مطالعه ساختار و خواص مكانيكي تيتانيم خالص تجاري پس از فرآيند تركيبي فشار در كانال زاويه‌دار مساوي و اكستروژن

Study of Microstructure and mechanical properties of pure commercial titanium via combination of Equal channel angular pressing and Extrusion

در سال‌هاي اخير، روش‌هاي تغيير شكل پلاستيك شديد، به ‌دليل توليد مواد فوق ريزدانه و نانوساختار و ايجاد خواص مكانيكي فوق‌العاده، بسيار مورد توجه قرار گرفته‌‌اند. اعمال تغيير شكل پلاستيك شديد به فلز، باعث تغييرات ريزساختاري و ايجاد ساختار نانومتري در آن مي‌شود. در اين پژوهش بيلت‌هاي فوق ريزدانه و نانوساختار تيتانيم خالص، با استفاده از روش تركيبي فشار در كانال زاويه‌دار مساوي (ايكپ) و اكستروژن در تعداد پاس‌هاي مختلف (1، 2، 4 و 6 پاس) در دماي فرآيندي C°400 براي هر دو فرآيند فشار در كانال زاويه‌دار مساوي و اكستروژن، توليد گرديد و سپس به مطالعه‌ي ميزان تغيير خواص مكانيكي و ريزساختاري بيلت‌ها پرداخته شد. مشاهده گرديد خواص مكانيكي به‌طور چشمگيري افزايش پيدا كرد. استحكام نهايي در بهترين حالت، 941 مگاپاسكال شد درحالي‌كه استحكام نهايي براي ماده خام 505 مگاپاسكال بود؛ به‌عبارت‌ديگر استحكام نهايي 86.3% افزايش يافت. اين فرآيند تركيبي استحكام ماده را در يك‌پاس، در حدود 60.8%، دوپاس 78.8%، چهارپاس 86.3% و شش‌پاس را 80.8% نسبت به قطعه خام، افزايش داد. دليل كاهش نرخ افزايش استحكام در پاس‌هاي بالا، ريز شدن دانه‌ها و رسيدن به حد اشباع خود بود. سختي نمونه پس از فرآيند به اندازه قابل‌ملاحظه‌اي افزايش و پس از پاس‌هاي بعدي، با سرعت كمتري افزايش يافت. سختي نمونه تا حدود 216.65 ويكرز نسبت به مقدار اوليه 81.85 ويكرز افزايش يافت. درواقع اين فرآيند باعث افزايش حدود 164% در سختي گرديد. در پاس‌هاي بعدي مقدار افزايش سختي كم‌تر بود. همچنين تصاوير ميكروسكوپ الكترون روبشي، حاكي از شكست ترد و وجود حفره‌هاي كم‌عمق در نمونه‌ها بود.

There has been much interest in recent years in improving material properties by grain refinements using severe plastic deformation (SPD). With applying severe plastic deformation to metals, the structure changes and nanostructure is produced. In this study, ultra-fine grained pure titanium is fabricated by combination of Equal channel angular pressing and Extrusion process in different passes (1, 2, 4 and 6 pass). ECAP and Extrusion processes were carried out at 400°C. Then, mechanical and microstructural properties of UFG pure titanium billets produced by the combined process of ECAP and extrusion process were examined and the effect of passes on mechanical and microstructural properties was investigated. The results showed that mechanical properties were improved significantly. Ultimate strength increased up to 941MPa, in the best state, while for initial sample it was 505MPa, in other words, ultimate stress increased about 86.3%. With this combinational method, ultimate stress increased about 60.8% for 1 pass sample, 78.8% for 2 pass sample, 86.3% for 4 pass sample and 80.8% for 6 pass sample rather than initial state. In higher passes the rate of increase is reduced due to the grains size saturation. Hardness increased from 81.85 Hv to 216.65 Hv. In other words, hardness increased 164% from initial value. Further passes of the process only have a minor effect on increasing of billet hardness. Scanning Electron Microscope also revealed that brittle fracture took place in all samples with shallow dimples.