مطالعه تاثير فرآيند اكستروژن شعاعي- مستقيم- غيرمستقيم در تغييرات ريزساختاري و استحكام مكانيكي آلياژ منيزيم AM60 با روشهاي تجربي و شبيه‌سازي اجزاي محدود ميكرومكانيكي اتومات سلولي

The influences of radial-forward-backward extrusion on the microstructure and mechanical evolution of AM60 magnesium alloy by experimental and finite element micromechanical based cellular automaton approach

در تحقيق حاضر، فرايند اكستروژن شعاعي-مستقيم-غيرمستقيم يك قطعه اتصالي فنجاني شكل از جنس آلياژ منيزيم AM60 مورد مطالعه قرار گرفته است. در بخش اول مطالعات تجربي، نمونه‌هاي استوانه‌اي توپر اوليه منيزيم AM60 آماده‌سازي شده و در مجموعه قالب ساخته شده قرار گرفت و توسط سنبه‌اي از بالا به داخل مجموعه قالب فشره شد. در گام بعدي، نمونه‌هاي اكسترود شده جهت مطالعات تغييرات ريزساختاري و مكانيكي آماده‌سازي گرديد. مشاهدات ميكروسكوپي نشان داد كه در انتهاي فرايند بيشترين تغييرات اندازه دانه از مقدار ~75μm اوليه به مقدار ~7μm در نمونه‌هاي اكسترود شده اتفاق افتاد. همچنين بيشترين مقدار ميكروسختي ويكرز نيز در همان منطقه از مقدار اوليه ~56Hv به مقدار ~88Hv افزايش يافت. نتايج حاصل از آزمون كشش تك محوري نشان داد كه استحكام تسليم و حداكثر نمونه‌هاي اكسترود شده از مقادير اوليه به ترتيب ~93MPa و ~230MPa به ~142.6MPa و ~290.3MPa افزايش يافت. تحول بافت كريستالي، كاهش اندازه دانه و خرد شدن فازهاي يوتكتيك در آلياژ AM60 از دلايل عمده افزايش انعطاف‌پذيري نمونه‌هاي اكسترود شده از 10% به 13.4% مي‌باشد. در ادامه و جهت مطالعه بيشتر فرايند، روش شبيه‌سازي عددي ماكرو و ميكرومكانيك توسط مدلسازي اتومات سلولي جهت پيش‌بيني تحول ريزساختار بكار گرفته شد. نتايج حاصله از مشاهدات ريزساختاري از روش شبيه‌سازي مطابقت خوبي با مشاهدات تجربي داشت. در انتها، تاثير پارامترهاي موثري مانند ضريب اصطكاك، ضخامت گپهاي شعاعي و كناري و شعاع گوشه قالب بر تغييرات مقادير سختي، اندازه دانه و نيروي حداكثر شكل‌دهي بررسي گرديد.

In this study the radial-forwad-backward extrusion of axially joint cup shaped AM60 magnesium alloy part is investigatd. In the experimental tests, the cylindrical AM60 alloy samples were prepaed and pressed by a punch into the die cavity. In the next step, the initial and extruded samples were investigated in terms of microstructural evolution and mechanical poperties variation. The microscopic observations showed the significant grain refinement of AM60 is occurred at the end of extrusion proessingwhere the fine grains in size of ~7μm are obtained from the initial value of ~75μm. Also, the Vickers microhardness is increased to 88Hv from the initial value of 56 Hv. The obtained results of uni-axial tensile tests showed the increase in yield and ultimate tensile strength to 142.6 and 290.3 from the initial value of 93 and 230MPa, respectively. The extruded sample elongation is incresead to 13.4% from 10% due to texture evolution, grain refinement and breakage of brittle eutectic phases. The macro and micromechancal based cellular automaton (CA) finite element method were implemented to simulate the process to predict the microstructure evolution of AM60 during extrusion processing. The cellular automaton finite element(CAFÉ) and experimentally obtained results were in good agreement. The effect of some important parameters including friction coefficient, gap thickness and height and die corner radius are studied on the variation of maximum forming load, microhardness values and grain size.