تعيين پارامترهاي رئولوژيكي مدل كراس براي آلياژ نيمه جامد آلومينيوم 7075 با استفاده از آزمون‌هاي تست فشار و اكستروژن معكوس

Determination of rheological parameters of the Cross model for semi-solid Al7075 by using parallel plate compression and backward extrusion experiments

آلياژهاي فلزي در محدوده دماي نيمه جامد رفتار رئولوژيكي مشابه سيالات غير نيوتني نشان مي‌دهند. چنين رفتاري را مي‌توان با استفاده از مدل‌هاي رئولوژيكي توصيف نموده و براي تعيين پارامتر‌هاي اين مدل‌ها از روش‌هاي ويسكومتري معمول استفاده نمود. در اين تحقيق، ويسكوزيته آلياژ نيمه جامد آلومينيوم 7075 با استفاده از نتايج سيگنال‌هاي نيرو – جابجائي حاصل از دو آزمون فشار در بين صفحات موازي و اكستروژن معكوس اندازه گيري شد و براي تعيين پارامتر‌هاي مدل كراس در محدوده وسيعي از نرخ برش مورد استفاده قرار گرفت. تاثير پارامتر‌‌‌‌‌هاي نرخ برش و دما (ميزان كسر جامد) بر روي ويسكوزيته آلياژ بررسي گرديد. مشاهده گرديد كه رفتار اين آلياژ در محدوده نيمه جامد از نوع رقيق شونده برشي است كه در آن با افزايش نرخ برش مقدار ويسكوزيته كاهش مي‌يابد. همچنين با افزايش دما مقدار ماكزيمم نيروي وارده به دليل كاهش ميزان كسر جامد و كاهش مقاومت در برابر سيلان ناشي از آن كاهش مي‌يابد كه سبب كاهش مقدار ويسكوزيته مي‌گردد. نتايج نشان داد كه مقادير ويسكوزيته محاسبه شده توسط مدل چهارپارامتري كراس در مطابقت خوبي با نتايج تجربي به دست آمده در محدوده وسيعي از نرخ برش مي‌باشد. همچنين نتايج شبيه سازي صورت گرفته نشانگر عملكرد بسيار خوب مدل ارائه شده براي پيش بيني خواص رئولوژيكي و رفتار سيلاني آلياژ نيمه جامد در محدوده وسيعي از نرخ برش مي‌باشد.

Metallic alloys exhibit rheological behavior similar to non-Newtonian fluids in the semi-solid temperature range. This behavior can be described using rheological models. In this study, the viscosity of semi-solid 7075 aluminum alloy was measured by using the results of load-displacement signals obtained from two different experiments: parallel plate compression and backward extrusion. The obtained data were used to determine the parameters of the Cross model in a wide range of shear rates. The effects of temperature (solid fraction) and shear rate were studied on the viscosity of the alloy. The results showed that with increasing temperature and decreasing the solid fraction the resistance to flow decreases, resulting in a reduced amount of applied forces. This reduction in applied forces results in reducing the viscosity. It was observed that the behavior of semi-solid alloy is shear thinning in which the viscosity decreases with increasing shear rate. Also, the calculated viscosity values of the four parameters Cross model were in good agreement with the obtained experimental results in a wide range of shear rates. The simulation results showed good agreement of the presented model for predicting the rheological properties and flow behavior of the semi-solid alloy in a wide range of shear rates.