بررسی رفتار کارگرم در آلیاژ Mg-7.1Gd-2.8Y-1.3Nd-0.4Zn(wt%) با استفاده از رابطه سینوس هایپربولیک و نقشه‌های فرآیندی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

غلامرضا ابراهیمی ¹ (-دانشیار، گروه مهندسی مواد و پلیمر، دانشکده مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری)
احسان رضایی خیبری ² (دانشحویی دکتری)

تاريخ الإرسال : 22 الجمعة , ذو الحجة, 1440 تاريخ التأكيد : 05 الثلاثاء , رمضان, 1441 تاريخ الإصدار : 27 الإثنين , شعبان, 1441

الکلمات المفتاحية: ریزساختار, تغییرشکل گرم, آلیاژ Mg-RE, معادله سینوس هایپربولیک, نقشه‌های فرآیندی,

ملخص المقالة :

افزودن عناصر نادر خاکی به آلیاژهای منیزیم، موجب توسعه آلیاژهای Mg-RE شده که دارای نسبت استحکام به وزن بالایی بوده و در صنایع هوا-فضا و اتومبیل‌سازی کاربرد دارند. از طرفی یکی از محدودیت‌های توسعه و بکارگیری انواع آلیاژهای منیزیم، تغییر شکل مومسان آن‌ها به واسطه ساختار هگزاگونال فشرده (HCP) آن‌هاست. هدف از این تحقیق، بررسی رفتار کار گرم و توسعه مدل‌ بنیادی آلیاژ منیزیم Mg-7.1Gd-2.8Y-1.3Nd-0.4Zn(wt%) است. بدین منظور آزمایش‌های فشارگرم بر روی آلیاژ اکسترود شده در دماهای ºC475-ºC400 و نرخ کرنش‌های s^-11-s^-1001/0 با کرنش حداکثری 6/0 طراحی و انجام شد. تحلیل منحنی‌های فشارگرم بر اساس روابط بنیادی نشان داد که مقدار پارامترهای توان تنش (n) و انرژی محرکه (Q) آلیاژ به ترتیب برابر با 92/4 و  kJ.mol^-142/307 است. با استفاده از رابطه سینوس هایپربولیک تنش سیلان آلیاژ پیش‌بینی شد و نشان داده شد که مدل‌سازی کارگرم آلیاژ به صورت مناسبی قابل انجام است. با استفاده از مدل دینامیکی مواد نقشه‌های فرآیندی آلیاژ رسم شد و با ریزساختارهای بدست آمده تطبیق داده شد. نقشه‌های فرآیندی، دو منطقه امن برای شکل‌‌دهی شامل (1) دمای ºC475 و نرخ کرنش s^-1 001/0 و (2) دماهای ºC460-ºC425 و نرخ کرنش‌های s^-105/0-s^-1005/0 را پیشنهاد داد که با وقوع و توسعه تبلور مجدد دینامیکی (DRX) همراه بوده است. همچنین یک منطقه ناامن نسبتاً وسیع در دماهای زیر ºC425 برای آلیاژ مورد تحقیق شناسایی گردید.

المصادر:

1- L. L. Rokhlin, "Magnesium alloys containing rare earth metals: structure and properties", Crc Press, 2003         .

2- M. Easton, A. Beer, M. Barnett, C. Davies, G. Dunlop, Y. Durandet, S. Blacket, T. Hilditch and P. Beggs, "Magnesium alloy applications in automotive structures", Jom, 60, 57-62, 2008.     

3- M. R. Barnett, "A taylor model based description of the proof stress of magnesium AZ31 during hot working", Metallurgical and Materials Transactions A, 34, 1799-1806, 2003.

4- A. G. Beer and M. R. Barnett, "Microstructural Development during Hot Working of Mg-3Al-1Zn", Metallurgical and Materials Transactions A, 38, 1856-1867, 2007.

5- H. J. McQueen and N. Ryan, "Constitutive analysis in hot working", Materials Science and Engineering: A, 322, 43-63, 2002.   

6- Y. Prasad, K. Rao and S. Sasidhar, "Hot working guide: a compendium of processing maps", ASM international, 2015    .

7- R. Doherty, D. Hughes, F. Humphreys, J. Jonas, D. J. Jensen, M. Kassner, W. King, T. McNelley, H. McQueen and A. Rollett, "Current issues in recrystallization: A review", Materials Today, 1, 14-15, 1998.

8- F. J. Humphreys and M. Hatherly, "Recrystallization and related annealing phenomena", Elsevier, 2012           .

9- Y. Lin and X.-M. Chen, "A critical review of experimental results and constitutive descriptions for metals and alloys in hot working", Materials & Design, 32, 1733-1759, 2011.   

10- H. Mirzadeh, J. M. Cabrera and A. Najafizadeh, "Modeling and prediction of hot deformation flow curves", Metallurgical and Materials Transactions A, 43, 108-123, 2012.

11- N. Stanford and M. R. Barnett, "The origin of “rare earth” texture development in extruded Mg-based alloys and its effect on tensile ductility", Materials Science and Engineering: A, 496, 399-408, 2008.     

12- Q. Peng, Y. Wu, D. Fang, J. Meng and L. Wang, "Microstructures and properties of Mg–7Gd alloy containing Y", Journal of Alloys and Compounds, 430, 252-256, 2007.

13- Q. Peng, J. Wang, Y. Wu and L. Wang, "Microstructures and tensile properties of Mg–8Gd–0.6 Zr–xNd–yY (x+ y= 3, mass%) alloys", Materials Science and Engineering: A, 433, 133-138, 2006.       

14- J. Nie, X. Gao and S. Zhu, "Enhanced age hardening response and creep resistance of Mg–Gd alloys containing Zn", Scripta Materialia, 53, 1049-1053, 2005.           

15- S. Begum, D. Chen, S. Xu and A. A. Luo, "Low cycle fatigue properties of an extruded AZ31 magnesium alloy", International Journal of Fatigue, 31, 726-735, 2009. 

16- T. Homma, N. Kunito and S. Kamado, "Fabrication of extraordinary high-strength magnesium alloy by hot extrusion", Scripta Materialia, 61, 644-647, 2009.    

17- M. Hoseini-Athar and R. Mahmudi, "Effect of Zn content on hot deformation behavior of extruded Mg–Gd–Zn alloys", Materials Science and Engineering: A, 2019.

18- K. Li, Z. Chen, T. Chen, J. Shao, R. Wang and C. Liu, "Hot deformation and dynamic recrystallization behaviors of Mg-Gd-Zn alloy with LPSO phases", Journal of Alloys and Compounds, 792, 894-906, 2019.        

19- X.-j. Zhou, C.-m. Liu, Y.-h. Gao, S.-n. Jiang, X.-z. Han and Z.-y. Chen, "Evolution of LPSO phases and their effect on dynamic recrystallization in a Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy", Metallurgical and Materials Transactions A, 48, 3060-3072, 2017.       

20- Z. Yu, C. Xu, J. Meng, X. Zhang and S. Kamado, "Microstructure evolution and mechanical properties of as-extruded Mg-Gd-Y-Zr alloy with Zn and Nd additions", Materials Science and Engineering: A, 713, 234-243, 2018.           

21- J. Robson, A. Twier, G. Lorimer and P. Rogers, "Effect of extrusion conditions on microstructure, texture, and yield asymmetry in Mg–6Y–7Gd–0.5 wt% Zr alloy", Materials Science and Engineering: A, 528, 7247-7256, 2011.

22- Q. Qin, Y. Tan, Z. Zhang, Q. Wang and Y. Yang, "Effects of Homogenization on Hot Deformation Behavior of As-Cast Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5 Zr Magnesium Alloy", Journal of Materials Engineering and Performance, 25, 304-311, 2016.      

23- Z. Yu, C. Xu, J. Meng, X. Zhang and S. Kamado, "Effects of pre-annealing on microstructure and mechanical properties of as-extruded Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy", Journal of Alloys and Compounds, 729, 627-637, 2017.

24- C. Xu, M. Zheng, K. Wu, E. Wang, G. Fan, S. Xu, S. Kamado, X. Liu, G. Wang and X. Lv, "Effect of cooling rate on the microstructure evolution and mechanical properties of homogenized Mg–Gd–Y–Zn–Zr alloy", Materials Science and Engineering: A, 559, 364-370, 2013.    

25- C. Xu, M. Zheng, K. Wu, E. Wang, G. Fan, S. Xu, S. Kamado, X. Liu, G. Wang and X. Lv, "Effect of ageing treatment on the precipitation behaviour of Mg–Gd–Y–Zn–Zr alloy", Journal of Alloys and Compounds, 550, 50-56, 2013.  

26- L. Liu and H. Ding, "Study of the plastic flow behaviors of AZ91 magnesium alloy during thermomechanical processes", Journal of Alloys and Compounds, 484, 949-956, 2009.

27- X. Xia, Q. Chen, J. Li, D. Shu, C. Hu, S. Huang and Z. Zhao, "Characterization of hot deformation behavior of as-extruded Mg–Gd–Y–Zn–Zr alloy", Journal of Alloys and Compounds, 610, 203-211, 2014.    

28- Z. Zhang, Z. Yan, Y. Du, G. Zhang, J. Zhu, L. Ren and Y. Wang, "Hot deformation behavior of homogenized Mg-13.5 Gd-3.2 Y-2.3 Zn-0.5 Zr alloy via hot compression tests", Materials, 11, 2282, 2018.       

29- L. Li and X. Zhang, "Hot compression deformation behavior and processing parameters of a cast Mg–Gd–Y–Zr alloy", Materials Science and Engineering: A, 528, 1396-1401, 2011.         

30- S. A. Sani, A. Khorram, A. Jaffari and G. Ebrahimi, "Development of processing map for InX-750 superalloy using hyperbolic sinus equation and ANN model", Rare Metals, 1-10, 2018.          

31- S. Fatemi-Varzaneh, A. Zarei-Hanzaki and M. Haghshenas, "A study on the effect of thermo-mechanical parameters on the deformation behavior of Mg–3Al–1Zn", Materials Science and Engineering: A, 497, 438-444, 2008.  

32- B.-J. Lv, J. Peng, L.-L. Zhu, Y.-J. Wang and A.-T. Tang, "The effect of 14H LPSO phase on dynamic recrystallization behavior and hot workability of Mg–2.0 Zn–0.3 Zr–5.8 Y alloy", Materials Science and Engineering: A, 599, 150-159, 2014. 

33- X. Zhou, C. Liu, Y. Gao, S. Jiang, W. Liu and L. Lu, "Hot compression behavior of the Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy filled with intragranular long-period stacking ordered phases", Journal of Alloys and Compounds, 724, 528-536, 2017.  

34- S. A. Sani, G. Ebrahimi and A. K. Rashid, "Hot deformation behavior and dynamic recrystallization kinetics of AZ61 and AZ61+ Sr magnesium alloys", Journal of Magnesium and Alloys, 4, 104-114, 2016.    

35- Y. V. R. K. Prasad, K. P. Rao, N. Hort and K. U. Kainer, "Hot working parameters and mechanisms in as-cast Mg–3Sn–1Ca alloy", Materials Letters, 62, 4207-4209, 2008.         

36- P. Changizian, A. Zarei-Hanzaki and A. A. Roostaei, "The high temperature flow behavior modeling of AZ81 magnesium alloy considering strain effects", Materials & Design, 39, 384-389, 2012.        

37- Y.-J. Qin, Q.-L. Pan, Y.-B. He, W.-B. Li, X.-Y. Liu and X. Fan, "Modeling of flow stress for magnesium alloy during hot deformation", Materials Science and Engineering: A, 527, 2790-2797, 2010.    

38- O. Sivakesavam and Y. Prasad, "Hot deformation behaviour of as-cast Mg–2Zn–1Mn alloy in compression: a study with processing map", Materials Science and Engineering: A, 362, 118-124, 2003.  

39- R. Ebrahimi and A. Najafizadeh, "Optimization of hot workability in ti-if steel by using the processing map", International journal of iron and steel society, 1, 1-7, 2004.

40- Y. Prasad, H. Gegel, S. Doraivelu, J. Malas, J. Morgan, K. Lark and D. Barker, "Modeling of dynamic material behavior in hot deformation: forging of Ti-6242", Metallurgical Transactions A, 15, 1883-1892, 1984.

41- Y. Prasad and T. Seshacharyulu, "Processing maps for hot working of titanium alloys", Materials Science and Engineering: A, 243, 82-88, 1998.     

42- N. Srinivasan, Y. Prasad and P. R. Rao, "Hot deformation behaviour of Mg–3Al alloy—a study using processing map", Materials Science and Engineering: A, 476, 146-156, 2008.