بررسي خواص مكانيكي و رشد ترك خستگي در آلومينيم نانو ساختار شده توسط فرايند ايكپ

Investigation of Mechanical Properties and Fatigue Crack Growth in Nanostructured Aluminum by ECAP Process

پرس در كانال‌هاي هم مقطع زاويه دار (ECAP) يكي از روش‌هاي پالايش و ريزدانه نمودن مواد فلزي مي‌باشد. در اين تحقيق عمليات ايكپ به‌روي نمونه‌هايي از آلياژ 5182، در 1 تا 4 پاس در دماي محيط انجام شده است. بعد از ايكپ‌، نمونه‌‌‌‌‌ها براي بدست آوردن خواص مكانيكي مانند سختي سنجي،‌‌ تست كشش و متالوگرافي آماده شده اند. نتايج حاصل از اين آزمايشات نشان داد كه خواص مكانيكي مواد ايكپ شده نسبت به حالت معمولي بهبود يافته است. با استفاده از ميكروسكوپ روبشي مشاهده شد اندازه‌ي دانه به طور متوسط از 131 ميكرومتر در حالت اوليه به 745 نانومتر بعد از فرآيند ايكپ بعد از پاس چهار كاهش پيدا كرده است. نتايج حاصل از سختي سنجي نيز افزايش 213 درصدي را نسبت به حالت معمولي نشان داد. افزايش تنش تسليم نيز بعد از 4 پاس در حدود 3 برابر مي‌باشد. در نهايت، رشد ترك اين مواد تحت بارگذاري خستگي با ايجاد پيش ترك مناسب با حالت بدون ايكپ مقايسه شده‌است و مشاهده گرديد كه رشد ترك در مواد ايكپ شده سريع­ تر مي‌باشد و سطح شكست در مقايسه با حالت معمولي هموارتر شده‌است. همچنين انحراف ترك از مسير خود در مواد ريز ساختار نسبت به حالت معمولي كمتر مي­‌باشد. در انتها، با مقايسه نتايج آزمايشگاهي رشد ترك با نتايج حاصل از تحليل عددي، صحت نتايج عددي اعتبارسنجي و تاييد شده ­اند.

Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is one of the methods of refining and fine-graining metal materials. In this research, ECAP operation was performed on samples of 5182 alloy in 1 to 4 passes at ambient temperature. After implementation of the specimens through ECAP, prepared to obtain mechanical properties such as hardness, tensile, and metallography. The results of these experiments showed that the mechanical properties of the packed materials through ECAP have improved compared to the normal state. Using a scanning microscope, it was observed that the average grain size decreased from 131 μm in the initial state to 745 nm after the ECAP process after the fourth pass. The results of the hardness test also showed a 213% increase compared to normal. The increase in yield stress after 4 passes is about 3 times. Finally, the crack growth of these materials under fatigue loading was compared with the non-ECAP mode by creating a suitable pre-crack. It was observed that crack growth is faster in ECAP materials and the failure surface is smoother compared to normal. Also, the deviation of the crack from its path in microstructure materials is less than normal. Finally, by comparing the Experimental results of crack growth with the results of numerical analysis, the accuracy of the numerical results is validated and confirmed.