آلیاژ آلومینیوم 2024 درآسیاب سایشی تحت اتمسفر آرگون به مدت 50 ساعت آسیاب شده و سپس با پودر آلومینیوم اولیه در دو درصد وزنی 30 و 50 درصد مخلوط گردید. مخلوط حاصل به روش پرس گرم شکل داده شده و سپس تحت فرآیند اکستروژن داغ قرار گرفت. برای بررسی ریزساختار و سطوح شکست از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ نوری (OM)، آنالیز XRD و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مجهز به طیفسنج EDS و برای مقایسه خواص مکانیکی از آزمون کشش، فشار و سختی استفاده شد. نتایج حاصل نشان میدهند که با افزایش درصد وزنی پودر آلومینیوم اولیه، استحکام و سختی کامپوزیت کاهش یافته، اما انعطافپذیری آن افزایش می‌یابد. افزایش انعطافپذیری ناشی از افزایش تحرک نابه‌جایی‌ها و افزایش استحکام ناشی از محدود شدن تغییر شکل پلاستیک به وسیله نواحی نانوساختار میباشد.
In this paper, bimodal Aluminum based nanocomposite prepared via mechanical alloying and hot extrusion. Mechanical alloying was used to synthesize Al2024 nanostructured powder in attrition mill under argon atmosphere up to 50 h. After mixing nanostructured aluminum and unmilled aluminum powders in low energy ball mill, the resulting composite powders were shaped through hot Pressing. Finally, the hot pressed powders were hot extruded. The microstructure and fracture surface were characterized by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) analysis and transmission electron microscopy (TEM) equipped with energy dispersive X-ray spectrometry (EDS). In order to compare the mechanical properties of hot extruded samples, tensile, compression, and hardness tests were performed. Results showed that, with an increase in unmilled aluminum percentage, ductility of composite increased but strength and hardness decreased. The mechanisms for the simultaneously improved strength and ductility involves increased dislocation activity in the coarse-grained (i.e., unmilled powder) regions as a result of the constraint of plastic deformation in these coarse-grained regions.
1- B. Ahn, and S.R. Nutt, “Strain Mapping
of Al–Mg Alloy with Multi-scale Grain
Structure using Digital Image Correlation
Method”, Experimental Mechanics, Vol.
50, pp 117–123, 2010.
2- Z. Lee, D.B. Witkin, V. Radmilovic,
E.J. Lavernia, and S.R. Nutt, “Bimodal
microstructure and deformation of
cryomilled bulk nanocrystalline Al–7.5Mg
alloy”; Materials Science and Engineering
A, Vols. 410–411, pp 462–467, 2005.
3- D. Witkin, B.Q. Han, and E.J. Lavernia,
“Mechanical Behavior of UltrafineGrained Cryomilled Al 5083 at Elevated
Temperature”; Journal of Materials
Engineering and Performance, Vol. 14, pp
519-527, 2005.
4- D. Witkin, B.Q. Han, and E.J. Lavernia,
“Room-Temperature Mechanical Behavior
of Cryomilled Al Alloys”; Metallurgical
and Materials Transactions A, Vol. 37, pp
185-194, 2006.
5- A. Yamashita, D. Yamaguchi, Z. Horita,
and T.G. Langdon, "Influence of pressing
temperature on microstructural
development in equal channel angular
pressing"; Materials Science and
Engineering A, Vol. 287, pp 100–106,
2000.
6- J.H. Ahn, Y.J. Kim, and H. Chung, “AlAlN Tri-modal Composites prepared by
Mechanical Alloying”, Rev. Adv. Mater.
Sci, Vol. 18, pp 329-334, 2008.
7- D. Witkin, Z. Lee, R. Rodriguez, S.
Nutt, and E. Lavernia, “Al–Mg alloy
engineered with bimodal grain size for
high strength and increased ductility”,
Scripta Materialia, Vol. 49, pp 297–302,
2003.
8- C. Hofmeister, B. Yao, Y.H. Sohn, T.
Delahanty, M. Bergh, and K. Cho,
“Composition and structure of nitrogencontaining dispersoids in trimodal
aluminum metal–matrix composites”,
Journal of Materials Science, Vol. 45, pp
4871–4876, 2010.
9- B.Q. Han, J. Ye, F. Tang, J. Schoenung,
and E.J Lavernia, “Processing and
behavior of nanostructured metallic alloys
and composites by Cryomilling”, Journal
of Materials Science, Vol. 42, pp 1660–
1672, 2007.
10- R.W. Hayes, D. Witkin, F. Zhou, and
E.J. Lavernia, “Deformation and activation
volumes of cryomilled ultrafine-grained
aluminum”, Acta Materialia, Vol. 52, pp
4259–4271, 2004.
11- S.S. Razavi Tousi, R. Yazdani Rad, E.
Salahi, I. Mobasherpour, and M. Razavi,
“Production of Al–20 wt.% Al2O3
composite powder using high energy
milling”, Powder Technology, Vol. 192,
pp 346–351, 2009.
12 -ر. اسدیفرد، ن. پروین، ج. آقازاده و پ. صفارزاده،
"بررسی تأثیر فرایند آلیاژسازی مکانیکی بر مورفولوژی و
اندازه دانه پودرهای کامپوزیتی SiCp-Al6061"؛
هشتمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران؛
دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان؛ مهرماه
.1383
13- J.B. Fogagnolo, F. Velasco, M.H.
Robert, and J.M. Torralba, “Effect of
mechanical alloying on the morphology,
microstructure and properties of
aluminium matrix composite powders”,
Materials Science and Engineering A, Vol.
342, pp 131-143, 2003.
14 -ع. علیزاده، "ساخت و بررسی خواص مکانیکی و
سایشی نانوکامپوزیت B4C-Al ،"پایاننامه دکتری،
دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تربیت مدرس، 1390 .
15- N. Zhao, P. Nash, and X. Yang, “The
effect of mechanical alloying on SiC
distribution and the properties of 6061
aluminum composite”, Journal of
Materials Processing Technology, Vol.
170, pp586-592, 2005.
16- G.J. Fan, H. Choo, P.K. Liaw, and E.J.
Lavernia, “Plastic deformation and fracture
of ultrafine-grained Al–Mg alloys with a
bimodal grain size distribution”; Acta
Materialia, Vol. 54, pp 1759–1766, 2006.
17 -ن. نصیریان و خ. رنجبر، "بررسی خواص مکانیکی و
ریزساختاری کامپوزیت Brass/Al ساخته شده به روش
اتصال نوردی تجمعی" مجله مواد نوین، جلد 3 ،شماره 1،
.1391 پاییز، 54 -45 صص
18- R.G. Vogt, Z. Zhang, T.D. Topping,
E.j. Lavernia, and J.M. Schoenung,
“Cryomilled aluminum alloy and boron
carbide nano-composite plate”, Journal of
Materials Processing Technology, Vol.
209, pp 5046–5053, 2009.
_||_