مطالعه ريز ساختار، مكانيزم هاي استحكام بخشي و رفتار تغيير شكل داغ نانو كامپوزيت Al6063-Al2O3

Study of Microstructure, Strengthening Mechanisms and Hot Deformation Behavior of Al6063-Al2O3 Nanocomposite

در اين پژوهش، شمشال نانو كامپوزيتي Al6063-Al2O3 به روش آسياب واكنشي و اكستروژن داغ توليد شد. پودر Al6063 افشانش شده گازي تحت آسياب گلوله اي پر انرژي در اتمسفر اكسيدي كنترل شده قرار گرفت تا ذرات Al2O3 نانو متري در زمينه آلومينيوم سنتز شوند. اكستروژن پودر در دماي 450 درجه سانتيگراد و نسبت اكستروژن 14:1 براي منسجم سازي پودرها مورد استفاده قرار گرفت. ريز ساختار نانو كامپوزيت با استفاده از ميكروسكوپ TEM و روش EBSD بررسي شد. نتايج شنان دادند كه ساختار دانه هاي آلومينيم زمينه متشكل از دانه هاي نانو متري تقريبا عاري از نابجايي ها و دانه هاي فوق ريز داراي چگالي بالايي از نابجايي ها مي باشد. اندازه گيري خواص فشاري در دماي محيط نشان داد كه استحكام نانو كامپوزيت خيلي بيشتر از آلياژ Al6063 است. مكانيزم هاي استحكام بخشي بر اساس مدل هاي Hall-Petch و Bowen و Orowan تحليل شدند. مكانيزم Orowan سهم عمده اي در افزايش تنش تسليم ماده نانو كامپوزيتي از طريق اندركنش رسوبات و ذرات تقويت كننده نانو متري با نابجايي ها دارد. رفتار تغيير شكل داغ ماده نانو كامپوزيتي بااستفاده از آزمون فشار داغ در محدوده دمايي 450-300 درجه سانتيگراد و نرخ كرنشي 1-0/01 s-1 مطالعه شد. نتايج نشان دادند كه ماده نانو كامپوزيت تنش سيلان بيشتري نسبت به نمونه ميكروساختار در دماهاي بالاي تغيير شكل دارد. مطالعات ريز ساختاري نشان دادند كه فرآيندهاي بازيابي ديناميكي و تبلور مجدد ديناميكي در حين تغيير شكل داغ رخ داده اند.

In this study, a Al6063-Al2O3 nanocomposite billet was produced by reaction mechanical milling followed by hot extrusion. Gas-atomized Al6063 powders were undergone high-energy ball milling in a controlled oxygen containing atmosphere for synthesizing nanometric Al2O3 particles within the Al alloy matrix. Hot powder extrusion at 450 C with an extrusion ratio of 14:1 was utilized for consolidation of powders. Microstructure of nanocomposite was investigated by transmission electron microscopy (TEM) and electron backscatter diffraction (EBSD) methods. The results revealed that the Al matrix contained nanostructured grains that are almost dislocation-free and ultrafine grains with a relatively high density of dislocations. The measurement of compressive properties at room temperature revealed that yield strength of nanocomposite material was significantly higher than Al6063 alloy. Strengthening mechanisms were evaluated by Hall-Petch, Bowen and Orowan models. Orowan mechanism has an imperative effect on the yield strength of nanocomposite material through interaction of dislocations with nanometric precipitates and reinforcement particles. Hot deformation behavior of nanocomposite material was investigated by compression tests at temperatures of 300-450 C and strain rates of 0.01-1 s-1. The results showed that nanocomposite material has higher flow stress compared to Al6063 alloy at high temperatures. Microstructural observations on hot-deformed specimens revealed that dynamic recovery and dynamic recrystallization was occurred during hot deformation.